background image

Przemysław Szczeciński

Zakład Chemii Organicznej
Wydział Chemiczny PW

LABORATORIUM Z CHEMII ORGANICZNEJ

Materiały pomocnicze

Spis treści

BROMEK BUTYLU (1-Bromobutan)

m-NITROANILINA

JODOBENZEN

p-JODOTOLUEN

p–JODONITROBENZEN

ACETANILID

p–BROMOACETANILID i p–BROMOANILINA

p–NITROACETANILID i p–NITROANILINA

KWAS CYNAMONOWY

ANILINA

p-METYLOACETOFENON (destylacja pod zmniejszonym ciśnieniem)

MRÓWCZAN ETYLU

BENZOESAN METYLU I ETYLU, SALICYLAN METYLU I ETYLU

OCTAN BUTYLU

Uwaga. Przepisy preparatywne zostały zaczerpnięte z Preparatyki Organicznej A. Vogla. Do niektórych z 

nich wprowadzono pewne modyfikacje.

1

background image

BROMEK BUTYLU (1-Bromobutan)

1-bromobutan

butan-1-ol

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

Br 

H

2

SO

4

 stęż.

48% HBr, 

t

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

OH 

W   syntezie   wykorzystuje   się   reakcję   substytucji   nukleofilowej.   Grupa   hydroksylowa   jest   grupą  bardzo   źle 

odchodzącą   i   jej   bezpośrednie   podstawienie   innym   nukleofilem   nie   jest   możliwe;   należy   ją   najpierw 

przekształcić w grupę łatwiej odchodzącą. Jeden ze sposobów modyfikowania grupy hydroksylowej, polegający 

na   jej   protonowaniu,   a   więc   przekształceniu   w   dobrze   odchodzącą,   trwałą,   obojętną   cząsteczkę   wody, 

wykorzystuje   się   w   reakcjach   alkoholi   z   halogenowodorami.   Wszystkie   alkohole   I   rz.   reagują   z   kwasami 

halogenowodorowymi w obecności katalizatorów. W przypadku kwasów bromo- i jodowodorowego są nimi 

stężony   kwas   siarkowy   lub   fosforowy.   Ich   zadaniem   jest   ułatwienie   powstania   soli   oksoniowej.   Reakcje 

przebiegają   według   mechanizmu  S

N

2.   Anion   chlorkowy   jest   słabszym   nukleofilem   niż   anion   jodkowy   czy 

bromkowy,   dlatego   do   zastąpienia   grupy   hydroksylowej   atomem   chloru   podczas   reakcji   alkoholu 

pierwszorzędowego z kwasem solnym konieczne jest efektywniejsze osłabienie wiązania C

O, niż to, jakie 

następuje w wyniku protonowania atomu tlenu. Zadowalający skutek osiąga się kompleksując alkohol, który 

dzięki posiadanym na atomie tlenu parom elektronów jest zasadą Lewisa, chlorkiem cynku (kwasem Lewisa). 

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

OH   +   H

C

H

7

C

3

OH

2

H

H

C

C

3

H

7

Br

H

H

powoli

SN2

C

H

H

C

3

H

7

Br

OH

2

+

Br

+  H

2

O

+

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

O

H

ZnCl

2

t

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

Cl

ZnCl2 

HClstęż.

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

OH

butan-1-ol

1-chlorobutan

Pierwszym etapem reakcji alkoholi II i III rz. z halogenowodorami jest także utworzenie soli okoniowej. Dalej 

reakcja przebiega jednak według mechanizmu S

N

1. Skutkiem tego w niektórych przypadkach położenie atomu 

fluorowca w produkcie jest inne w stosunku do położenia grupy hydroksylowej w substracie.  Taka sytuacja ma 

miejsce   wtedy,   gdy  powstający  karbokation  może  ulec   przegrupowaniu   do karbokationu   trwalszego,  wyżej 

rzędowego. 

2

background image

Br

H

3

C

CH

H

3

C

CH CH

3

OH

H

-H2O

H

3

C

C

H

3

C

CH CH

3

H

H

3

C

C

H

3

C

CH

2

CH

3

H

3

C

C

H

3

C

CH CH

3

Br

3-metylobutan-2-ol

2-bromo-2-metylobutan

H

3

C

CH

H

3

C

CH CH

3

OH

2

kation oksoniowy

karbokation II rz.

karbokation III rz.

Innymi reagentami służącymi do otrzymywania halogenków alkilowych z alkoholi są: chlorek tionylu (SOCl

2

), 

chlorki i bromki fosforu (PX

3

 i PX

5

), brom lub jod w obecności czerwonego fosforu. Do syntezy halogenków 

alkilowych z innych substratów wykorzystuje się np. reakcje substytucji rodnikowej (alkany) a także addycji 

elektrofilowej lub rodnikowej (alkeny, alkiny). Halogenki arylowe otrzymuje się głównie z soli diazoniowych 

lub w reakcji substytucji elektrofilowej. 

Preparat wykonuje się pod wyciągiem.

Do 250 g (1,48 mol) 48-proc. kwasu bromowodorowego znajdującego się w kolbie kulistej  poj. 500 ml dodaje 

się porcjami 75 g (41 ml) stęż. kwasu siarkowego. Po dodaniu każdej porcji należy wstrząsnąć zawartością kolby 

– może się przy tym wydzielić pewna ilość bromowodoru. Do zawartości dodaje się 88,8 g (110 ml, 1,2 mol) 

butan-1-olu a następnie, wstrząsając, w kilku porcjach, 60 g (32,5 ml) stęż. kwasu siarkowego. Do kolby wrzuca 

się   kilka   kamyków   wrzennych   i   instaluje   chłodnicę   zwrotną.   Wylot   chłodnicy   łączy   się   wężem   z   nóżką 

odwróconego lejka szklanego umocowanego łapą tuż nad powierzchnią wody znajdującej się w zlewce. Dzięki 

temu wydzielające się podczas reakcji bromowodór i ditlenek siarki będą absorbowane w wodzie. Zawartość 

kolby ogrzewa się do łagodnego wrzenia przez 2 – 3 godziny. Po tym czasie powstawanie bromku butylu jest 

niemal zakończone; produkt stanowi odrębną, górną warstwę (1). Gdy zawartość kolby ostygnie, usuwa się 

chłodnicę zwrotną a w jej miejsce montuje zestaw do destylacji. Mieszaninę destyluje się do momentu, aż 

przestaną spływać oleiste krople bromku butylu (30 – 40 minut) (2). Destylat przenosi się do rozdzielacza i 

oddziela halogenek, który tworzy tym razem dolną warstwę (dlaczego?). Produkt przemywa się kolejno wodą, 

równą objętością stężonego kwasu solnego (3), wodą, 5-proc. roztworem wodorowęglanu lub węglanu sodu 

(może wydzielać się CO

2

; trzeba często wyrównywać ciśnienie otwierając kran) i wodą. Po możliwie dokładnym 

oddzieleniu wody produkt suszy się za pomocą 2 – 3 g bezw. chlorku wapnia lub siarczanu magnezu; środek 

suszący powinien pozostawać w kontakcie z bromkiem przez co najmniej 30 minut a zawartością należy co 

pewien czas wstrząsnąć. Wysuszony produkt sączy się przez niewielki lejek z sączkiem fałdowanym do 200 ml 

kolby, dodaje się kilka kamyków wrzennych i destyluje ogrzewając kolbę czaszą grzejną. Zbiera się frakcję 

wrzącą 100 – 103

 

°C. Wydajność 155 g (95%).

Uwagi. (1) Odpowiednie medium reakcyjne można przygotować inaczej. Rozpuszcza się 240 g bromku potasu 

w 400 ml ciepłej wody i po ostudzeniu, ostrożnie dodaje mieszając, 200 ml stęż. kwasu siarkowego tak, aby 

temperatura nie przekroczyła  40 °C. Mieszaninę chłodzi się do temp. 15

 

°C i odsącza wydzielony kwaśny 

3

background image

siarczan potasu. Do przesączu dodaje się butan-1-ol a następnie, ostrożnie kolejną porcję 120 ml stężonego 

kwasu siarkowego. Mieszaninę ogrzewa się w temp. wrzenia, pod chłodnicą zwrotną przez 3 – 4 godziny.

(2)   Destylacja   jest   właściwie   destylacją   z   parą   wodną.   Skraplające   się   w   chłodnicy   pary   tworzą   dwie 

niemieszające  się ciecze. Stąd mowa o oleistych  kroplach związku organicznego spływających  z chłodnicy 

razem z wodą. Po wydestylowaniu bromku butylu zaczyna spływać jednorodna, klarowna ciecz - woda. 

(3)   Surowy   bromek   zawiera   niewielką   ilość   nieprzereagowanego   alkoholu   i   prawdopodobnie   nieco   eteru 

dibutylowego (tw. 141

 

°C) (pomyśl jak dochodzi do powstania tego związku?). W większości przypadków do 

usunięcia nieprzereagowanego alkoholu wystarczy przemywanie stężonym kwasem solnym. Zarówno alkohol 

jak i eter można usunąć przemywając 11- 12 ml  stęż. kwasu siarkowego, który nie reaguje z bromkiem butylu.

m-NITROANILINA

Równania zachodzących kolejno reakcji:

Na

2

S   +   Sx

NaSSx-1SNa

H

2

O

t

+

tiosiarczan sodu

m-nitroanilina

wielosiarczek sodu

m-dinitrobenzen

+    Na

2

S

2

O

3

 +  Sn

NaSSnSNa

NH

2

NO

2

NO

2

NO

2

 

Wszystkie aminy mają wspólną cechę wynikającą z obecności tzw. wolnej pary elektorów na atomie azotu. Jest 

nią zasadowość. Jej konsekwencją jest tworzenie  z kwasami Broensteda soli amoniowych.  Zdolność atomu 

azotu do wiązania protonu, a więc jego zasadowość, zależy od rodzaju i liczby podstawników z nim związanych. 

Aminy alifatyczne są zasadami silniejszymi niż amoniak i aminy aromatyczne. Można to wytłumaczyć dodatnim 

efektem   indukcyjnym   grup   alkilowych,   który   zwiększając   gęstość   elektronową   na   atomie   azotu   ułatwia 

przyłączenie   protonu.   Alifatyczna   amina   drugorzędowa   jest   silniejszą   zasadą   niż   amina   pierwszorzędowa. 

Zasadowość odpowiedniej aminy trzeciorzędowej jest jednak mniejsza niż drugorzędowej. Należy pamiętać, że 

zasadowość amin odnosi się do roztworów wodnych, w których kationy amoniowe są w różny, zależny od 

rzędowości aminy, sposób solwatowane. Wpływa to na ich stabilność, a więc także na położenie równowagi 

kwasowo-zasadowej.   Oczekiwany   monotoniczny   wzrost   zasadowości   ze   wzrostem   rzędowości   został 

stwierdzony w fazie gazowej (brak solwatacji). 

