1010 Acilazione intramolecolare dell acido 3-fenilpropionico a 2,3-diidroinden-1-one (α-indanone)

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1 1010 Acilazione intramolecolare dell acido 3-fenilpropionico a 2,3-diidroinden-1-one (α-indanone) H acido polifosforico (PPA) C 9 H 10 2 (150.2) C 9 H 8 (132.2) Classificazione Tipo di reazione e classi di sostanze Sostituzione elettrofila nei composti aromatici, ciclizzazione, acilazione di Friedel-Crafts, reazione del gruppo carbossile degli acidi carbossilici; Acido carbossilico, aromatici, chetone; Tecniche usate Estrazione con imbuto separatore, concentrazione con evaporatore rotante, filtrazione, distillazione su colonna, distillazione a pressione ridotta, bagno riscaldante ad olio, cromatografia su colonna (solo per scala da 10 mmol); Istruzioni (scala dell esperimento: 100 mmol) Attrezzatura Beuta a collo largo da 500 ml, bacchetta di vetro, termometro interno, beaker, piastra riscaldante, imbuto separatore da 1 L, evaporatore rotante, colonna Vigreux (lunghezza: 20 cm), apparato per distillazione, pompa da vuoto, bagno ad olio; Sostanze acido 3-fenilpropionico (pf C) acido polifosforico (PPA, 83% P 2 5 ) tert-butil metil etere (pe 55 C) ghiaccio tritato soluzione acquosa di NaH (5%) solfato di magnesio per seccare 15,0 g (100 mmol) 110 g 150 ml 150 g 30 ml circa 3 g Reazione Per una buona riuscita dell esperimento, è necessario controllare accuratamente la temperatura dell ambiente di reazione: predisporre quindi un elevatore e posizionarvi sopra una piastra riscaldante dotata di bagno ad olio. Il recipiente di reazione, ovvero una beuta da 500 ml, deve essere fissato ad un supporto (tramite un morsetto) immediatamente sopra il bagno riscaldante: in questo modo sarà possibile regolare la temperatura del recipiente attraverso un semplice intervento sull elevatore. 1

2 Mettere 60 g di acido polifosforico nella beuta e scaldare il tutto ad una temperatura di 90 C circa (temperatura del bagno: 100 C circa), fino ad ottenere la completa liquefazione del solido. Riscaldare in un beaker a parte 15,0 g (100 mmol) di acido 3-fenilpropionico ad una temperatura di 60 C, fino a raggiungere (anche in questo caso) la completa liquefazione del reagente. Mantenendo sotto agitazione tramite una bacchetta di vetro, aggiungere l acido 3- fenilpropionico alla beuta di reazione; abbassare quindi il bagno ad olio in maniera tale che la beuta non vi sia più immersa. Agitare la miscela di reazione per 3 minuti (in questa fase la temperatura dovrebbe essere mantenuta attorno ai 90 C), quindi aggiungere altri 50 g di acido polifosforico. Immergere successivamente la beuta nel bagno ad olio (temperatura del bagno: 100 C) e continuare l agitazione per altri 4 minuti. Una volta terminato, abbassare nuovamente il bagno ad olio e raffreddare la miscela fino a 60 C. Aggiungere quindi 150 g di ghiaccio tritato e mantenere sotto agitazione fino alla completa idrolisi dell acido polifosforico e alla comparsa di un precipitato oleoso di colore giallo. Work up Trasferire la miscela di reazione in un imbuto separatore da 1 L ed estrarla con 3 porzioni da 50 ml di tert-butil metil etere. Unire le fasi organiche risultanti e lavarle inizialmente con 50 ml d acqua, quindi con 30 ml di una soluzione acquosa di NaH (5%) e, per finire, con altri 50 ml d acqua. Controllare il ph dell acqua di lavaggio (ricorrere ad una cartina al tornasole): se dovesse essere ancora acido, proseguire i lavaggi della fase organica con porzioni da 30 ml d acqua fino a raggiungere la neutralità. Seccare la fase organica su solfato di magnesio, filtrare l agente essiccante ed eliminare il solvente tramite evaporatore rotante: come prodotto grezzo si ottiene una sostanza oleosa. Resa di prodotto grezzo: 10,2 g; Purificare il prodotto grezzo mediante distillazione frazionata a pressione ridotta su una colonna Vigreux da 20 cm. Resa: 9,32 g (70,5 mmol, 71%); punto di ebollizione: C (2 hpa); aspetto: liquido incolore, che cristallizza molto velocemente; punto di fusione: C; Gestione dei rifiuti Riciclo Il tert-butil metil etere evaporato viene raccolto e distillato. Suggerimenti per lo smaltimento dei rifiuti Rifiuto/i Fasi acquose (neutralizzate) Residuo di distillazione Solfato di magnesio Smaltimento Miscele acquose di solventi, non contenenti alogeni Solventi organici, non contenenti alogeni Rifiuti solidi, non contenenti mercurio 2

