Тема VI. Синтезы на основе карбонильных соединений
1. Магнийорганический синтез
Прибор для проведения магнийорганического синтеза состоит из трехгорлой круглодонной колбы, снабженной механической мешалкой, капельной воронкой и обратным холодильником. Все детали прибора должны быть сухими! Стержень механической мешалки должен плотно прилегать к каучуковой муфте резинового затвора. Верхние отверстия капельной воронки и обратного холодильника должны быть снабжены хлоркальциевыми трубками.
Рисунок 5. Прибор для проведения магнийорганического синтеза.
Все реактивы и растворители для магнийорганического синтеза должны быть тщательно высушены и перегнаны:
диэтиловый эфир сушат над металлическим натрием,
алкил- и арилгалогениды промывают раствором щелочи, водой и высушивают над безводным хлоридом кальция,
сложные эфиры предварительно очищают от кислых примесей последовательной промывкой раствором бикарбоната натрия (для связывания карбоновой кислоты), затем насыщенным раствором хлористого кальция (для связывания спирта), высушивают над прокаленным сульфатом натрия,
ацетон высушивают над прокаленным поташом,
бензальдегид должен быть свежеперегнанным.
Приготовления реактива гриньяра (общая методика)
В реакционную колбу объемом 250 мл помещают 2,4 г (0,1 моль) измельченных магниевых стружек, кристаллик йода и нагревают. После охлаждения колбы через капельную воронку приливают в нее около 15 мл смеси, полученной растворением 0,1 моль алкил- или арилгалогенида примерно в 40 мл абсолютного диэтилового эфира (в некоторых синтезах готовят более разбавленные растворы реактива Гриньяра); чтобы вызвать реакцию, колбу осторожно нагревают до кипения эфира. После начала реакции (при этом наблюдается помутнение реакционной смеси и самопроизвольное кипение эфира) нагрев убирают и при перемешивании прикапывают остаток смеси галогенида и эфира с такой скоростью, чтобы все время поддерживалось спокойное кипение эфира. При сильном кипении добавление галоидного алкила приостанавливают, а колбу охлаждают холодной водой. После добавления всего галогенида смесь нагревают до кипения еще 20-30 минут. Об окончании образования магнийорганического соединения свидетельствует почти полное растворение металлического магния. Небольшая его часть, а также металлические примеси, содержащиеся в магниевой стружке, оседают на дне колбы.
Синтеза спиртов взаимодействием реактива гриньяра с карбонильным соединением (общая методика)
Полученный раствор магнийорганического соединения охлаждают и добавляют к нему по каплям при перемешивании и внешнем охлаждении водой со льдом 0,08 моль альдегида или кетона (или 0,04 моль сложного эфира) в примерно равном объеме абсолютного диэтилового эфира. Реакция экзотермична, и эфир может закипать. К концу прибавления образуется густой сероватый осадок. Для того чтобы довести реакцию до конца, после окончания прибавления карбонильного соединения реакционную смесь нагревают до кипения эфира в течение примерно 30 минут.
Методики разложения полученного таким образом алкоголята магния и выделение продукта реакции приводятся ниже для каждого конкретного продукта.
1-фенилпропанол-1 (этилфенилкарбинол)
Рекомендуемое количество этилмагнийбромида – 0,1 моль.
Реакционную смесь, полученную по общей методике прибавлением бензальдегида к раствору этилмагнийбромида1, разлагают, добавляя по каплям при охлаждении в бане с ледяной водой и перемешивании (вначале очень осторожно – эфир может закипать) 30 мл разбавленной (1:1) соляной кислоты. При этом осадок должен полностью раствориться. Эфирный слой отделяют, водный экстрагируют эфиром (2 × 5 мл). Объединенные эфирные фракции промывают последовательно растворами гидросульфита натрия (можно приготовить из имеющегося в лаборатории пиросульфита), гидрокарбоната натрия и водой, затем сушат безводным сульфатом натрия. Эфир отгоняют, остаток перегоняют в вакууме. Выход 8,4 г. Т. кип. 103 °С при 14 мм рт. ст.; nD20 1,521.
2-МЕТИЛБУТАНОЛ-2 (трет-амиловый спирт)
Рекомендуемое количество этилмагнийбромида – 0,25 моль (объем реакционной колбы – 500 мл).