Aminy   aromatyczne   są   znacznie   słabszymi   zasadami   niż   aminy  alifatyczne   i   amoniak.   Jest   to   związane   z 

występującym w tych związkach sprzężeniem orbitalu p atomu azotu z układem  

  elektronowym pierścienia 

aromatycznego. Dzięki wynikającej stąd delokalizacji elektronów cząsteczka aminy uzyskuje pewną stabilizację. 

Dlatego   przyłączenie   protonu,   które   likwiduje   tę   stabilizację,   wymaga   dostarczenia   wyższej   energii,   niż   w 

przypadku amin alifatycznych. Zasadowość amin aromatycznych zależy od podstawników znajdujących się przy 

4

background image

pierścieniu   aromatycznym.   Podstawniki   elektronoakceptorowe   w   pozycjach  orto  i  para  zmniejszają   a 

elektronodonorowe zwiększają zasadowość. 

Preparat wykonuje się pod wyciągiem.

W zlewce rozpuszcza się 40 g (0,167 mol) krystalicznego siarczku sodu, Na

2

S

9H

2

O, w 150 ml wody, dodaje 10 

g (0,31 mol) sproszkowanej siarki i ogrzewa np. palnikiem przez płytkę metalową umieszczoną na trójnogu, do 

otrzymania klarownego, pomarańczowego roztworu. 

W   kolbie   kulistej   z   trzema   szyjami   poj.   1   l   zaopatrzonej   w   mieszadło   mechaniczne,   chłodnicę   zwrotną   i 

wkraplacz umieszcza się 25,2 g (0,15 mol)  m-dinitrobenzenu i 200 ml wody. Kolbę umieszcza się w czaszy 

grzejnej.   (Czaszę   należy   zamontować   tak,   aby   w   każdej   chwili   można   ją   było   łatwo   usunąć.)   Mieszając 

doprowadza się mieszaninę do wrzenia. m-Dinitrobenzen ulega stopieniu; stanowi odrębną, niemieszającą się z 

wodą fazę. Do wkraplacza wlewa się roztwór wielosiarczku sodu i wkrapla go do kolby (30-45 min) utrzymując 

jej zawartość w temperaturze wrzenia i energicznie mieszając dla zwiększenia powierzchni styku między fazami. 

Ogrzewanie   kontynuuje   się   przez   dalsze   20   min.   Kolbę   chłodzi   się   do   temperatury   pokojowej   cały   czas 

energicznie mieszając. Mieszanie zapobiega zakrzepnięciu mieszaniny organicznej w bryłę trudną do wyjęcia z 

kolby. (Jeśli to jednak nastąpi, to mieszaninę ponownie ogrzewa się do stopienia warstwy organicznej operację 

schładzania powtarza się.) Wytrącony osad zawierający produkt, nieprzereagowany substrat i siarkę odsącza się 

pod zmniejszonym ciśnieniem, przemywa wodą i przenosi do zlewki poj. 600 ml zawierającej 150 ml H

2

O i 35 

ml stęż. kwasu solnego. Zawartość zlewki ogrzewa się w temp. wrzenia przez 15 min. Powstała sól amoniowa 

produktu rozpuszcza się w roztworze kwasu. Pozostały osad   odsącza się pod zmniejszonym ciśnieniem. Do 

ostudzonego   przesączu   dodaje  się  nadmiar   stęż.   wodnego  roztworu  amoniaku  do  uzyskania  odczynu   silnie 

zasadowego (wg papierka uniwersalnego). Następuje wytrącenie  m-nitroaniliny (wyjaśnij dlaczego), którą po 

odsączeniu krystalizuje się z wody (ok. 700 ml) używając węgiel aktywny. Otrzymuje się zwykle 12 g (58%) 

produktu o tt. 114 

C.

NH

2

NO

2

NH

3

  Cl

NO

2

chlorek m-nitrofenyloamoniowy  
lub chlorek m-nitroaniliniowy

HCl

+NH

4

OH

-NH

4

  Cl

NH

2

NO

2

chlorek amonu

JODOBENZEN

Kwas azotawy [azotowy(III)] jest związkiem nietrwałym. Wytwarza się go bezpośrednio w środowisku reakcji 

działając na azotyn sodu silnym kwasem mineralnym, np. solnym lub siarkowym. 

NaNO

2

   +   HCl 

HO N O   +    NaCl

HO N O   +    H

3

O

H

2

O N O   +    H

2

O

2H

2

O   +   N O

kation
nitrozoniowy

5

background image

W warunkach reakcji kwas azotawy jest źródłem jonów nitrozoniowych, które natychmiast reagują z aminami. 

Produkt reakcji zależy od budowy aminy. Aromatyczne aminy pierwszorzędowe reagują z kwasem azotawym 

tworząc sole diazoniowe, które są trwałe w temperaturze 0

5 C. 

PhNH

2

   +   N=O 

Ph N N=O

H

H

H

2

O

-H

3

O

Ph N N=O

H

Ph N N OH

-H

2

O

+H

3

O

Ph N N OH

2

Ph N N

Ph N N     +  H

2

O

C

6

H

5

NH

2

   +   NaNO

2

   +   2HCl 

C

6

H

5

N N Cl   +   2H

2

O   +   NaCl

anilina

chlorek benzenodiazoniowy

0-5 °C

Ilość użytego do diazowania kwasu musi być większa (zwykle stosuje się 3 mole kwasu mineralnego na 1 mol 

diazowanej aminy) niż to wynika z równania stechiometrycznego (2 mole kwasu na 1 mol aminy). W silnie 

kwaśnym środowisku amina w trakcie całego procesu diazowania występuje w postaci soli aniliniowej. Przy 

zbyt małym stężeniu kwasu następuje cofnięcie równowagi protonowania aminy, co prowadzi do sprzężenia 

powstałej już soli diazoniowej z substratem.

PhN

2

  Cl   +   PhNH

2

PhN=N NHPh   +   HCl

chlorek
benzenodiazoniowy

diazoaminobenzen

Dodanie kwasu, np. solnego cofa tę reakcję.

Podobnie reagują aminy pierwszorzędowe alifatyczne,  ale powstające z nich sole diazoniowe są nietrwałe i 

nawet   w   niskiej   temperaturze   samorzutnie   rozkładają   się   z   wydzieleniem   cząsteczki   azotu   i   utworzeniem 

karbokationu   alkilowego,   który   następnie   ulega   rozmaitym   możliwym   przegrupowaniom   oraz   reakcjom   z 

różnymi, obecnymi w środowisku reakcji nukleofilami. 

Aminy drugorzędowe alifatyczne i aromatyczne reagują z kwasem azotawym podobnie. W obu przypadkach 

powstają żółte, oleiste pochodne N-nitrozowe. 

Ph N CH

3

NO

[HONO]

Ph NH CH

3

N-nitrozodimetyloamina  

dimetyloamina

(CH

3

)

2

N N O

[HONO]

(CH

3

)

2

NH 

N-metylo-N-nitrozoanilinaa

Aminy alifatyczne trzeciorzędowe reagują z kwasem azotawym dając złożoną mieszaninę produktów i dlatego 

reakcja ta nie ma znaczenia preparatywnego. Trzeciorzędowe aminy aromatyczne ulegają reakcji nitrozowania w 

pierścieniu (reakcja substytucji elektrofilowej) dając p-nitrozo podstawione pochodne.

6

background image

N(CH

3

)

2

[HONO]

0-5 °C

N(CH

3

)

2

NO

N,N-dimetyloanilina

N,N-dimetylo-4-nitrozoanilina 

Grupę diazoniową można zastąpić innym podstawnikiem, np.: 

NaBF

4

KI

Ar I

t

Ar CN

t

CuCN, NaCN

Ar Br

t

CuBr, HBr

Ar Cl

t

CuCl, HCl

Ar

N

2

 Cl

Ar OH

Ar

N

2

 BF

4

piroliza

Ar F

NaBF

4

Ar

N

2

 BF

4

NaNO

2

 aq

Cu

Ar NO

2

Ar

N

2

 OSO

3

H

H

2

SO

4

,aq/ 

t

H

3

PO

2

Ar H

reakcje Sandmayera

lub Cu

2

O, Cu  ,H

2

O

Kation diazoniowy może brać udział w reakcji aromatycznej substytucji elektrofilowej. Jednak, ze względu na 

jego słabo elektrofilowy charakter, do zajścia reakcji niezbędne jest, aby pierścień aromatyczny reagującego z 

nim arenu miał znacznie zwiększoną gęstość elektronową. Dlatego reakcje S

E

 z udziałem kationu diazoniowego 

zachodzą tylko z pochodnymi aniliny i fenolanów. Reakcję tego typu nazywa się sprzęganiem. W jej wyniku 

powstają związki azowe, które w zależności od budowy posiadają różne barwy.  Związki azowe są szeroko 

stosowane jako barwniki w przemyśle farbiarskim i spożywczym a także jako wskaźniki kwasowo-zasadowe. 

7

background image

HCl, 0-5 °C

HO

3

S

N

2

 Cl

 NaNO

2

HO

3

S

NH

2

N(CH

3

)

2

pH ~5

HO

3

S

N N

N(CH

3

)

2

kwas sulfanilowy

N,N-dimetyloanilina

oranż metylowy
kwas 4-(4-dimetyloaminofenyloazo)benzenosulfonowy

 

N

2

 Cl

pH ~5

N,N-dimetyloanilina

N N

N(CH

3

)

2

żółcień masłowa; 4-dimetyloaminoazobenzen  

N(CH

3

)

2

Z podanych przykładów można wywnioskować, że sole diazoniowe sprzęgają się z aminami w środowisku słabo 

kwaśnym.   Przy  zbyt   niskim   pH   cała   ilość   aminy   występuje   w  postaci   soli   aniliniowej,   w  której   pierścień 

aromatyczny jest zubożony w elektrony (grupa  

NR

3

+

  jest podstawnikiem silnie elektronoakceptorowym), co 

uniemożliwia zajście reakcji ze słabym elektrofilem jakim jest kation arenodiazoniowy. 

NH

2

+   H

NH

3

Z drugiej strony w środowisku zbyt alkalicznym sól diazoniowa przekształca się w kwas benzenodiazowy, Ph-

N=N-OH,   lub   jego   sól,   Ph-N=N-O¯   Na

+

;   żaden   z   tych   związków   nie   ma   właściwości   elektrofilowych. 

Stwierdzono doświadczalnie, że sprzęganie soli diazoniowych z aminami osiąga maksymalną szybkość przy pH 

5-9. 

W przypadku sprzęgania z fenolami korzystniejsze jest środowisko słabo zasadowe (pH ~10), w którym fenole 

występują w postaci anionów fenolanowych; pierścień aromatyczny anionu jest silniej wzbogacony w elektrony 

niż sam fenol, dlatego łatwiej ulega reakcji S

E

 z kationem diazoniowym.