3 Durata dell esperimento 3 ore. Quando posso interrompere l esperimento? Prima di eliminare il solvente, oppure prima della distillazione. Grado di difficoltà Facile Istruzioni (scala dell esperimento: 10 mmol) Attrezzatura Beuta a collo largo da 250 ml, bacchetta di vetro, termometro interno, beaker, piastra riscaldante, imbuto separatore da 250 ml, evaporatore rotante, colonna cromatografica (lunghezza: 60 cm, diametro: 4 cm), bagno ad olio; Sostanze acido 3-fenilpropionico (pf C) acido polifosforico (PPA, 83% P 2 5 ) tert-butil metil etere (pe 55 C) ghiaccio tritato soluzione acquosa di NaH (5%) solfato di magnesio per seccare gel di silice 60 per colonna cromatografica n-eptano : acetato di etile = 9 : 1 (eluente) 1,50 g (10,0 mmol) 11 g 30 ml 30 g 5 ml circa 1 g circa 520 g circa 5 L Reazione Per una buona riuscita dell esperimento, è necessario controllare accuratamente la temperatura dell ambiente di reazione: predisporre quindi un elevatore e posizionarvi sopra una piastra riscaldante dotata di bagno ad olio. Il recipiente di reazione, ovvero una beuta da 250 ml, deve essere fissato ad un supporto (tramite un morsetto) immediatamente sopra il bagno riscaldante: in questo modo sarà possibile regolare la temperatura del recipiente attraverso un semplice intervento sull elevatore. Mettere 6,0 g di acido polifosforico nella beuta e scaldare il tutto ad una temperatura di 90 C circa (temperatura del bagno: 100 C circa), fino ad ottenere la completa liquefazione del solido. Riscaldare in un beaker a parte 1,50 g (10,0 mmol) di acido 3-fenilpropionico ad una temperatura di 60 C, fino a raggiungere (anche in questo caso) la completa liquefazione del reagente. Mantenendo sotto agitazione tramite una bacchetta di vetro, aggiungere l acido 3- fenilpropionico alla beuta di reazione; abbassare quindi il bagno ad olio in maniera tale che la beuta non vi sia più immersa. Agitare la miscela di reazione per 3 minuti (in questa fase la temperatura dovrebbe essere mantenuta attorno ai 90 C), quindi aggiungere altri 5,0 g di acido polifosforico. Immergere successivamente la beuta nel bagno ad olio (temperatura del bagno: 100 C) e continuare l agitazione per altri 4 minuti. Una volta terminato, abbassare 3