Реакционную смесь, полученную по общей методике прибавлением ацетона к раствору этилмагнийбромида1, разлагают, добавляя по каплям при охлаждении и перемешивании раствор 26 г аммонийхлорида в 100 мл воды. При этом осадок должен полностью раствориться.
Водный слой отделяют и экстрагируют эфиром (2 × 20 мл). Эфирный раствор объединяют с эфирными вытяжками и сушат прокаленным поташом. Эфир отгоняют (до тех пор, пока температура отгоняющихся паров не достигнет 70 С); остаток переносят в меньшую перегонную колбу с дефлегматором и фракционируют, собирая фракции:
1 фракция – 70-95 °С (отбрасывают),
2 фракция – 95-110 °С.
Для получения чистого продукта 2 фракцию повторно перегоняют. Выход 11 г. Т. кип. 102 °С.; nD20 1,4052.
1-фенилпентанол-1 (бутилфенилкарбинол)
Рекомендуемое количество бутилмагнийбромида – 0,1 моль.
Реакционную смесь, полученную по общей методике прибавлением бензальдегида к раствору бутилмагнийбромида2, разлагают, добавляя по каплям при охлаждении в бане с ледяной водой и перемешивании (вначале очень осторожно – эфир может закипать) 30 мл разбавленной (1:1) соляной кислоты. При этом осадок должен полностью раствориться. Эфирный слой отделяют, водный экстрагируют эфиром (2 × 5 мл). Объединенные эфирные фракции промывают последовательно растворами гидросульфита натрия (можно приготовить из имеющегося в лаборатории пиросульфита), гидрокарбоната натрия и водой, затем сушат безводным сульфатом натрия. Эфир отгоняют, остаток перегоняют в вакууме. Выход 10 г. Т. кип. 137 ºС при 2 мм рт. ст.; d420 0,96; nD20 1,5080.
1,2-дифенилэтанол (бензилфенилкарбинол)
Осторожно! Бензилхлорид слезоточив и сильно раздражает кожу.
Рекомендуемое количество бензилмагнийхлорида – 0,1 моль (в 50-60 мл диэтилового эфира).
Реакционную смесь, полученную по общей методике прибавлением бензальдегида к раствору бензилмагнийхлорида, разлагают, добавляя по каплям при охлаждении в бане с ледяной водой и перемешивании (вначале очень осторожно – эфир может закипать) 33 мл воды, смешанной с 4 мл ледяной уксусной кислоты. При этом осадок должен полностью раствориться. Эфирный слой отделяют от водного и промывают последовательно 10 % раствором хлорида натрия, 10 % раствором соды, насыщенным раствором хлорида натрия, затем сушат прокаленным поташом или безводным сульфатом натрия.
Для дальнейшего ТСХ-анализа (который проводят после завершения синтеза) следует перед отгонкой растворителя отобрать около 1 мл реакционной смеси и оставить в закрытой баночке.
Эфир отгоняют из колбы Фаворского, а остаток перегоняют в вакууме с воздушным холодильником, собирая фракцию с т. кип. 169-170 °С (15 мм), которая тут же закристаллизовывается. Выход около 12 г. Т. пл. 66-67 °С.
ТСХ-Анализ очищенного и неочищенного (реакционная смесь) продукта реакции:
1) Контроль чистоты полученного продукта (опыт 1 из раздела 2 Приложения 1):
Элюент – смесь петролейного эфира и этилацетата (в объемном соотношении 5:1).
Проявитель – раствор фосфорномолибденовой кислоты
Rf (продукта) ≈ 0,4.
2) Обнаружение и идентификация побочных продуктов в реакционной смеси бензилфенилкарбинола (опыт 2 из раздела 2 Приложения 1):
а) Обнаружение 1,2-дифенилэтана:
Вещество-«свидетель» – 1,2-дифенилэтан
Элюент – петролейный эфир.
Проявитель – раствор фосфорномолибденовой кислоты
Rf (свидетеля) ≈ 0,5
б) Обнаружение бензилового спирта:
Вещество-«свидетель» – бензиловый спирт
Элюент – смесь петролейного эфира и этилацетата в объемном соотношении 5:1.
Проявитель – раствор фосфорномолибденовой кислоты
Rf (свидетеля) ≈ 0,3.