8

background image

HO

3

S

N

2

 Cl

OH

naft-2-ol

pH ~10

HO

3

S

N N

HO

oranż II; kwas 
4-(2-hydroksynaft-1-yloazo)-
benzenosulfonowy

Reakcję wykonuje się pod wyciągiem.

W kolbie kulistej poj. 500 ml z trzema szyjami zaopatrzonej w mieszadło mechaniczne, termometr sięgający 

poniżej górnego poziomu mieszaniny reakcyjnej i wkraplacz z wyrównywaczem ciśnienia rozpuszcza się 20,0 g 

(19,6 ml, 0,215 mol) aniliny w mieszaninie 55 ml stęż. kwasu solnego (1) i 55 ml wody. Kolbę zanurza się w 

łaźni z pokruszonym, obficie posolonym lodem i niewielką ilością wody; roztwór chłodzi się mieszając do temp. 

poniżej 5 ºC. Sporządza się roztwór 16,0 g (0,23 mol) azotynu sodu w 75 ml wody i chłodzi go w łaźni lodowej i 

umieszcza we wkraplaczu. Wkraplacza nie należy zamykać korkiem, aby ciśnienie w kolbie mogło się bez 

przeszkód wyrównywać z atmosferycznym. (Zamiast wkraplacza z wyrównywaczem ciśnienia można też użyć 

rozdzielacza. Należy go tak zamocować, aby między nóżką a ścianką szyi kolby była szczelina umożliwiająca 

wyrównywanie   ciśnienia).   Roztwór   azotynu   sodu   wkrapla   się     następnie   (2)  do  chłodzonego  i   energicznie 

mieszanego roztworu chlorowodorku aniliny. W trakcie reakcji wydziela się ciepło. Nie należy dopuścić do 

tego, aby temperatura mieszaniny reakcyjnej wzrosła powyżej 10 ºC (jeśli zajdzie potrzeba, do kolby można 

dodać kilka kawałków lodu); w przeciwnym razie związek diazoniowy i kwas azotawy rozłożą się w znacznym 

stopniu. Ostatnie ok. 5% roztworu azotynu sodu dodaje się małymi porcjami. Po 3–4 min mieszania od  dodania 

porcji,   kroplę   mieszaniny   reakcyjnej   (rozcieńczoną   3–4   kroplami   wody)   bada   się   za   pomocą   papierka 

jodowoskrobiowego  (3 ); jeśli  nie  zaobserwuje  się  natychmiastowego  niebieskiego  zabarwienia  papierka  w 

miejscu zetknięcia z roztworem, do mieszaniny reakcyjnej należy dodać nową porcję roztworu azotynu. Po 3–4 

min ponownie wykonuje się test z papierkiem jodowoskrobiowym. W ten sposób postępuje się do momentu, aż 

mieszana  reakcyjna  będzie  zawierać  niewielki,  utrzymujący  się  w czasie  nadmiar  kwasu  azotawego. Kwas 

azotawy ma właściwości utleniające; utlenia np. jony jodkowe do jodu: 2NaI + 2NaNO

2

 + 

4HCl à I

2

 + N

2

O

2

 + 

4NaCl + 2H

2

O. (Ta reakcja jest podstawą działania papierków jodowoskrobiowych. Są one nasączone jodkiem 

sodu i skrobią. W obecności utleniacza powstaje jod tworzący ze skrobią fioletowy kompleks.) Obecność zbyt 

dużego   nadmiaru   kwasu   azotawego   byłaby   więc   niepożądana   w   następnym   etapie   syntezy.   Dlatego   do 

mieszaniny reakcyjnej dodaje się mocznik w takiej ilości, aby test z papierkiem jodoskrobiowym był negatywny. 

Mocznik reaguje z kwasem azotawym zgodnie z równaniem: H

2

NCONH

2

 + 2HNO

2

 à 2N

2

 + CO

2

 + 3H

2

O.

Do mieszanego roztworu chlorku benzenodiazoniowego dodaje się powoli roztwór 36,0 g (0,216 mol) 

jodku potasu w 40 ml wody. Obserwuje się wydzielanie azotu. Mieszaninę pozostawia się na kilka godzin. 

Kolbę zaopatruje  się  w chłodnicę  powietrzną  i  ostrożnie  ogrzewa na  wrzącej  łaźni  wodnej  do chwili,  gdy 

przestanie   wydzielać   się   gaz.   (Jeśli   mieszanina   jest   pozostawiona   na   dłuższy   okres   czasu   ogrzewanie   jest 

zbędne.)   Po   ochłodzeniu   górną   warstwę   wodną   dekantuje   się   możliwie   dokładnie,   a   pozostałość   w   kolbie 

wstrząsając   alkalizuje,   ostrożnie   dodając   taką   ilość   10–proc.   roztworu   wodorotlenku   sodu,   aby   kropla 

mieszaniny (pobrana za pomocą szklanej bagietki) zabarwiła papierek wskaźnikowy na niebiesko. Fenol obecny 

9

background image

w mieszaninie jest za pomocą wodorotlenku przekształcany w fenolan sodu: C

6

H

5

OH + NaOH à C

6

H

5

ONa + 

H

2

O, który (w przeciwieństwie do fenolu) nie jest lotny z parą wodną. Kolbę umieszcza się w zestawie do 

destylacji z parą wodną (boczne szyje kolby należy zatkać korkami). Destylację prowadzi się do czasu, gdy z 

chłodnicy zacznie  spływać  jednorodna  ciecz  – woda.  Destylat  przenosi  się  do rozdzielacza,  dolną warstwę 

jodobenzenu zlewa się do małej kolbki stożkowej. Surowy jodobenzen powinien mieć barwę jasnożółtą. Jeżeli 

jest   ciemny   (zabarwienie   pochodzi   zwykle   od   rozpuszczonego   jodu),   to   zawraca   się   go   do   rozdzielacza   i 

wytrząsa z niewielką ilością roztworu pirosiarczynu sodu  ( 2I

2

 + Na

2

S

2

O

5

 + 3H

2

O à 4HI + 2NaHSO

4

) , aż do 

zmiany barwy na jasnożółtą. Po oddzieleniu jodobenzenu od warstwy wodnej do czystej erlenmajerki suszy się 

go bezwodnym  chlorkiem wapnia lub siarczanem magnezu (1 g) i sączy przez sączek karbowany do małej 

kolbki destylacyjnej zaopatrzonej w krótką chłodnicę powietrzną. Destyluje się (można dodać małą ilość pyłu 

miedzi) z czaszy grzejnej zbierając frakcję wrzącą w temp. 185–190 ºC (4). Wydajność jodobenzenu (w postaci 

prawie bezbarwnej cieczy) wynosi 33 g (74 %); na słońcu (świetle) związek stopniowo żółknie.

Uwagi.  (1) Podczas  obliczania  ilości kwasu potrzebnego do reakcji diazowania  warto pamiętać, że 100 ml 

stężonego kwasu solnego (d 1,18) zawiera 42,4 g HCl, a 100 ml stężonego kwasu siarkowego (d 1,84) – 176 g 

H

2

SO

4

.

 (2) Szczególnie przy produkcji na dużą skalę, wskazane jest dodawanie roztworu azotynu sodu z wkraplacza, 

umieszczonego w taki sposób, aby koniec nóżki był zanurzony głęboko pod powierzchnię cieczy. Wówczas 

zapobiega się stratom kwasu azotawego, na skutek rozkładu do tlenków azotu zachodzącego na powierzchni 

cieczy.

(3) Jakość papierków jodowoskrobiowych należy sprawdzić za pomocą zakwaszonego roztworu azotynu sodu. 

Zdarza   się,   że   dostępne   w   handlu   papierki   jodowoskrobiowe   stają   się   bezużyteczne,   jeśli   są   zbyt   długo 

przechowywane. Roztwór musi przez cały czas zawierać nadmiar kwasu mineralnego, tzn. barwić na czerwono 

papierek uniwersalny.

(4) Jodobenzen lepiej jest destylować pod zmniejszonym ciśnieniem i zbierać frakcję wrzącą w temp. 77–80 

ºC/20 mmHg lub 63–64 ºC/8 mmHg. 

p-JODOTOLUEN

Syntezę przeprowadza się analogicznie do syntezy jodobenzenu wprowadzając niewielkie zmiany przedstawione 

poniżej.   Dlatego   przed   przystąpieniem   do   wykonania   preparatu   należy   zapoznać   się   z   wiadomościami 

wstępnymi, przepisem i uwagami dotyczącymi otrzymywania jodobenzenu. Używa się 26,8 g (0,25 mol)  p

toluidyny, 63 ml stężonego kwasu solnego i 63 ml wody. W razie potrzeby, np. gdy toluidyna jest w postaci 

większych bryłek, mieszaninę podgrzewa się do czasu rozpuszczenia aminy. Roztwór chłodzi się (energicznie 

mieszając) do temp. 0–5 ºC przez zanurzenie kolby w mieszaninie lodu z solą i dodanie do niego niewielkiej 

ilości pokruszonego lodu. Aminę diazuje się, dodając roztwór 18,5 g (0,27 mol) azotynu sodu w 40 ml wody, 

jednocześnie mieszając zawartość kolby i w miarę możliwości utrzymując jej temperaturę w przedziale 0–5 ºC; 

nie należy pozwolić aby temp. wzrosła powyżej 10 ºC. Następnie stopniowo dodaje się roztwór 44 g (0,265 mol) 

jodku potasu w równoważnej (wagowo) ilości wody, przez cały czas mieszając zawartość kolby. Mieszaninę 

pozostawia   się   na   1   godz.   w   temp.   pokojowej,   a   następnie   ostrożnie   ogrzewa   na   łaźni   wodnej   do   czasu 

zakończenia  wydzielania  azotu. Po ochłodzeniu, na dnie kolby wydziela  się ciemno zabarwiony olej, który 

10

background image

wkrótce się zestala. Z mieszaniny oddziela się jak największą część warstwy wodnej, a do ciemnej pozostałości 

dodaje   1–2   g   pirosiarczynu   sodu,   w   celu   usunięcia   ciemnego   zabarwienia   (wskazane   jest   podgrzanie 

mieszaniny).   Mieszaninę   alkalizuje   się   10–proc.   roztworem   wodorotlenku   sodu   (aby   związać   powstały 

ewentualnie krezol) i destyluje z parą wodną. p–Jodotoluen zestala się w chłodnicy; należy wówczas na pewien 

czas zakręcić wodę w chłodnicy i zaczekać aż ciało stałe stopi się pod wpływem gorącej pary wodnej i spłynie z 

chłodnicy do odbieralnika. Ciało stałe zebrane w odbieralniku odsącza się i suszy. Surowy produkt można 

przekrystalizować z etanolu. Wydajność p–jodotoluenu (w postaci bezbarwnych płatków) wynosi 50 g (92%); tt. 

