B-нитростирол

Федеральное агентство по образованию

Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина

Кафедра органической химии и химии нефти

Курсовая работа

в практикуме по синтетическим методам органической химии

(Литературный синтез)

на тему:

«β-нитростирол».

Выполнила:

студентка группы ХТ-08-5

Дежиц К.Ю.

Проверил:

асс. Гируц М.В.

Москва 2011г.

Содержание

1.      Введение……………………………………………………………….…….3

2.      Теоретическая часть…………………………………………………….….4

2.1. Формула соединения и его названия (тривиальное и по номенклатуре IUPAC)…………………………………………………………………..……4

2.2 Физические свойства………………………………………………....…4

2.3 Применение………………………………………………………………4

2.4 Химические свойства…………………………………………......….…5

2.4.1       Рекции на кратные связи………………………………………5

2.4.2       Реакции по бензольному кольцу……………………………..7

2.5 Методы получения………………………………………………………8

2.6 Основание выбора схемы синтеза соединения……………………….11

3. Экспериментальная часть…………………………………………….…….12

    Синтез……………………………………………………………………..…..12

3.1             Уравнение реакции………………………………………………..12

3.2             Расчет и таблица характеристики количеств исходных реагентов и продуктов реакции……………………………………….……..12

3.3             Описание синтеза………………………………………………..…14

3.4             Константы полученного соединения, выход продукта реакции………………………………………………………………….16

4. Вывод…………………………………………………………………………..16

5. Использованная литература…………………………………………….……17

1. Введение

              Органический синтез – это получение вещества заданного строения путем целенаправленного изучения структуры исходных соединений.

              Цель данной работы – применить на практике все теоретические знания по курсу органической химии, а также показать навыки работы с различными приборами. Целью литературного синтеза является изучение свойств и методик получения β-нитростирола, выбор наиболее оптимального способа получения заданного вещества, исходя из доступности сырья, энергетических и трудовых затрат, легкости получения целевого продукта.

2. Теоретическая часть

2.1. Формула соединения и его названия

По тривиальной номенклатуре:  β-нитростирол

          По номенклатуре IUPAC:  2-нитровинилбензол

          Брутто формула: C7H8NO2

2.2 Физические свойства

              β-нитростирол – твердое кристаллическое вещество желтого цвета. Температура плавления . Хорошо растворим в органических растворителях, не растворим в воде.

2.3 Применение

              Применяется в качестве веществ, проявляющих антимикробную, антигрибковую, антипротозойную активности. [1]

2.4 Химические свойства

2.4.1 Реакции на кратные связи

      Гидрирование

Катализаторами гидрирования являются обычно Pt или Ni, в которых водород растворяется и диссоциирует на атомы (H2     2H).

+ H2

      Галогенирование

Реакция с бромной водой (р-р Br2 в H2O) является качественной реакцией на алкены и другие непредельные УВ (бромная вода обецвечивается). [2]

             + Br2  

      Гидрогалогенирование

            + HCl

       

      Гидратация

       

             + H2O

      Окисление перманганатом калия в нейтральной или щелочной среде (реакция Вагнера)

Реакция является качественной реакцией на алкены и другие непредельные УВ (р-р KMO4обецвечивается).

          + [O]   +  H2O

2.4.2 Реакции по бензольному кольцу

Присоединение к бензольному кольцу пойдет в мета-положение.

      Галогенирование

При взаимодействии гомологов бензола с галогенами в присутствии катализаторов (галогенидов железа или алюминия) происходит замещение в бензольном ядре. [3]

      Нитрование

По этому же механизму будут протекать реакции сульфирования.

      Алкилирование

2.5 Методы получения

I. Из бензальдегида

В 6-литровую широкогорлую склянку, погруженную в ведро с охладительной смесью изо льда и соли и снабженную механиче­ской мешалкой, термометром и делительной воронкой, помещают 305 г (5 мол.) нитрометана, 530л (5 мол.) бензальдегида (примечание 1) и 1000 мл метилового спирта. Затем растворяют 210 г(5,25 мол.) едкого натра в приблизительно равном объеме воды, раствор охлаждают, разбавляют водой со льдом до объема 500 мл, выливают его в делительную воронку и прибавляют при переме­шивании к реакционной смеси с такой скоростью, чтобы темпера­тура не поднималась выше 10—15° (примечания 2 и 3).

