Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы восстановления в органическом синтезе. Учебно-методическое пособие
.pdf
22 мл 85%-ного раствора муравьиной кислоты. Постепенно (в течение
O
O
H
N2H
4
этиленгликоль
O
N
H
NH
2
NaOH,
toC
-N
2
O
CH
3
2,5 - 3 ч) прибавляют из капельной воронки 52 мл диэтиламина. Прибавление диэтиламина вызывает бурную реакцию. Поэтому колбу с
реакционной смесью охлаждают в бане с холодной водой. Когда реакция замедлится, обратный холодильник заменяют нисходящим, а капельную воронку — термометром и отгоняют жидкость, перегоняющуюся до 135°С. После охлаждения реакционной смеси до комнатной
температуры к ней прибавляют 8,3 мл свежеперегнанного фурфурола.
Колбу вновь соединяют с обратным холодильником и нагревают на
масляной бане в течение 5 ч при температуре реакционной смеси
150°С. Затем смесь охлаждают до комнатной температуры, добавляют
к ней 100 мл воды и переливают в круглодонную колбу емкостью 1 л.
При охлаждении водой к реакционной смеси добавляют небольшими
порциями 25 г твердого гидроксида натрия и перегоняют смесь с водяным паром. Отгоняют 250 - 270 мл жидкости. В дистилляте растворяют 25 - 30 г гидроксида натрия, при этом образуются два слоя.
Верхний слой отделяют с помощью делительной воронки, а нижний
(водный) три раза экстрагируют хлористым метиленом (порциями по
15 мл). Основной продукт реакции объединяют с вытяжками хлористого метилена, высушивают гидроксидом натрия. Отгоняют хлористый метилен на водяной бане и затем фурфурилдиэтиламин, собирая
фракцию, кипящую при 169 - 172 °С.
Выход 10,7 г (70 % от теоретического).
Сильван.
Восстановление фурфурола по Кижнеру-Вольфу
92
Реактивы: фурфурол – 25 г (0,26 моль); этиленгликоль – 125 мл;
O
O
CH
3
1. LiAlH
4
2. HCl
OH
гидразин гидрат – 15 мл, 15,45 г (0,3 моль); гидроксид натрия – 4 г.
В круглодонной колбе емкостью 250 мл смешивают cвежеперегнанный фурфурол с этиленгликолем и постепенно при встряхивании
и охлаждении водой прибавляют 15 мл гидразин гидрата. При этом
выпадает желтый кристаллический осадок гидразона фурфурола (иногда осадок не выпадает, но на выходе сильвана это существенно не
сказывается). Смесь оставляют на 15 мин при комнатной температуре,
затем прибавляют NаОН, присоединяют к колбе дефлегматор с нисходящим холодильником и нагревают 45 мин на масляной бане при
100°С. Затем в течение 1 ч температуру поднимают до 145°С, при этом
отгоняются сильван и вода. Сильван отделяют от воды, сушат над
NaОН и перегоняют.
Выход 12,8 г (60% от теоретического); Т
63 - 68,5оС; n
кип.
20
D
1,4345.
Бензиловый спирт.
Восстановление метилбензоата алюмогидридом лития
Реактивы: метилбензоат – 12,5 г (0,092 моль); алюмогидрид ли-
тия – 2,1 г (0,055 моль); диэтиловый эфир – 50 мл; этилацетат – 5 мл;
соляная кислота (4 М) – 60 мл; сульфат натрия.
Алюмогидрид лития добавляют небольшими порциями при перемешивании в 30 мл сухого эфира и кипятят до тех пор, пока большая
часть алюмогидрида не растворится. Затем по каплям добавляют раствор метилбензоата в 20 мл эфира со скоростью, обеспечивающей сла-
93
бое кипение растворителя. После перемешивания и кипячения в течение 30 мин медленно добавляют этилацетат и затем 60 мл 4 М соляной кислоты (см. Примечание).
Отфильтровывают осадок оксида алюминия, промывают небольшим количеством эфира. Органический слой отделяют от водного с
помощью делительной воронки. Эфирные вытяжки сушат сульфатом
натрия. Растворитель отгоняют. Бензиловый спирт перегоняют при
205 - 207оС.
Выход 7,9 - 8,5 г (80 - 90 % от теоретического).