35 ºC, tw. 211–212 ºC.

p–JODONITROBENZEN. 

Niektóre czynności wykonuje się podobnie jak przy syntezie jodobenzenu. Dlatego przed przystąpieniem do 

wykonania  preparatu należy zapoznać  się  z wiadomościami  wstępnymi,  przepisem  i  uwagami  dotyczącymi 

otrzymywania   jodobenzenu.   Mieszaninę   49,7   g   (0,36   mol)  p–nitroaniliny,   75   g   (41   ml)   stężonego   kwasu 

siarkowego i 300 ml wody miesza się przez 1 godz., a następnie chłodzi do temp. 0–5 ºC i diazuje roztworem 25 

g (0,36 mol) azotynu sodu w 75 ml wody. Zimny roztwór sączy się przez lejek Büchnera. Przesącz umieszcza 

się w zlewce i mieszając dodaje do niego roztwór 99,6 g (0,6 mol) jodku potasu w 300 ml wody. Wydzielone 

ciało stałe odsącza się pod zmniejszonym ciśnieniem i krystalizuje z etanolu. Wydajność  p–jodonitrobenzenu 

wynosi 73 g (83%), tt. 171 ºC.

ACETANILID

Pierwszorzędowe aminy aromatyczne ogrzewane z bezwodnikiem octowym łatwo reagują dając monoacetylowe 

pochodne. 

Ar

NH

2

  + (CH

3

CO)

2

O à Ar

NHC(O)CH

3

 + CH

3

CO

2

H

Jest to reakcja przebiegająca według mechanizmu addycji-eliminacji charakterystycznego dla przekształcania 

kwasów karbosylowych w ich pochodne (np. estryfikacja: kwas  à  ester) oraz jednych pochodnych kwasów 

karboksylowych w inne (np. omawiany przykład: bezwodnik à amid). 

11

background image

H

3

C C

O

C

H

3

C

O

O

Ac

+  H

H

3

C C

O

OH

Ac

H

3

C C

O

OH

Ac

H

2

N Ph

H

3

C C

O

OH

N

H

H

Ph

Ac

H

3

C C

O

OH

N

H

Ph

H

Ac

H

3

C C

NHPh

OH

H

3

C C

NHPh

OH

+  CH

3

C

O

OH

- H

H

3

C C

NHPh

O

acetanilid 
(N-fenyloacetamid) 

addycja

eliminacja

Stosując nadmiar bezwodnika octowego można też otrzymać pochodne diacetylowe. 

Ar

NHC(O)CH

3

 + (CH

3

CO)

2

O à Ar

N[C(O)CH

3

]

2

 + CH

3

CO

2

H

Jednak są one na tyle nietrwałe, że krystalizowane z wody ulegają hydrolizie do pochodnych monoacetylowych. 

Dzięki temu acetanilidy otrzymuje się łatwo i z wysokimi wydajnościami.

W kolbie kulistej poj. 500 ml, zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną, umieszcza się 20,5 g (20 ml, 0,22 mol) aniliny, 

21,5 g (20 ml, 0,21 mol) bezwodnika octowego, 21,0 g (20 ml, 0,35 mol) lodowatego (czyli 100%) kwasu 

octowego i 0,1 g pyłu cynkowego (dzięki redukującym właściwościom pył cynkowy zapobiega utlenianiu się 

aniliny podczas ogrzewania). Mieszaninę ogrzewa się łagodnie w temperaturze wrzenia przez 30 min a następnie 

gorącą   ciecz   wylewa   się   cienkim   strumieniem   do   zlewki   poj.   1   l   zawierającej   500   ml   zimnej   wody.   Po 

oziębieniu, najlepiej w lodzie, surowy produkt odsącza się pod zmniejszonym ciśnieniem, przemywa niewielką 

ilością   zimnej   wody,   dokładnie   odsysa,   rozkłada   na   bibule   i   suszy   na   powietrzu.   Otrzymuje   się   ok.   26   g 

acetanilidu o tt. 112-113 

C. Surowy produkt krystalizuje się z ok. 500 ml wody z dodatkiem 10 ml etanolu. 

Wydajność czystego związku o tt 113-114 

C– 21 g (70%).

p–BROMOACETANILID i p–BROMOANILINA

Z uwagi na silny aktywujący wpływ grupy NH

2

 bromowanie aniliny przebiega natychmiastowo w temperaturze 

pokojowej i nie wymaga katalizatora. Reakcja wprowadzenia pierwszego podstawnika przebiega równie łatwo w 

pozycji  orto  jak i  para. Ponadto monobromo i dibromopochodne aniliny, podobnie jak sama anilina, łatwo 

ulegają   dalszemu   bromowaniu,   przy   czym   w   każdym   przypadku   kierujący   wpływ   grupy   aminowej   (

) 

dominuje nad wpływem  bromu (à). Z tego powodu jedynym  produktem jaki w omawianej reakcji można 

otrzymać z dobrą wydajnością jest 2,4,6-tribromoanilina (zob. Preparatyka).

12

background image

NH

2

3Br

2

bez kat.
temp. pok.

NH

2

Br

NH

2

Br

Br

NH

2

Br

Br

Br

anilina

2,4,6-tribromoanilina 

Osłabienie elektrodonorowości grupy NH

2

 osiąga się przekształcając ją w grupę amidową NHC(O)R w reakcji 

acylowania.   Jako   odczynnika   acylującego   używa   się   chlorku   lub   bezwodnika   kwasowego.   W   praktyce 

najczęściej stosuje się bezwodnik octowy; reakcja acetylowania. (Zwróć uwagę na różnicę między terminami 

acylowanie i acetylowanie). 

NH

2

RCOCl

lub (RCO)

2

O

NHC(O)R

Para elektronowa atomu azotu jest w tych związkach sprzężona z elektronami 

 grupy karbonylowej, co osłabia 

jej sprzężenie z układem 

 elektronowym pierścienia aromatycznego a tym samym zmniejsza jego podatność na 

substytucję elektrofilową.

NHC(O)R

NHC(O)R

NHC(O)R

NHC(O)R

NH C

O

R

Dzięki temu acetanilid można bromować, zachowując łagodne warunki (nadal niepotrzebny jest katalizator, np. 

FeBr

3

),   otrzymując   z   dobrą   wydajnością  p-monopodstawioną   pochodną,   która   po   etanolizie   w   środowisku 

kwaśnym   (zaproponuj   mechanizm   tej   reakcji)   a   następnie   zalkalizowaniu   mieszaniny   poreakcyjnej   daje  p-

bromoanilinę. 

13

background image

p-bromoanilina 

p-bromoacetanilid

acetanilid

NH

3

Cl

Br

 NaOHaq

 C

2

H

5

OH, HCl, 

t

NHC(O)CH

3

Br

Br

2

CH

3

CO

2

H

t. pok.

NHC(O)CH

3

-CH

3

CO

2

C

2

H

5

NH

2

Br

chlorek p-bromoaniliniowy

Reakcja bromowania przebiega według niżej przedstawionego mechanizmu. (Wyjaśnij regioselektywność tej 

reakcji).

acetanilid

NHAc

Br

H

NHAc

NHAc

Br

H

NHAc

Br

H

NHAc

Br

H

NHAc

Br

H

NHAc

Br

 -H

+

          

kompleks 

p

stan przejściowy

Br

Br





+

-Br

Bromowanie acetanilidu. OSTRZEŻENIE: Reakcję należy wykonywać pod sprawnie działającym wyciągiem. 

Brom   jest   substancją   w   najwyższym   stopniu   żrącą.   Jako   ciecz   wywołuje   bolesne   poparzenia.   Podczas 

operowania   bromem   należy   używać   rękawiczek   (np.   jednorazowych   z     lateksu).   Miejsca   oparzone   należy 

natychmiast  zmyć dużą ilością gliceryny.  Pary bromu działają drażniąco na drogi oddechowe. Podrażnienia 

wywołane wdychaniem par bromu można złagodzić oddychając przez chusteczkę zwilżoną etanolem. Wszystkie 

operacje związane z bromem muszą być wykonywane wyłącznie pod wyciągiem. Naczynia zanieczyszczone 

bromem należy pod wyciągiem przemyć roztworem pirosiarczynu sodu.

W kolbie stożkowej poj. 350 ml rozpuszcza się 13,5 g (0,1 mol) drobno sproszkowanego acetanilidu w 

45 ml lodowatego kwasu octowego. W innej erlenmajerce rozpuszcza się 17 g (5,5 ml, 0,106 mol) bromu w 25 

ml  lodowatego   kwasu  octowego;  roztwór  przenosi   się  do  wkraplacza  umieszczonego   nad  kolbą   reakcyjną. 

Roztwór  bromu dodaje się powoli do stale wstrząsanej (można użyć mieszadła magnetycznego) i wstawionej do 

zimnej wody kolby zawierającej roztwór acetanilidu. Po dodaniu całej ilości bromu, zabarwienie mieszaniny 

reakcyjnej jest pomarańczowe ze względu na obecność w niej niewielkiego nadmiaru bromu. Część produktu 

rekcji   może   wykrystalizować.   W   celu   zakończenia   reakcji   mieszaninę   reakcyjną   pozostawia   się   w   temp. 

pokojowej na 30 min, wstrząsając nią od czasu do czasu. Potem mieszaninę reakcyjną wylewa się do 400 ml 

wody,   a   kolbę   reakcyjną   przemywa   się   ok.   100   ml   wody.   Zawiesinę   miesza   się   dokładnie;   jeśli   jest 

pomarańczowo zabarwiona, dodaje się do niej pewną ilość roztworu pirosiarczynu sodu redukującego brom do 

rozpuszczalnego w wodzie  anionu bromkowego  (2Br

2

  + Na

2

S

2

O

5

  + 3H

2

O  à  4HBr + 2NaHSO

4

). Wytrącony 

osad odsącza się pod zmniejszonym ciśnieniem na lejku Büchnera, dokładnie przemywa zimną wodą, starannie 

14

background image

odciska szerokim szklanym korkiem, aby usunąć jak najwięcej wody i krystalizuje z rozcieńczonego metanolu 

lub etanolu. Wydajność p–bromoacetanilidu, w postaci bezbarwnych kryształów, wynosi 18 g (84%), tt. 167 ºC.

Etanoliza p–bromoacetanilidu. W kolbie kulistej o poj. 500 ml, zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną, rozpuszcza 

się 18 g (0,084 mol) p–bromoacetanilidu w 35 ml wrzącego etanolu. Następnie do wrzącego roztworu dodaje się 

z   wkraplacza   z   wyrównywaczem   ciśnienia   umieszczonego   na   szczycie   chłodnicy   zwrotnej   (górny   otwór 

wkraplacza powinien być otwarty!) 22 ml stężonego kwasu solnego. Mieszaninę ogrzewa się przez 30–40 min 

lub do czasu, gdy pobrana próbka rozcieńczona wodą będzie klarownym roztworem (na czym polega ten test?). 

