Применение п-толуолсульфокислоты

4-толуолсульфокислота является органически растворимым кислотным катализатором в органическом синтезе. Катализатор используется в этерификации карбоновых кислот или переэтерификации сложных эфиров. Соединение используется в качестве восстановителя для восстановительного аминирования кетонов и альдегидов.

Применяется в производстве препарата

Уравнение (4) реакции ацетилирования салициловой кислоты

(4)

Таблица 1 – Свойства исходных веществ

Формула	Мол. масса, г/моль	Тпл. оС	Ткип. оС	Плотность, г/см3	Примечание
Толуол	92,14	-95	110,6	0,8669	Бесцветная подвижная летучая жидкость с характерным запахом, проявляет слабое наркотическое действие. Смешивается в неограниченных количествах с углеводородами, многими спиртами, простыми и сложными эфирами, плохо растворяется в воде.
Серная кислота	98,08	10,38	337	1,8356	При обычных условиях концентрированная серная кислота — тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха, с сильнокислым «медным» вкусом
NaCl	58,44	800,8	1465	2,165	-

Таблица 2 – Расчет синтеза

Исходные вещества	Количество по методике					Кол-во по уравнению в молях		Избыток
	В молях	В граммах		В мл. дан. конц
		100%	Дан. конц					В молях	В %
Толуол	0,0988	9,1	9,1		10,5		0,0988		0	0
Серная кислота	0,1143	11,215	11,444		6,23		0,0988		0,0155	15,69
Хлорид натрия	0,2246	13,125	13,125		-		0,0988		0,1258	127,33

Схема прибора

а б в

Рисунок 3 – Используемые приборы и химическая посуда: а – установка для синтеза c обратным водяным холодильником; б – установка для фильтрования под вакуумом на фарфоровом фильтре; в – установка для упаривания фильтрата

Практическая часть Ход работы

Этап 1. Синтез. Получение п-толуолсульфокислоты

В круглодонную колбу, снабженную обратным холодильником и перемешивающим устройством, загружают толуол (10,5 мл, 98,8 ммоль) и H₂SO₄ (6,23 мл, 114,3 ммоль). Реакционную массу нагревают до кипения на масляной бане и выдерживают при кипении и перемешивании в течение 1-2 часов до полного исчезновения верхнего слоя толуола. Далее р.м. охлаждают с получением большого количества влажного осадка промежуточного продукта.

Этап 2. Синтез. Получение натриевой соли п-толуолсульфокислоты

Р.м. нагревают и выливают в нее 32,8 мл воды, нейтрализуя 12,5 г Na₂CO₃. В нейтрализованную р.м. добавляют NaCl (13,125 г, 224,6 ммоль) и нагревают ее до полного растворения. Раствор охлаждают на ледяной бане, наблюдая выпадение осадка.

Этап 3. Очистка целевого продукта

Полученные кристаллы натриевой соли п-толуолсульфокислоты отфильтровывают и промывают сначала фильтратом, а затем 15 мл насыщенного раствора NaCl. Осадок сушат на воздухе, а фильтрат упаривают. Полученный из фильтрата осадок отфильтровывают 15 мл насыщенным раствором NaCl на воронке Бюхнера и высушивают на воздухе.

Расчет теоретического и практического выхода

По окончании сушки и полученные два осадка смешивают и измеряют их массу, которая составляет 15,833г, т.е. выход в реакциях сульфирования и солеобразования составил 83, 3%.

, (3)

где г г

Вывод: В ходе лабораторной работы из толуола методом прямого суль­фирования ароматического кольца концентрированной серной кислотой получена п- толуолсульфокислота, осадок которой подвергался переводу в солевую форму и перекристаллизовывался с суммарным выходом после очистки 83, 3 %. Потери могут быть вызван образованием побочных продуктов в ходе реакции, уносом вещества при упаривании.

Цель работы: Получение м-хлорбензгидрилмочевины из м-хлорбенгидрола путём N-алкилирования мочевины

Теоретическая часть

В качестве алкилирующих агентов используют алкил- и арилгалогениды, непредельные соединения, спирты, эфиры, эпоксисоединения, диалкилсульфаты, эфиры аренсульфокислот. Поэтому чаще всего реакции N-алкилирования можно рассматривать как нуклеофильное замещение S_N2.

N-Алкилирование спиртами. Обычно используют для алкилирования ароматических аминов. В жидкой фазе реакцию проводят в присутствии минеральных кислот в автоклавах под давлением выше 3 МПа, температуре 180-220°С и в течение до 10 часов.

Каталитическая роль кислоты заключается в том, что она протонирует спирт, образуя хорошо уходящую группу -O^H₂. Вода либо вытесняется нуклеофилом (S_N2-механизм), либо отщепляется (S_N1-механизм), образуя карбкатион, который реагирует с ароматическим амином.

Природа минеральной кислоты заметно влияет на скорость протекания реакции. Так, при алкилировании анилина избытком этилового спирта в одинаковых условиях (под давлением при 180-200°С) в присутствии соляной кислоты получается смесь продуктов, содержащая значительное количество моноэтиланилина, а в случае бромоводородной кислоты - в основном диэтиланилин. Однако чаще всего используют серную и соляную кислоты.

Уравнение реакции

 

Таблица 1 – Перечень исходных веществ с указанием используемых загрузок и оборудования

Сырье	Оборудование
м-хлорбензгидрол – 1,042 г; Мочевина – 2,57 г; Серная кислота (98 %) -1 мл; 5% р-р соды; Тетрахлорметан; Вода; Этиловый спирт (55 %).	1. Установка для синтеза: 1.1 Колба круглодонная на 50 мл; 1.2 Электрическая плитка; 1.3 Масляная баня; 1.4 Магнитный якорек; 1.5 Стакан 200 мл; 1.6 Колба Бюхнера; 1.7 Фильтр Шота; 1.8 Сушильный шкаф

Таблица 2 – Свойства исходных веществ

Формула	Мол. масса, г/моль	Тпл. оС	Ткип. оС	Плотность, г/см3	Примечание
М-хлорбензгидрол	218.68	92,54	169	1,22	1) жидкость 2) Цвет оранжевый; 3) растворим в этаноле и эфире и практически нерастворим в воде
Мочевина	60.07	132.7	174	1,32	Белые кристаллы, растворимые в полярных растворителях
Серная кислота (98%)	98,08	10,38	337	1,8356	Тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха, с сильнокислым «медным» вкусом

Таблица – 3 Расчёт синтеза

Исходные вещества	Количество по методике				Кол-во по уравнению в молях	Избыток
	В молях	В граммах		В мл.дан. конц
		100%	Дан.конц			В молях	В %
м-Хлорбензгидрол	0,0047	1,042	1,042	0,85	0,0047	0	0
Мочевина	0,0428	2,57	2,57	-	0,0047	0,0381	810,6
Серная кислота	0,0186	1,83	1,83	1	-	-	-

Схема прибора

а б

Рисунок 1 – Используемые приборы и химическая посуда: а – установка для синтеза с обратным холодильником; б – установка для фильтрования под вакуумом на фильтре Шотта (воронке); сушильный шкаф