Примечание.
Алюмогидрид лития для восстановления часто берут в большом избытке от
теории (2–4 - кратный избыток), хотя необходимость этого часто не подтверждается контрольными опытами. При разложении большого количества алюмогидрида лития даже медленное добавление воды и перемешивание необходимо производить очень осторожно, так как выделяющийся водород может вызвать бурное вспенивание. Использование 10%-ного раствора NaOH или хлористого аммония более удобно, поскольку выделяющаяся при этом гранулированная окись
алюминия легко отфильтровывается.
Для разложения избытка алюмогидрида лития часто используют этилацетат,
т.к. при этом не выделяется водород и продукт восстановления (этанол) не мешает выделению конечного продукта.
4 СН3СOOC2H5 + LiAlH4 → LiOCH3 + Al(OCH3)3 + 4 C2H5OH
Выделению продукта восстановления часто мешает объемный студенистый
осадок гидроокисей, обработка которого избытком кислоты или щелочи приводит к увеличению объемов и образованию эмульсий. Этого можно избежать последовательным добавлением к восстановленной смеси из n г алюмогидрида лития по каплям n мл воды, затем n мл 15%-ного раствора NaOH и 3 n мл воды
(при перемешивании). Это приводит к образованию сухого гранулированного
осадка, который можно легко отфильтровать и отмыть.
94
Фенилгидроксиламин.
NO
2
Zn, NH4Cl
60oC
NHOH
OH
2
,
2
3
+
2 Zn(OH)
2
Восстановление нитробензола в нейтральной среде
Реактивы: нитробензол - 6 г (0,048 моль); хлорид аммония - 3,5 г;
цинковая пыль - 9 г (0,13 грамм атома); вода; хлорид натрия.
В колбе вместимостью 250 мл растворяют хлорид аммония в 60 мл
воды и добавляют 6 г нитробензола. Массу энергично перемешивают и
постепенно, примерно в течение 20 мин вносят 9 г цинковой пыли.
При этом температура не должна превышать 60 - 65оС. После добавления всей цинковой пыли смесь перемешивают еще 30 мин до окончания реакции – пока не исчезнет запах нитробензола.
Теплый раствор фильтруют. Осадок промывают 30 мл горячей воды. Промывную воду и фильтрат объединяют, добавляют тонкоизмельченный хлорид натрия до насыщения и охлаждают смесью льда и
соли в течение 60 мин.
Фенилгидроксиламин выделяется в виде тонких светло-желтых
игл. Его отфильтровывают и сушат на воздухе. Перекристаллизовывают из бензола или петролейного эфира.
Выход 2,5 – 3,2 г (до 60% от теоретического). Тпл 81оС (с разло-
жением).
95
Гидразобензол.
NO
2
Zn, NaOH
toC
NH NH
2
NO
2
9 Fe, 4 H2O
4
ClH
NH
2
4
+
3 Fe3O
4
Восстановление нитробензола в щелочной среде
Реактивы: нитробензол – 6 г (0,048 моль); гидроксид натрия – 10
г (0,25 моль); цинковая пыль – 17 г (0,26 моль); этиловый спирт.
В двухгорлую колбу емкостью 250 мл, снабженную обратным холодильником, помещают 6 г нитробензола, 25 мл воды, 13 мл спирта и
10 г едкого натра. Все перемешивают и через боковое горло вносят небольшими порциями цинковую пыль. После добавления очередной
порции горло закрывают пробкой и прибор встряхивают. Цвет раствора сначала красный, затем желтый. Когда реакция приостанавливается,
добавляют следующую порцию цинковых опилок.
После прибавления всей цинковой пыли в колбу вливают 75 мл
спирта и нагревают смесь на водяной бане до кипения. Раствор охлаждают на бане с ледяной водой. Гидразобензол выделяется в виде почти бесцветных кристаллов.
Кристаллы отфильтровывают, затем на воронке промывают небольшим количеством 50%-ного спирта и сушат в эксикаторе.
Выход 3,4 г (77% от теоретического). Тпл 125оС.
Анилин.
Восстановление нитробензола в кислой среде
96
Реактивы: нитробензол – 4 г (0,03 моль); соляная кислота 3%-ная
N+N
CH
3
Cl
-
HCl
NH NH
3
+
CH
3
Cl
-
1. NaOH
2. HCl
SnCl
2
NH NH
2
CH
3
NH
2
CH
3
HCl
ClH
.