Wtedy mieszaninę  rozcieńcza  się  150  ml   wody,  a  kolbę  zaopatruje  się   w układ  do  destylacji.   Mieszaninę 

destyluje się z czaszy grzejnej zbierając ok. 100 ml destylatu zawierającego octan etylu (w jaki sposób dochodzi 

do powstania tego związku?), etanol i wodę.  Pozostały w kolbie roztwór chlorku p–bromoaniliniowego wylewa 

się do 100 ml lodowatej wody i energicznie mieszając, dodaje taką ilość 5–proc. roztworu wodorotlenku sodu, 

aby odczyn mieszaniny był słabo alkaliczny.  p–Bromoanilina wydziela się w postaci krzepnącego oleju. Osad 

odsącza się pod zmniejszonym ciśnieniem, przemywa zimną wodą, rozkłada na bibule filtracyjnej i suszy na 

powietrzu. Wydajność produktu wynosi 14 g (97%), tt. 66 ºC. Zwykle krystalizacja z rozcieńczonego alkoholu 

(związana z dużymi stratami) nie jest konieczna.

p–NITROACETANILID i p–NITROANILINA

Aniliny nie poddaje się bezpośredniemu nitrowaniu. Po pierwsze, kwas azotowy ma właściwości utleniające a 

wzbogacony w elektrony pierścień aromatyczny jest podatny na utlenianie; prowadzi to do jego destrukcji. Po 

drugie, w silnie kwaśnym środowisku mieszaniny nitrującej grupa aminowa przekształca się w grupę amoniową, 

która   jest   podstawnikiem   o   silnych   właściwościach   elektronoakceptorowych,   kierującym   podstawienie 

elektrofilowe   w   pozycję  meta.   W   rezultacie   otrzymuje   się   z   niezbyt   dobrą   wydajnością   mieszaninę 

regioizomerów nitroanilin.

Osłabienie elektrodonorowości grupy NH

2

 osiąga się przekształcając ją w grupę amidową NHC(O)R w reakcji 

acylowania.   Jako   odczynnika   acylującego   używa   się   chlorku   lub   bezwodnika   kwasowego.   W   praktyce 

najczęściej stosuje się bezwodnik octowy; reakcja acetylowania.  (Zwróć uwagę na różnicę między acylowaniem 

a acetylowaniem).   

NH

2

RCOCl

lub (RCO)

2

O

NHC(O)R

Para elektronowa atomu azotu jest w tych związkach sprzężona z elektronami 

 grupy karbonylowej, co osłabia 

jej sprzężenie z układem 

 elektronowym pierścienia aromatycznego a tym samym zmniejsza jego podatność na 

substytucję elektrofilową.

15

background image

NHC(O)R

NHC(O)R

NHC(O)R

NHC(O)R

NH C

O

R

Dzięki zmniejszonej reaktywności acetanilid można nitrować, zachowując łagodne warunki, otrzymując z dobrą 

wydajnością  p-monopodstawioną   pochodną,   która   po   hydrolizie   w   środowisku   kwaśnym   i   zalkalizowaniu 

mieszaniny poreakcyjnej daje  p-nitroanilinę. 

wodorosiarczan
p-nitroaniliniowy

p-nitroacetanilid

acetanilid

NH

3

 OSO

3

H

NO

2

NaOHaq

H

2

O, H

2

SO

4

  , 

t

NHC(O)CH

3

NO

2

HNO

3

, H

2

SO

4

CH

3

CO

2

H

t. < 10 °C

NHC(O)CH

3

NH

2

NO

2

p-nitroanilina

Nitrowanie acetanilidu. 

W kolbie kulistej z trzema szyjami poj. 500 ml zaopatrzonej w mieszadło mechaniczne, termometr i umieszcza 

się 25,0 g (0,185 mol) drobno sproszkowanego i suchego acetanilidu oraz 25 ml lodowatego kwasu octowego. 

Do   energicznie   mieszanej   zawartości   dodaje   się   92   g   (50   ml)   stężonego   kwasu   siarkowego.   Mieszanina 

rozgrzewa się i powstaje klarowny roztwór. W bocznych szyjach kolby umieszcza się termometr i wkraplacz z 

wyrównywaczem   ciśnienia   (lub   nóżkę   umocowanego   do   statywu   rozdzielacza)   zawierający   przygotowaną 

wcześniej i ochłodzoną mieszaniną 15,5 g (11 ml) stężonego kwasu azotowego i 12,5 g (7 ml) stężonego kwasu 

siarkowego. Kolbę umieszcza się w mieszaninie chłodzącej składającej się z lodu i soli, i jej zawartość miesza 

się mechanicznie. Kiedy temperatura mieszaniny spadnie do 0–2 ºC, powoli wkrapla się do niej mieszaninę 

kwasów, utrzymując temperaturę poniżej 10 ºC. Po zakończeniu dodawania kwasów, usuwa się łaźnię chłodzącą 

i   pozostawia   kolbę   na   1   godz.   w   temp.   pokojowej.   Potem   mieszaninę   reakcyjną   wylewa   się   na   250   g 

pokruszonego lodu (lub do 500 ml zimnej wody); surowy nitroacetanilid natychmiast się wytrąca. Zawiesinę 

pozostawia się na 15 min, a następnie sączy pod zmniejszonym ciśnieniem na lejku Büchnera. Osad przemywa 

się   kilkakrotnie   zimną   wodą   (do   czasu   gdy   odczyn   przesączu   będzie   obojętny)   i   dokładnie   odciska   (1). 

Jasnożółty produkt krystalizuje się z etanolu, sączy pod zmniejszonym ciśnieniem, przemywa niewielką ilością 

zimnego etanolu i suszy na powietrzu na bibule filtracyjnej. (Żółty  o–nitroacetanilid pozostaje w przesączu.) 

Wydajność p–nitroacetanilidu (w postaci bezbarwnego, krystalicznego ciała stałego) wynosi 20 g (60%), tt. 214 

ºC.

Hydroliza  p–nitroacetanilidu.  Mieszaninę 15,0 g (0,083 mol)  p–nitroacetanilidu i 75 ml 70–proc. roztworu 

kwasu siarkowego (2) ogrzewa się pod chłodnicą zwrotną przez 20–30 min lub do czasu, gdy próbka mieszaniny 

16

background image

reakcyjnej rozcieńczona 2–3 częściami wody będzie stanowić klarowny roztwór (wyjaśnij zasadę tego testu). p

Nitroanilina jest w roztworze, w postaci wodorosiarczanu amoniowego. Klarowny, gorący roztwór wylewa się 

do 500 ml zimnej wody, i wytrąca  p–nitroanilinę dodając nadmiar 10–proc. roztworu wodorotlenku sodu lub 

stężonego roztworu amoniaku. Z zimnej zawiesiny (jeśli to konieczne, należy ją schłodzić) odsącza się żółty 

osad pod zmniejszonym ciśnieniem, przemywa starannie wodą, dokładnie odciska, a następnie krystalizuje z 

mieszaniny rektyfikat–woda (1 : 1) lub gorącej wody. Po odsączeniu, przemyciu i wysuszeniu osadu, otrzymuje 

się 11 g (96%) p–nitroaniliny, tt. 148 ºC.

Uwagi. (1) Przemywanie osadu jest znacznie efektywniejsze, jeśli przenosi się go zlewki, dokładnie rozciera z 

wodą, a następnie sączy.

(2) 70–Proc. roztwór kwasu siarkowego przygotowuje się przez dodanie 60 ml stężonego kwasu siarkowego 

(ostrożnie i wolno, cienkim strumieniem) do 45 ml wody.

KWAS CYNAMONOWY

W syntezie wykorzystuje się reakcję Perkina będącą przykładem reakcji addycji  nukleofilowej anionu 

enolanowego  do grupy  karbonylowej.  Jej  przebieg jest  podobny do przebiegu  kondensacji  aldolowej. 

Ponieważ  anion enolanowy jest  tu wytwarzany  z bezwodnika w  reakcji  z solą odpowiedniego  kwasu 

karboksylowego proces musi przebiegać w warunkach bezwodnych. 

PhCH=C(R)CO

2

Na   +   RCH

2

CO

2

Na

Na

2

CO

3

Ph CH C C

O

O

C

O

R

RCH

2

+RCH

2

CO

2

Ph C

OH

H

CH C

O

O

R

RCH

2

CO

2

H

Ph C

O

H

CH C

O

O

R

+ RCH C

O

O

Ph C

O

H

Na  +   RCH

2

CO

2

H

RCH C

O

O

RCH C

O

O

+   RCH

2

CO

2

  Na

RCH

2

C

O

O

C

O

RCH

2

t

-H

2

O

HCl

PhCH=C(R)CO

2

H   +   RCH

2

CO

2

H

W suchej kolbie kulistej o poj. 250 ml, zaopatrzonej w chłodnicę powietrzną zabezpieczoną rurką z chlorkiem 

wapnia, umieszcza się 21 g (20 ml, 0,2 mol) czystego aldehydu benzoesowego (1), 30 g (28 ml, 0,29 mol) 

bezwodnika octowego i 12 g (0,122 mol) świeżo stopionego i dokładnie sproszkowanego octanu potasu (2). Po 

starannym wymieszaniu substratów kolbę ogrzewa się w czaszy grzejnej w temperaturze łagodnego wrzenia 

przez 4 godz. Jeszcze gorącą (80—100 °C) mieszaninę reakcyjną przelewa do kolby kulistej o poj. 1 l, w 

której znajduje się 100 ml wody. Kolbę reakcyjną przepłukuje się  jeszcze niewielką ilością gorącej wody. 

17

background image

Następnie  dodaje  się,  energicznie  wstrząsając,  nasyconego   wodnego  roztworu   węglanu   sodu  (3)   dotąd,  aż 

mieszanina przybierze odczyn zasadowy (papierek wskaźnikowy).  Wówczas kolbę łączy się z aparaturą do 

destylacji z parą wodną  i prowadzi destylację dotąd, aż  oddestyluje nieprzereagowany aldehyd benzoesowy; 

zacznie destylować klarowna ciecz – woda. Do pozostałego w kolbie destylacyjnej roztworu dodaje się dwie 

łopatki węgla aktywnego i ogrzewa go w temp. wrzenia przez kilka minut. Nieco tylko ochłodzony roztwór 

sączy się pod zmniejszonym  ciśnieniem, aby  oddzielić węgiel wraz z zaadsorbowanymi na nim smolistymi 

produktami ubocznymi. Przesącz, energicznie mieszając, zakwasza się stęż. kwasem solnym, przy czym kwas 

dodaje się powoli, tak długo, aż przestanie wydzielać się CO

2

 (odczyn kwaśny wg papierka wskaźnikowego). Po 

ochłodzeniu odsącza się wydzielony kwas cynamonowy pod zmniejszonym ciśnieniem, przemywa go zimną wodą 

i dobrze odciska. Produkt krystalizuje się z gorącej  wody albo z mieszaniny 3 obj. wody i 1 obj. rektyfikatu. 