4 nuovamente il bagno ad olio e raffreddare la miscela fino a 60 C. Aggiungere quindi 30 g di ghiaccio tritato e mantenere sotto agitazione fino alla completa idrolisi dell acido polifosforico e alla comparsa di un precipitato oleoso di colore giallo. Work up Trasferire la miscela di reazione in un imbuto separatore da 250 ml ed estrarla con 3 porzioni da 10 ml di tert-butil metil etere. Unire le fasi organiche risultanti e lavarle inizialmente con 30 ml d acqua, quindi con 5 ml di una soluzione acquosa di NaH (5%) e, per finire, con altri 20 ml d acqua. Controllare il ph dell acqua di lavaggio (ricorrere ad una cartina al tornasole): se dovesse essere ancora acido, proseguire i lavaggi della fase organica con porzioni da 20 ml d acqua fino a raggiungere la neutralità. Seccare la fase organica su solfato di magnesio, filtrare l agente essiccante ed eliminare il solvente tramite evaporatore rotante: come prodotto grezzo si ottiene una sostanza oleosa. Resa di prodotto grezzo: 1,15 g; Purificare il prodotto mediante cromatografia su colonna. Impaccare la colonna con gel di silice, depositare il grezzo di reazione in cima alla fase fissa ed eluire con 5 L circa di miscela n-eptano : acetato di etile = 9 : 1. Esaminare le diverse frazioni raccolte tramite TLC (R f del prodotto: 0,3). Unire le frazioni contenenti prodotto ed eliminare il solvente mediante evaporatore rotante. Resa: 1,04 g (7,87 mmol, 79%); punto di fusione: C; Gestione dei rifiuti Riciclo Il tert-butil metil etere evaporato viene raccolto e distillato. La miscela eluente evaporata viene raccolta e distillata; essa può essere riutilizzata (dopo controllo GC) per altre separazioni cromatografiche. Suggerimenti per lo smaltimento dei rifiuti Rifiuto/i Fasi acquose (neutralizzate) Solfato di magnesio Gel di silice dalla colonna Smaltimento Miscele acquose di solventi, non contenenti alogeni Rifiuti solidi, non contenenti mercurio Rifiuti solidi, non contenenti mercurio Durata dell esperimento 1 giorno. Quando posso interrompere l esperimento? Prima di eliminare il solvente, oppure prima della separazione cromatografica. Grado di difficoltà Facile 4

5 Caratterizzazione Analisi TLC Condizioni TLC: Adsorbente: Lastrina Merck TLC Alu plates silica gel 60 F 254 ; dimensioni: 5 x 10 cm; Eluente: n-eptano : acetato di etile = 9 : 1 R f (acido 3-fenilpropionico): 0,16 R f (α-indanone): 0,30 GC Condizioni GC: Colonna: Iniezione: Gas carrier: Forno: Rivelatore: Integrazione: 5CB Low Blend/MS; lunghezza: 30 m; diametro interno: 0,32 mm; film: 0,25 µm; Temperatura dell iniettore: 210 C; sistema split di iniezione; volume iniettato: 1 µl; H 2 ; pressione pre-colonna: 50 kpa; Temperatura iniziale: 60 C (2 min); 10 C/min fino a 240 C (30 min); FID, 310 C; Shimadzu; La concentrazione percentuale è stata calcolata tramite i valori delle aree dei picchi. GC del prodotto grezzo GC del prodotto puro Tempo di ritenzione [min] Sostanza Area [%] del picco 12.1 prodotto 98 (nel prodotto puro) altri non identificata 2 (nel prodotto puro) 5

6 Spettro 1 H NMR del prodotto grezzo (400 MHz, CDCl 3 ) Spettro 1 H NMR del prodotto puro (400 MHz, CDCl 3 ) δ [ppm] Molteplicità Numero di H Assegnazione m 2 2-H m 2 3-H m 1 6-H m 1 5-H m 1 7-H m 1 8-H

7 Spettro 13 C NMR del prodotto puro (100 MHz, CDCl 3 ) δ [ppm] Assegnazione C C C C C C C C C solvente

8 Spettro IR del prodotto puro (KBr) Trasmissione [%] Numeri d onda [cm -1 ] [cm -1 ] Assegnazione 3065, 3050, 3010 C-H stretching, aromatico 2929, 2860 C-H stretching, alcano 1702 C= stretching, chetone 1600 C=C stretching, aromatico 8