NaNO
2
– 15 мл; железные опилки – 7 г; гидроксид натрия – 0,4 г; хлорид
натрия.
В колбу вместимостью 250 мл, снабженную обратным холодильником, помещают 7 г железных опилок, 15 мл 3%-ной соляной кислоты и 4 г нитробензола. Реакционную массу доводят до кипения и кипятят 4-4,5 ч до исчезновения запаха нитробензола.
По окончании восстановления в реакционную смесь прибавляют
0,4 г гидроксида натрия и отгоняют анилин с водяным паром. В дистиллят добавляют хлорид натрия, продукт экстрагируют хлористым
метиленом. Вытяжки сушат 1 ч гидроксидом натрия и переносят в
сухую колбу Вюрца. Растворитель отгоняют на водяной бане, следы
растворителя – на воздушной бане (до 100-110оС). Анилин перегоняют
с воздушным холодильником при 180-182оС.
Выход 2 - 2,3 г (70 - 75% от теоретического).
п-Толилгидразин, гидрохлорид
Реактивы: п-толуидин - 16,1 г (0,15 моль); концентрированная
соляная кислота – 172 мл; нитрит натрия – 10,3 г (0,15 моль); хлорид
олова – 62 г (0,32 моль); 40%-ный раствор NaOH; хлористый метилен;
сульфат магния.
В стакан емкостью 500 мл, снабженный мешалкой и термометром,
помещают п-толуидин и 110 мл концентрированной соляной кислоты.
97
Полученный раствор при перемешивании охлаждают в бане со льдом
NO
2
NH
2
O
H
+
H
N
NO
2
OH
2
-
NaBH
4
MeOH
CH
2
NH
NO
2
до 5°С и, поддерживая эту температуру, добавляют к нему из капельной воронки раствор 10,3 г NaNO2 в 30 мл воды. По окончании диазотирования раствор фильтруют через складчатый фильтр в охлаждаемую ледяной водой колбу и при интенсивном перемешивании приливают в стакан, содержащий охлажденный до 5°С раствор 62 г SnCl2 в
62 мл концентрированной НС1. Выпавший осадок отфильтровывают
на воронке Бюхнера и хорошо отжимают. Затем суспендируют его в
250 мл воды и при охлаждении подщелачивают 40%-ным раствором
NaOH до сильнощелочной реакции (рН 10 по универсальной индикаторной бумаге). Температура при прибавлении щелочи не должна
превышать 10°С. Реакционную массу трижды экстрагируют хлористым метиленом порциями по 100 мл, вытяжки высушивают над прокаленным MgSO4 (оставляют на ночь). Затем в раствор птолилгидразина в хлористом метилене пропускают ток сухого хлористого водорода. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают эфиром и высушивают в вакуум-эксикаторе.
Выход 14,7 г (62% от теоретического); Т
205 - 206 °С.
пл.
N-Бензил-м-нитроанилин
Реактивы: бензальдегид – 2,5 г (0,023 моль); м-нитроанилин – 2,8
г (0,02 моль); бензол – 25 мл; метиловый спирт; боргидрид натрия –
0,75 г (0,02 моль).
1. Синтез N-бензилиден-м-нитроанилина. В колбу Вюрца емко-
стью 50 мл помещают бензальдегид, м-нитроанилин, 25 мл бензола и
98
несколько кипелок, соединяют холодильник с алонжем и нагревают на
электроплитке с закрытой спиралью до кипения. Используя в качестве
приемника мерный цилиндр, отгоняют 22-24 мл бензола (обычно для
этого требуется 25-30 мин). Остаток после охлаждения закристаллизовывается. Затем его перекристаллизовывают из минимального количества метилового спирта.
Выход 2,3 г (45% от теоретического); Т
70 °С.
пл.