Wydajność suchego kwasu cynamonowego w postaci bezbarwnych kryształów o tt. 133 °C wynosi 18 g (62%).

Uwagi. (1) Aldehyd benzoesowy nie może zawierać kwasu benzoesowego. Oczyszczanie aldehydu opisano w 

Preparatyce: II str. 535; III str. 991.

(2)

  Stopiony   octan   potasu   powinien   być   świeżo   przygotowany   metodą   opisaną   dla  octanu   sodu   (zob. 

Preparatyka).   Można   go   jednak   zastąpić   równoważną   molowo   ilością   świeżo   stopionego   octanu   sodu,   ale 

wówczas reakcja przebiega wolniej i ogrzewanie mieszaniny trzeba przedłużyć o 3 godz.

(3)

  W  tym  etapie   syntezy  do alkalizowania  nie  można  używać  roztworu  wodorotlenku sodu, ponieważ 

mogłoby to spowodować reakcję Cannizzaro (Prep.: II str. 676; III str. 990) prowadzącą do powstania kwasu 

benzoesowego z nieprzereagowanego aldehydu benzoesowego. 

ANILINA

Redukcja grupy nitrowej zwłaszcza w nitroarenach jest ważną metodą otrzymywania aniliny i jej pochodnych. 

Najczęściej stosowanymi oczynnikami używanymi do redukcji są np. wodór wobec katalizatora (np. platyny), 

metal  (cyna,  cynk,  żelazo)  w środowisku kwaśnym lub  zasadowym  a także  siarczki  i  wielosiarczki  metali 

alkalicznych lub amonu. Anilinę można otrzymać w reakcji nitrobenzenu z cyną w stężonym kwasie solnym 

zgodnie z równaniem: 

2C

6

H

5

NO

2

  +  12HCl   +  3Sn  à  2C

6

H

5

NH

2

  +  3SnCl

4

  +  4H

2

O

Powstająca podczas reakcji anilina jest wiązana przez kwas chlorocynowy dając odpowiednią sól aniliniową - 

[C

6

H

5

NH

3

+

]

2

  [SnCl

6

]

2

.   Dzięki   temu   z   mieszaniny   poreakcyjnej   można   łatwo   usunąć   nieprzereagowany 

nitrobenzen przez destylację z parą wodną. Sól aniliniową rozkłada się wodorotlenkiem sodu:

[C

6

H

5

NH

3

+

]

2

 [SnCl

6

]

2

  +  8NaOH à C

6

H

5

NH

2

  +  Na

2

SnO

3

  + 6NaCl

i oddziela od wodnej zawiesiny zasadowych soli cyny za pomocą destylacji z parą wodną. 

Produktem  redukcji nitrobenzenu  w środowisku kwaśnym,  w trakcie  której  niewyodrębnialnymi  związkami 

pośrednimi są ntrozobenzen (C

6

H

5

N=O) i fenylohydroksyloamina (C

6

H

5

NHOH), jest  anilina. Jeśli redukcję 

prowadzi się w środowisku zasadowym lub/i stosuje łagodniejsze środki redukujące możliwe jest otrzymanie np. 

18

background image

fenylohydroksyloaminy   oraz  związków   powstających  w  wyniku   reakcji   między produktami  pośrednimi  np. 

azoksybenzenu (C

6

H

5

N

+

(O

)=NC

6

H

5

). Synteza tych i pokrewnych związków jest opisana w Preparatyce: II str. 

617-619; III str. 920-922.  

Preparat wykonuje się pod wyciągiem.

Zalecane jest, aby do reakcji użyć cyny możliwie dobrze rozdrobnionej. Można ją otrzymać w następujący 

sposób. Palnik Meckera umocowuje się poziomo do statywu na wysokości ok. 50 cm od podstawy i umieszcza 

się pod nim większą parownicę porcelanową. Granulkę cyny trzymaną szczypcami metalowymi stapia się w 

płomieniu palnika. Spadająca kropla zastyga na powierzchni porcelany w postaci cienkiej warstwy. Otrzymane 

blaszki cynowe kroi się nożyczkami na możliwie wąskie paski. 

W kolbie kulistej o poj. 1000 ml, zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną (przy wprawnym dalszym postępowaniu nie 

jest konieczne podłączanie węży do chłodnicy;  alternatywnie – chłodnicę napełnia się wodą i łączy oba jej 

króćce kawałkiem węża), umieszcza się 24,6 g (21 ml, 0,20 mol) nitrobenzenu i 45 g (0,38 mol) cyny. Kolbę 

umocowuje się łapą do statywu. Przygotowuje się czaszę grzejną lub łaźnię z wrzącą wodą i miskę z zimną 

wodą. Odmierza się w cylindrze 100 ml stężonego kwasu solnego (1.2 mol), a następnie ok. 15 ml tego kwasu 

wprowadza się do kolby przez chłodnicę zwrotną. Kolbę wraz z łapą odłącza się od statywu i trzymając jedną 

ręką za łapę a drugą za chłodnicę energicznie wstrząsa się zawartością kolby. Mieszanina reakcyjna rozgrzewa 

się, a po niedługim czasie reakcja powinna przebiegać dosyć energicznie. Jeśli to nie nastąpi kolbę ogrzewa się 

aż do zapoczątkowania reakcji. Jeżeli mieszanina wrze bardzo energicznie, to należy ją schłodzić, na chwilę 

zanurzając kolbę w łaźni z zimną wodą. Należy unikać zbytniego ochłodzenia. Wytrąca się wtedy chlorocynian 

aniliniowy w  postaci   białej  lub   żółtej  krystalicznej   masy.   Może   być   wtedy konieczne   ogrzanie   kolby,  aby 

przywrócić właściwe tempo przebiegu reakcji. Podczas całego procesu zawartość kolby powinna być klarowna i 

łagodnie wrzeć. Kiedy początkowa szybkość reakcji zacznie samorzutnie maleć, przez chłodnicę zwrotną dodaje 

się   nową   porcję   15   ml   kwasu   solnego   i   zawartość   kolby   silnie   wytrząsa   w  celu   dokładnego   wymieszania 

składników, a jeśli reakcja zachodzi zbyt gwałtownie, ponownie chłodzi. W ten sposób postępuje się dotąd, aż 

cała ilość kwasu zostanie dodana. Następnie mieszaninę reakcyjną ogrzewa się na wrzącej łaźni wodnej (przez 

30–60 min) do czasu gdy zapach nitrobenzenu przestanie być wyczuwalny, a próbka pobrana z kolby (kilka 

kropli) i rozcieńczona wodą utworzy całkowicie klarowny roztwór (jaki jest cel i sens tej próby?). (Jeśli po 60 

min   ogrzewania   nadal   stwierdza   się   obecność   nitrobenzenu   kolbę   reakcyjną   umieszcza   się   w   zestawie   do 

destylacji z parą wodną. Destylację prowadzi się tak długo, aż z chłodnicy zacznie spływać klarowna ciecz  

 

woda.)

Mieszaninę reakcyjną chłodzi się do temperatury pokojowej i stopniowo dodaje do niej roztwór 75 g 

wodorotlenku sodu w 125 ml wody. Jeśli w trakcie dodawania wodorotlenku mieszanina zacznie wrzeć, to 

należy ją ochłodzić. Wytrącający się początkowo  wodorotlenek cyny,  powinien się całkowicie rozpuścić,  a 

odczyn mieszaniny powinien być silnie alkaliczny. Anilina wydziela się w postaci oleju. Kolbę umieszcza się w 

układzie do destylacji z parą wodną. Destylację prowadzi się tak długo aż, po oddestylowaniu mętnej cieczy, 

zostanie zebranych dodatkowo 120 ml klarownego destylatu. Anilina jest częściowo rozpuszczalna w wodzie 

(ok. 3%), dlatego należy ją „wysolić”, czyli zmniejszyć jej rozpuszczalność nasycając destylat chlorkiem sodu. 

Na   każde   100   ml   destylatu   używa   się   ok.   20   g   soli.   Następnie   nasycony   solą   destylat   przenosi   się   do 

rozdzielacza, dodaje do ok. 40 ml eteru (lub chlorku metylenu) i całość dokładnie wytrząsa w celu dokładnego 

19

background image

wyekstrahowania   aniliny   z   warstwy   wodnej;   należy   pamiętać   o   częstym   wyrównywaniu   ciśnienia   w 

rozdzielaczu, w zależności od położenia rozdzielacza,  albo przez uniesienie na chwilę korka, albo otworzenie 

kranu.   (Podczas   ekstrakcji   wszystkie   palniki   znajdujące   się   w   pobliżu   muszą   być   zgaszone.)   Następnie 

mieszaninę pozostawia się do czasu rozdzielenia warstw. Zlewa się obie warstwy do osobnych naczyń. Warstwę 

wodną (dolną; uwaga: w przypadku użycia CH

2

Cl

2

 warstwa wodna jest na górze) zawraca się do rozdzielacza i 

ekstrahuje nową porcją 40 ml eteru. Połączone roztwory eterowe umieszczone w erlenmajerce suszy się kilkoma 

gramami bezwodnego węglanu potasu (2), wytrząsając zakorkowaną kolbą przez kila minut. 

Roztwór eterowy sączy się przez sączek karbowany do wkraplacza. Eter oddestylowuje się metodą 

destylacji równowagowej (zob. str. 27), stosując kolbę kulistą o poj. 50 ml, do której dodaje się kilka kamyków 

wrzennych.   Kolbę   ogrzewa   się   łagodnie   łaźnią   elektryczną,   pamiętając   o   zachowaniu   środków   ostrożności 

związanych z wyjątkową lotnością i łatwopalnością eteru. Kiedy do kolby zostanie wprowadzony cały roztwór, 

wkraplacz zastępuje się termometrem i oddestylowuje się resztę rozpuszczalnika (wskazówką jest temperatura 

wrzenia).   Wówczas   z   chłodnicy   usuwa   się   wodę   i   zwiększa   intensywność   ogrzewania.   Kiedy   temperatura 

wrzenia   osiągnie   180  ºC   zmienia   się   odbieralnik   (sucha   zważona   erlenmajerka)   i   zbiera   frakcję   wrzącą   w 

temp.180–184 ºC. Wydajność aniliny wynosi 18 g (97%).

Czysta   anilina   wrze   w   temp.   184 ºC.   Świeżo   przedestylowana   jest   bezbarwna,   jednak   podczas 

przechowywania, zwłaszcza na świetle, zabarwia się, na skutek utleniania tlenem z powietrza. Zabarwienie to 

można usunąć, destylując anilinę znad niewielkiej ilości pyłu cynkowego.