Вскоре после начала прибавления щелочи образуется объе­мистый белый осадок. Смесь настолько густеет, что перемешивание становится затруднительным; поэтому рекомендуется прибавить еще 100 мл метилового спирта. По прибавление всего количества щелочи мешалку останавливают, смесь оставляют стоять в тече­ние 15 мин., а затем к пастообразной массе прибавляют 3—3,5 л холодной воды с толченым льдом. Полученный прозрачный раствор (примечание 4) переносят в делительную воронку и выливают с та­кой скоростью, чтобы уже нельзя было считать отдельных капель, в разбавленную соляную кислоту (1000 мл концентрированной кислоты на 1500 мл воды), находящуюся в 15-литровом глиняном сосуде (примечание 5). Почти тотчас же после смешения щелочного раствора с кислотой выпадает бледно-желтая и кристаллическая масса. Во время прибавления смесь перемешивают механической мешалкой. Когда весь щелочной раствор будет прилит к кислоте, перемешивание прекращают; жидкости дают отстояться и водный мут­ный раствор декантируют с осевшего осадка. Затем продукт отса­сывают и промывают водой до полного удаления хлоридов. Для удаления основной массы воды отжатый осадок переносят в стакан и нагревают на водяной бане до расплавления. При этом образуются два слоя; нижний, состоящий из β-нитростирола, по охлаждении за­твердевает, и тогда воду можно слить. С целью очистки сырой β-нитростирол растворяют в 420 мл горячего этилового спирта (примечание 6), раствор фильтруют в нагретую склянку дли отсасывания, чтобы удалить твердые примеси, фильтрат охлаждают до завершении кристаллизации и выпавшие кристаллы отсасывают и сушат. Выход сырого продукта, плавящегося при 56—50°, составляет 650—670 г. Выход перекристаллизованного β-нитростирола, плавящегося резко при 57—58°, достигает 600—620 г (80—83% теоретич.). На весь синтез, включая очистку, требуется один день. [4]

Примечания

1.      Применяется технический бензальдегид, который предва­рительно промывают раствором соды, сушат и перегоняют в ва­кууме.

2.      Первые несколько миллилитров раствора щелочи следует прибавлять очень осторожно, так как реакция обычно не начи­нается сразу. В случае прибавления слишком большого количе­ства щелочи до начала реакции, температура смеси может в момент начала реакции резко подняться от 100 до 30° и даже выше, не­смотря на хорошее охлаждение и энергичное перемешивание. В слу­чае необходимости внезапное повышение температуры следует уме­рить прибавлением горсти толченого льда непосредственно к реакци­онной смеси. После окончание бурного начала реакции остаток щелочи можно прибавлять более быстро.

3.      В присутствии едкого натра при температуре выше 10° кон­денсация проходят почти моментально. Если после прибавления щелочи сосуд с реакционной массой оставить на ночь в холодиль­нике, то выход не уменьшается.

4.      Следует следить за тем, чтобы температура щелочного рас­твора, полученного после прибавления воды к реакционной массе, была ниже 50. Вообще этот раствор мало стоек, и его нужно пере­работать возможно быстрее.

5.      Прибавлять щелочной раствор к кислоте следует медленно. Если, наоборот, приливать кислоту в щелочной раствор, то про­дукт всегда выпадает в виде масла, содержащего насыщенный нитроспирт. Нужное ненасыщенное нитросоединение легче всего обра­зуется при вливании щелочного раствора в большой избыток кис­лоты при комнатной температуре, как это указано выше.

II. Из стирола

В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром и капельной воронкой заливают 10,4 г (0,1 моля) стирола, 24 мл растворителя (бензол, толуол, дихлорэтан) и раствор нитрита натрия в воде (15,2 г (0,22 моля) NaNO2 в 20 мл воды). Смесь охлаждают до 0oС и при охлаждении дозируют 102 мл 10% серной кислоты, поддерживая в колбе температуру 0-10oС, После окончания дозировки реакционной массе дают выдержку в течение 30 минут. Выпавший осадок димера a-нитрозо-β-нитроэтилбензола отфильтровывают, промывают 40 мл воды и 30 мл изопропилового спирта.

Выход составляет 15 г (85% от теории). Тпл в интервале 96-106oС. В колбу с обратным холодильником заливают 25 мл спирта (метанол, этанол, изопропанол), вносят 15 г димера α-нитрозо-β-нитроэтилбензола и каталитическое количество триэтиламина. Реакционную массу нагревают до 60-70oС и выдерживают при кипении полного растворения осадка. Сразу же вливают 0,2 мл соляной кислоты (d=1,18 г/см3) и охлаждают реакционную массу до 0-5oС.

Выпавшие кристаллы β-нитростирола фильтруют, промывают небольшим количеством изопропилового спирта, подсушивают. Выход составляет 10,5 г (84% от теории). Температура плавления 56-57oС (Тпл. лит. 59oС). [5]

III. Другие методы получения

β-нитростирол может быть получен конденсацией бензальдегида с нитрометаном. Конденсацию можно осуществить с помощью небольших количеств первичного алифатического амина, но в этом случае реакция заканчивается только через несколько дней. Лучшие результаты получаются при применении щелочи, как это было впервые открыто Тиле. β-нитростирол может быть получен также из бензила, нитрометана и этилата натрия или из стирола и нитрозилхдорида.

2.6 Обоснование выбора схемы синтеза соединения

              Была выбрана методика получения β-нитростирола из бензальдегида, так как данная методика предполагает использование реактивов, имеющихся в лаборатории, проводится достаточно быстро, дает неплохой выход вещества. А также в лаборатории присутствует необходимая аппаратура.

3.    Экспериментальная часть

Синтез

3.1. Уравнение реакции

3.2. Расчет и таблица характеристики количеств исходных реагентов и продуктов реакции

Бензальдегид:

Нитрометан:

β-нитростирол:

              1) Расчет по уравнению реакции (или расчет теоретического количества реагентов, необходимых для получения 7 грамм β-нитростирола).

              2) Перерасчет количеств веществ по практикуму.

              В практикуме для получения 600 г β-нитростирола берется 305 г нитрометана, 530 г бензальдегида, 210 г едкого натра и 1000 мл этилового спирта.

Характеристики и количества исходных веществ