2. Восстановление N-бензилиден-м-нитроанилина. Полученный
N-бензилиден-м-нитроанилин помещают в трехгорлую колбу емко-
стью 50-100 мл, снабженную мешалкой, обратным холодильником и
капельной воронкой, и вносят туда же 20 мл метилового спирта. В полученную смесь, охлажденную до -30°С, добавляют при перемешивании в течение 3 мин охлажденный до -30°С раствор 0,75 г NаВН4 в 15
мл метилового спирта (см. Примечание). Затем реакционную смесь
кипятят с обратным холодильником в течение 15 мин и после охлаждения до комнатной температуры выливают при перемешивании в 50
мл воды. После стояния в течение 15 мин и периодического перемешивания выпавшие кристаллы отфильтровывают на воронке Бюхнера,
промывают их на фильтре водой и высушивают на фильтровальной
бумаге.
Выход 2,1 г (90% от теоретического). В случае необходимости
продукт перекристаллизовывают из этилового спирта; Тпл 106-107 °С.
Примечание:
Раствор боргидрида готовят при -30°С не более чем за 5 мин. до
применения, так как боргидрид натрия реагирует с метиловым спиртом; колбу с раствором нельзя плотно закупоривать (выделяется во-
дород):
NаВН4 + 4СН3ОН 4Н2 + СН3ОNa + В(ОСН3)
99
3
п-Хлоранилин.
NO
2
Cl
NH
2
Cl
NH
2
NH
2
Ni
Восстановление 4-нитрохлорбензола
Реактивы: 4-нитрохлорбензол - 6,3 г (0,04 моль); гидразин гидрат
- 4-6 г (0,08 – 0,12 моль); никель скелетный – 1 г; этанол (ректификат)
– 140 мл.
Осторожно! Гидразин является сильным ядом. Работу прово-
дить только в хорошо действующем вытяжном шкафу.
В круглодонной колбе вместимостью 250 мл, снабженной механической мешалкой и холодильником, готовят раствор 6,3 г (0,04 моль)
4-нитрохлорбензола в 140 мл этанола. К раствору добавляют 2-3кратный мольный избыток гидразин гидрата, слегка подогревают содержимое колбы на водяной бане до 30-40оС и вносят небольшими
порциями суспензию скелетного никеля в спирте. При этом наблюдается вспенивание раствора. По мере протекания реакции (время может
варьироваться от 5 до 60 мин) реакционная смесь желтого цвета становится почти бесцветной. Каждую следующую порцию катализатора
прибавляют после того, как выделение газа (азота) уменьшится. Завершение реакции можно проконтролировать методом ТСХ. Элюент –
хлороформ.
После окончания процесса в реакционную колбу вносят еще немного катализатора, и раствор нагревают с обратным холодильником
до кипения для удаления растворенных газообразных продуктов реакции. Горячий раствор фильтруют для освобождения от никеля (см.
Примечание), кипятят с активированным углем и снова фильтруют.
100
Охлажденный фильтрат выливают в большой избыток воды (~ 800
3 NaBH
4
4 BF
3
0 - 10oC
2 B2H
6
3 NaBF
4
+
+
OEt
2
.
+
4 Et2O
CH
3
+
B2H
6
6
CH
3
2
3
B
CH3COOH
CH
3
6
мл), осадок отфильтровывают и перекристаллизовывают из этанола.
Выход 4,1 г (80% от теоретического). Т
71°С.
пл.
Примечание:
Сухой катализатор пирофорен и на воздухе самовоспламеняется.
Поэтому фильтры со скелетным никелем нельзя бросать в корзину
для бумаг! Все остатки использованного катализатора, в том числе и
на фильтре, следует временно до полного уничтожения хранить под
слоем воды.
Восстановление 1-метилциклопентена
Реактивы: 1–метилциклопентен - 32,6 г (0,4 моль); боргидрид
натрия – 3,8 г (0,1 моль); эфират трехфтористого бора – 14,6 г (0,13
моль); диглим (диметиловый эфир диэтиленгликоля) – 15 мл; ТГФ –
50 мл; уксусная кислота – 30 мл.
Диборан, приготовленный из 3,8 г боргидрида натрия и 14,6 г
эфирата трехфтористого бора в диглиме, током азота переводят в раствор 32,6 г 1-метилциклопентена в 50 мл тетрагидрофурана, поддерживая температуру 0оС. Реакционную смесь перемешивают в течение
1 ч и затем медленно прибавляют 30 мл уксусной кислоты. Продукт
выделяют перегонкой, Т
71.8оС. Выход 26 г (80% от теоретическо-
кип.
го).
101
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]