Uwaga. (1) Do ekstrakcji aniliny zamiast eteru zaleca się użycie chlorku metylenu. W tym przypadku warstwa 

wodna jest warstwą górną.

  (2) Roztworu  nie należy suszyć  chlorkiem wapnia,  ponieważ  tworzy on z  aniliną  (oraz innymi aminami) 

związki   cząsteczkowe.   Najlepszym   czynnikiem   suszącym   jest   wodorotlenek   sodu   lub   potasu   (w   postaci 

granulek).

p-METYLOACETOFENON

Reakcja acylowania metodą Friedla-Craftsa.

Jest to reakcja substytucji elektrofilowej. Reagentem acylującym jest w niej bezwodnik  kwasu karboksylowego 

lub chlorek acylu. Bezwodnik kwasowy (podobnie jak chlorek kwasowy) ma właściwości zasady Lewisa dzięki 

obecności nie zaangażowanych w wiązania par elektronów na atomach tlenu (i chloru). Oddziaływanie kwasu 

Lewisa, chlorku glinu, z którymkolwiek z tych atomów zwiększa polaryzację odpowiedniego wiązania a tym 

samym zwiększa elektrofilowość karbonylowego atomu węgla. Należy zatem oczekiwać, że kompleksy tego 

typu (RCOClàAlCl

3

), chociaż mniej reaktywne od będącego z nimi w równowadze wolnego jonu acyliowego, 

mogą również pełnić rolę elektrofila w reakcji acylowania.

20

background image

H

C

CH

3

O

H

3

C

 ClAlCl

3

 +  AlCl

4

CH

3

C O

CH

3

C=O

kompleks 

CH

3

C O

CH

3

C=O

CH

3

COCl + AlCl

3

 

(CH

3

CO)

2

O + 2AlCl

3

 + CH

3

CO

2

AlCl

2

  +  AlCl

4

CH

3

+ CH

3

C=O + AlCl

4

C

O

CH

3

AlCl

3

H

3

C

+HCl

H

3

O

C

O

CH

3

H

3

C

p-metyloacetofenon

kation acyliowy

przedstaw rozkład elektronów w kompleksie 

 

za pomocą struktur mezomerycznych
i wyjaśnij regioselektywność reakcji

kompleks produktu
z chlorkiem glinu

Odmiennie niż w reakcji alkilowania, chlorek glinu jest nie tylko katalizatorem, ale także reagentem ponieważ 

tworzy trwały kompleks z powstającymym produktem. Z tego powodu do reakcji acylowania używa się 1,1 mol 

AlCl

3

 na 1 mol chlorku kwasowego lub 2,1 mol AlCl

3

 na 1 mol bezwodnika.

 Sumaryczne równania reakcji:

AlCl

3

C

6

H

5

C

O

CH

3

AlCl

3

C

6

H

6

     +   (CH

3

CO)

2

O   +  2AlCl

3

AlCl

3

C

6

H

6

     +   CH

3

COCl    +   AlCl

3

  +   CH

3

COOAlCl

2

  +  HCl 

   +   HCl

C

6

H

5

C

O

CH

3

AlCl

3

HClaq

C

6

H

5

C(O)CH

3

acetofenon

Dla uniknięcia hydrolizy bezwodnika octowego (do kwasu octowego) i chlorku glinu (do zasadowych soli glinu) 

reakcję przeprowadza się w warunkach bezwodnych. Elementy aparatury używane do reakcji muszą być suche. 

Wszystkie operacje (ważenie lub odmierzanie reagentów, napełnianie nimi reaktora itp.) powinny być wykonane 

sprawnie, aby kontakt chlorku glinu i bezwodnika octowego z wilgocią zawartą w powietrzu był jak najkrótszy. 

Toluen powinien być pozbawiony wody. Można to zrobić za pomocą destylacji. Na początku destylacji destyluje 

azeotrop wody i toluenu. Jego skład jest taki, że po skropleniu par w chłodnicy następuje oddzielenie warstwy 

wodnej od toluenowej; w odbieralniku zbiera się mętny destylat. Destylację przerywa się wtedy, gdy z chłodnicy 

zacznie spływać klarowna ciecz – pozbawiony wody toluen. Pozostały w kolbie toluen po ochłodzeniu używa 

się do reakcji. (Jeśli potrzebny jest toluen bardziej suchy, do wstępnie osuszonego azeotropowo związku dodaje 

się metaliczny sód, najczęściej w postaci drutu otrzymanego za pomocą specjalnej prasy; prep.: II str. 224; III 

str. 379).

21

background image

Reakcję wykonuje się pod wyciągiem.

Kolbę kulistą z trzema szyjami, o poj. 500 ml, zaopatruje się w chłodnicę zwrotną, mieszadło z uszczelnieniem 

(zob.   rysunek   niżej)   oraz   wkraplacz   z   wyrównywaczem   ciśnienia   (sprawdź   szczelność   kranu   przed   na 

pełnieniem). Na szczycie chłodnicy umieszcza się rurkę z chlorkiem wapnia (najlepszy do tego celu jest 

CaCl

2

  granulowany;   wypełnienie   rurki   nie   powinno   hamować   przepływu   HCl),   którą  łączy   się   z 

urządzeniem do pochłaniania wydzielającego się w reakcji chlorowodoru (zob. prep.: II str. 50, rys. 1.50a; 

III str. 88, rys. 2.61a). W kolbie umieszcza się 75 g (0,56 mol) bezwodnego, dobrze sproszkowanego chlorku 

glinu i 120 g (140 ml, 1,30 mol) bezw. toluenu i zanurza się ją w łaźni  z zimną  wodą. (Łaźnię, metalową 

miskę z wodą, należy zamontować w taki sposób, aby w każdej chwili można ją było usunąć spod kolby - 

najlepiej na pierścieniu metalowym zamocowanym do statywu – i na takiej wysokości, aby później można było 

ogrzać palnikiem zawartą w niej wodę.) Po uruchomieniu mieszadła powoli wkrapla się w ciągu pół godziny 25,5 

g (24 ml, 0,25 mol) bezwodnika octowego (jeśli reagent jest „niewiadomego pochodzenia” albo „stary” należy go 

przedestylować, aby usunąć kwas octowy mogący powstawać w wyniku powolnej hydrolizy bezwodnika pod 

wpływem   wilgoci).   Reakcja   jest   egzotermiczna   i   mieszanina   łagodnie   wrze;   jednocześnie   wydziela   się 

chlorowodór. Niekiedy po wewnętrznej stronie kolby pod wkraplaczem osadza się osad. Przed zakończeniem 

wkraplania bezwodnika należy go zsunąć do roztworu za pomocą suchej bagietki wyjmując na chwilę wkraplacz. 

Po wkropleniu całej ilości bezwodnika kolbę ogrzewa  się na wrzącej  łaźni  wodnej  do czasu aż  przestanie 

wydzielać się chlorowodór (ok. 30 min). W tym  czasie reakcja przebiega do końca.  Następnie zawartość 

kolby chłodzi się i wylewa do zlewki, w której znajduje się mieszanina 150 g pokruszonego lodu i 150 ml stęż. 

kwasu solnego. Następuje rozkład kompleksu produktu z chlorkiem glinu. Reakcja jest silnie egzotermiczna 

dlatego wskazane jest mieszanie zawartości zlewki bagietką. W razie potrzeby można do zlewki dodać kawałki 

lodu.  Zawartość   zlewki   składa   się   z   dwóch   warstw   ciekłych;   ciemnej   górnej   będącej   roztworem  p-

metyloacetofenonu w toluenie (toluen ma gęstość mniejszą niż woda) i jasnej dolnej zawierającej roztwór soli 

glinu w rozcieńczonym kwasie solnym. Niekiedy z warstwy wodnej wytrącają się sole nieorganiczne. Należy 

wtedy dodać wody w ilości wystarczającej do ich rozpuszczenia. Mieszaninę przelewa się do rozdzielacza i 

oddziela górną warstwę. Warstwę wodną zawraca się do rozdzielacza i ekstrahuje 25-30 ml eteru. Ekstrakcję 

powtarza się jeszcze raz. Ekstrakty eterowe łączy się z roztworem toluenowym i przemywa w rozdzielaczu 50 

ml 10 proc. roztworu wodorotlenku sodu (dla uniknięcia tworzenia się emulsji można użyć roztwór Na

2

CO

3

warstwa wodna po przemyciu powinna wykazać odczyn alkaliczny), a następnie wodą. Oddzielone warstwy 

organiczne suszy się bezw. siarczanem magnezu lub chlorkiem wapnia.  Po odsączeniu środka suszącego na 

sączku   karbowanym   eter   i   toluen  oddestylowuje   się   pod   normalnym   ciśnieniem.   Do   tej   operacji   można 

zastosować   tzw.   destylację   równowagową.   Montuje   się   zestaw   do   destylacji   prostej,   w   którym   kolbą 

destylacyjną jest kolba Claisena; będzie ona później użyta w zestawie do destylacji próżniowej. W nasadce 

destylacyjnej   zamiast   termometru   umieszcza   się   wkraplacz.   Boczną   szyję   zamyka   się   korkiem.   Część 

roztworu wlewa się do kolby Claisena. Zawartość kolby ogrzewa się do wrzenia; rozpoczyna się destylacja 

eteru i toluenu. Z wkraplacza wkrapla się pozostałą część roztworu w takim tempie, aby poziom cieczy w 

kolbie nie zmieniał się. Po wkropleniu całej ilości roztworu wkraplacz zamienia się na termometr a w bocznej 

szyi  umieszcza się kapilarę. (Alternatywnie  – cały roztwór toluenowo-eterowy produktu umieszcza się w 

kolbie   kulistej   i   usuwa   rozpuszczalniki   za   pomocą   destylacji   prostej.   Pozostałość   przenosi   się   do   kolby 

Claisena stanowiącej część zestawu do destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem.) Kontynuuje się destylację 

22

background image

dotąd aż temperatura oparów osiągnie ok. 120 

C. Po ostudzeniu i usunięciu kamyczków wrzennych kolbę z 

surowym p-metyloacetofenonem przenosi się do zaakceptowanego przez asystenta zestawu do destylacji pod 

zmniejszonym   ciśnieniem.  Po   ustaleniu   się   i   zmierzeniu   ciśnienia   w   aparaturze   wyznacza   się   za   pomocą 

diagramu spodziewaną temperaturę wrzenia wiedząc, że pod ciśnieniem atmosferycznym wynosi ona 225 

C. 

Wskazane   jest   owinięcie   deflegmatora   kartką   papieru   lub   taśmą   izolacyjną.   Na   początku   destylują   resztki 

toluenu.  Z powodu dużej  prężności  par  tego rozpuszczalnika  ciśnienie  w aparaturze  może  nieco wzrosnąć. 

Sprawdzamy to otwierając co jakiś czas kran manometru. (Kran ten powinien być zamknięty podczas destylacji. 

Otwiera się go tylko na czas pomiaru ciśnienia.) Kiedy temperatura oparów zbliży się do temperatury wrzenia 

oszacowanej dla danego ciśnienia (ze względu na dokładność wyznaczania rzeczywista temperatura wrzenia 

może się różnić o kilka stopni od oszacowanej) i przestanie wzrastać przekręca się „krówkę” tak, aby produkt 

spływał   do   starowanej   uprzednio   kolby.   Destylację   prowadzi   się   do   momentu,   kiedy   temperatura   oparów 

zacznie   wyraźnie   wzrastać   lub   kiedy   w   kolbie   destylacyjnej   pozostanie   ok.   1   ml   cieczy   (nie   należy 

wydestylowywać   cieczy   „do   sucha”.   Boczne   ścianki   kolby   destylacyjnej   niedostatecznie   zwilżone   cieczą 

nagrzewają  się  do wysokiej  temperatury.  W zetknięciu z nimi spływające  z deflegmatora  ciecz  może  ulec 

rozkładowi.) Usuwa się wtedy czaszę grzejną i pozostawia kolbę do ostygnięcia. Zapowietrza się aparaturę 

ostrożnie zdejmując wąż z tubusa „krówki”. Należy zwrócić uwagę, aby w tym czasie kran manometru był 

zamknięty oraz aby kolby z przedgonem i produktem nie zsunęły się ze szlifów „krówki”. Dopiero wtedy można 

zakręcić kran pompki wodnej i ostrożnie zapowietrzyć manometr. Zwykle otrzymuje się ok. 29 g produktu, wyd. 

86%. 

korek gumowy

wąż gumowy

smarować olejem parafinowym

prowadnica

bagietka - mieszadło

23

background image

MRÓWCZAN ETYLU

Kwasy karboksylowe alifatyczne i aromatyczne w rekcji z alkoholami pierwszo- i drugorzędowymi dają estry. 

Reakcja estryfikacji jest katalizowana  mocnymi  kwasami, najczęściej kwasem siarkowym.  Rola katalizatora 

polega na protonowaniu atomu tlenu grupy karbonylowej, co zwiększa elektrofilowość karbonylowego atomu 

węgla i ułatwia przyłączenie słabego nukleofila, alkoholu. Wszystkie etapy tej reakcji są odwracalne, a położenie 

równowagi zależy od budowy reagentów. W celu zwiększenia wydajności estru stosuje się nadmiar jednego z 

reagentów (zob. Benzoesan etylu i Octan butylu) lub usuwa produkty, wodę lub/i ester (zob. Mrówczan etylu), w 

trakcie ich powstawania. Jeśli ester ma niższą niż substraty temperaturę wrzenia, to można go oddestylowywać. 

Wodę można usuwać za pomocą środka suszącego albo oddestylowywać w postaci azeotropu, np. z benzenem. 

Używany   jako   katalizator   stężony   kwas   siarkowy   protonując   powstającą   wodę,   także   przyczynia   się   do 

zwiększenia wydajność estru. 

+H

2

O

+ R

1

OH

+   H

3

O

R C

O

OR

1

R C

O

OR

1

H

R C

O

OR

1

H

- H

2

O

R C

OH

O

OR

1

H

H

R C

O

OH

H

R C

O

OH

H

R C

OH

OH

O

R

1

H

+   H

R C

O

OH

addycja
etap najwolniejszy

eliminacja

24

background image

Według   powyższego   schematu   nie   można   otrzymywać   estrów   alkoholi   trzeciorzędowych.   O   szybkości 

najwolniejszego etapu, a więc i o szybkości całej reakcji, w znacznym stopniu decydują czynniki steryczne. Jest 

zatem   oczywiste,   że   utworzenie   wiązania   między   karbonylowym   atomem   węgla   i   atomem   tlenu   alkoholu 

trzeciorzędowego,   mającego   dużą   objętościowo   grupę   alkilową,   będzie   przebiegało   powoli.   Jednocześnie 

obecność silnego kwasu mineralnego będzie sprzyjała reakcji dehydratacji alkoholu, której alkohole mogące 

utworzyć trwałe karbokationy, np. alkohole trzeciorzędowe, ulegają szczególnie łatwo.

W   przypadkach,   w   których   z   przyczyn   technicznych   lub   ekonomicznych   nie   można   zastosować   nadmiaru 

jednego z reagentów, do reakcji używa się chlorków kwasowych lub bezwodników (octany, ftalany). Rekcje 

przebiegają wtedy szybko i dużymi wydajnościami. 

W kolbie kulistej poj. 500 ml umieszcza się mieszaninę 135 ml (2,3 mol) alkoholu etylowego, 124 g (2,3 mol) 

85-proc. kwasu mrówkowego i 20 g chlorku wapnia. Kolbę zaopatruje się w zestaw do destylacji zawierający 

kolumnę Vigreux i ogrzewa powoli na łaźni wodnej. Wkrótce rozpoczyna  się destylacja mrówczanu etylu. 

Temperaturę łaźni wodnej reguluje się tak, aby zapewnić powolną i równomierną destylacją estru. Produkt (168 

g) zbiera się w temp. 53-55 

C. Surowy mrówczan etylu destyluje się ponownie znad 20 g bezw. węglanu potasu 

(do czego służy K

2

CO

3

?) stosując ten sam (umyty i suchy!) zestaw destylacyjny. Zbiera się frakcję wrzącą w 

temp. 53-54 

C otrzymując 150 g (88%) estru.

BENZOESAN METYLU

Reakcja przebiega według mechanizmu addycji-eliminacji – patrz wstęp do Mrówczanu etylu.

W kolbie kulistej poj. 500 ml umieszcza się 30 g (0,246 mol) kwasu benzoesowego, 80 g(101 ml, 2,5 mol) bezw. 

metanolu (odwadnianie metanolu – zob. Prep.: II str. 219; III str. 374) i 5 g (2,7 ml) stęż. kwasu siarkowego i 

dodaje kilka kamyczków wrzennych. Kolbę zaopatruje się w chłodnicę zwrotną i ogrzewa w temp. wrzenia 

przez 4 godz. Nadmiar alkoholu oddestylowuje się z łaźni wodnej (można użyć wyparki obrotowej; nie należy 

natomiast raczej używać czaszy grzejnej – dlaczego?)) a pozostałość, po ochłodzeniu, wlewa się do rozdzielacza 

zawierającego 250 ml wody. Kolbę przepłukuje się niewielką ilością wody, którą wlewa się do rozdzielacza. 

Często oddzielenie estru od górnej warstwy wodnej jest trudne z powodu małej różnicy gęstości estru i wody. W 

takim przypadku do rozdzielacza dodaje się 10-15 ml chlorku metylenu i energicznie wstrząsa; cięższy roztwór 

estru w chlorku metylenu  oddziela się  wyraźnie  i szybko.  Dolną warstwę  oddziela  się dokładnie, usuwa z 

rozdzielacza warstwę wodną, część organiczną zawraca do rozdzielacza i wytrząsa z nasyconym roztworem 

wodorowęglanu   sodu   aż   do   zaprzestania   wydzielania   się   ditlenku   węgla,   czyli   do   całkowitego   usunięcia 

kwasów.  Roztwór  estru przemywa  się  wodą  i  zlewa  do małej  kolby  stożkowej  zawierającej  5 g siarczanu 

magnezu. Kolbę zamyka się korkiem i zostawia na ok. pół godz. wstrząsając od czasu do czasu. Roztwór sączy 

się przez mały sączek karbowany do kolby kulistej, którą następnie zaopatruje się w zestaw do destylacji z 

chłodnicą powietrzną i termometrem do 360 

C. Po dodaniu kamyków wrzennych kolbę ogrzewa się w czaszy 

grzejnej. Początkowo intensywność ogrzewania powinna być mała, aby chlorek metylenu nie destylował zbyt 

gwałtownie.   Po   oddestylowaniu   rozpuszczalnika   zwiększa   się   intensywność   ogrzewania.   Benzoesan   metylu 

zbiera się w temp. 198-200 

C. Wydajność 31 g (92%).

25

background image

Analogicznie otrzymuje się:

BENZOESAN ETYLU

Z 30 g (0,246 mol) kwasu benzoesowego, 115 g (145 ml, 2,5 mol) bezw. etanolu i 5 g (2,7 ml) stęż. kwasu 

siarkowego. Otrzymuje się 32 g (86%) estru o tw. 212-214 

C.

SALICYLAN METYLU

Z 27,6 g (0,2 mol)  kwasu salicylowego,  64 g (81 ml,  2 mol)  bezw.  metanolu  i  5 g (2,7 ml)  stęż. kwasu 

siarkowego. Ogrzewanie 5 godz. Otrzymuje się 32 g (86%) estru o tw. 221-224 

C. Ester można destylować pod 

zmniejszonym ciśnieniem; tw. 115 

C/20 mmHg.

SALICYLAN ETYLU

Z 27,6  g (0,2  mol)   kwasu  salicylowego,   92 g  (116  ml,   2 mol)   bezw.  etanolu  i  5  g (2,7  ml)  stęż.  kwasu 

siarkowego. Ogrzewanie 5 godz. Tw. 234 

C/760mmHg, 119 C/20 mmHg.  Wydajność 75%.

OCTAN BUTYLU

W kolbie kulistej o poj. 250 ml (lub 500 ml) umieszcza się 37,0 g (46 ml, 0,5 mol) butan-1-olu i 60 g (60 ml, 1 

mol) lod. kwasu octowego i dodaje ostrożnie (z małego cylinderka lub kalibrowanej pipety) 1 ml stęż. kwasu 

siarkowego. Kolbę zaopatruje się w chłodnicę zwrotną i mieszaninę reakcyjną ogrzewa w temp. wrzenia przez 3-

6 godz. (1). Schłodzoną mieszaninę reakcyjną przenosi się do rozdzielacza, w którym znajduje się ok. 250 ml 

wody, wytrząsa i oddziela górną warstwę surowego estru. Warstwę estrową przemywa się kolejno 100 ml wody, 

25 ml  nasyconego  wodnego roztworu  wodorowęglanu  sodu  i 50 ml  wody,  a  następnie suszy  5-6 g bezw. 

siarczanu sodu. Po odsączeniu środka suszącego na sączku karbowanym ester destyluje się ogrzewając kolbę 

czaszą grzejną. Czysty octan butylu zbiera się w temp. 124-125 

C; wydajność 40 g (69%). 

Uwaga. (1) Aby uzyskać nieco wyższą wydajność należy wziąć do reakcji więcej kwasu octowego (90-120 g) i 

przedłużyć ogrzewanie w temp. wrzenia pod chłodnicą zwrotną do 12-18 godz..

26


Document Outline