UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA LABRATRI CHIMIC INTEGRAT A CHIMICA RGANICA CRS DI LAUREA IN CHIMICA Anno Accademico 2014-15
ESTERE ETILIC DELL'AC. TRANS 4-METSSICINNAMIC C H CEt C 2 H 5 CH 2 CEt + P KH C 2 H 5 Me Me p-metossi benzaldeide 1.00 ml PM = 136.15 (d=1.123) (8,2 mmoli) Fosfonacetato 1.65 ml PM = 224.20 (d=1.120) (8,2 mmoli) KH 1.00 g PM = 56 (18 mmoli) THF 10 + 30 ml APPARECCHIATURA Beuta da 100 ml; agitatore magnetico con ancoretta; TLC. PRCEDIMENT Una soluzione di fosfonacetato e di p-metossi-benzaldeide in THF (10 ml) viene aggiunta ad una sospensione di KH polverizzato (1 g, 20 mmol) in THF (30 ml). La sospensione viene agitata per 1 ora a t.a. Controllare per TLC (miscela eluente: cicloesano : acetato d etile = 8:2) la scomparsa dell'aldeide e la formazione del prodotto. La miscela di reazione viene filtrata, ed il THF viene rimosso dal filtrato per evaporazione all'evaporatore rotante. Il residuo oleoso cristallizza lentamente da poco etanolo. Determinare il p.f. (p.f. teor = 48-50 C ) e la resa. Registrare ed interpretare gli spettri IR e 1 H-NMR (per l NMR, uno spettro per banco di laboratorio). Registrare inoltre lo spettro UV-Vis del composto (soluzione ca 10-5 M in etanolo 96% in matracci da 50 ml); uno spettro per banco di laboratorio. Riportare le frasi di rischio R e di prudenza S per la p-metossi-benzaldeide e per il fosfonacetato. 2
SINTESI DELLA NIFEDIPINA [dimetil 2,6-dimetil-4-(2-nitrofenil)-1,4-diidropiridina-3,5-dicarbossilato] MeC H N 2 CMe ph= 8,5 MeH MeC N 2 CMe H 3 C CH 3 H 3 C NH CH 3 NH 3 2-nitrobenzaldeide PM 151 2 g (0,0132 moli) acetacetato di metile PM 116 4 ml g 4,308 d=1,077 (0,0371 moli) NH 3 30% 1,5 ml MeH 25 ml APPARECCHIATURA Pallone da 50 ml munito di raccordo a V, refrigerante a bolle. PRCEDIMENT Nel pallone si pone una miscela di 2 g di 2-nitrobenzaldeide, 8 ml di MeH, 4 ml di acetacetato di metile e si scalda all'ebollizione. Dall'ingresso laterale del raccordo a V si aggiungono 1,5 ml di NH 3 conc. e si mantiene a riflusso per 4 ore. Si raffredda a 0-3 C con bagno di ghiaccio. Si forma un precipitato giallo che viene filtrato su imbuto di Hirsch, e lavato con poco MeH. Il prodotto grezzo così isolato viene cristallizzato da MeH (circa 5 ml per grammo di prodotto). Determinare resa, p.f. (p.f. teor 172-173 C), IR e UV e TLC ( cicloesano/ AcEt 7/3) del prodotto finale. Riportare le frasi di rischio R e di prudenza S per i reattivi utilizzati 3
ESEMPI DI REAZINE FTCHIMICA PREPARAZINE DI DIMETIL 2,6-DIMETIL-4-(2'-NITRSFENIL)- PIRIDINA-3,5-DICARBSSILAT N 2 h N MeC CMe MeC CMe H 3 C N CH 3 H H 3 C N CH 3 Nifedipina MeH Cicloesano 1 g 300 ml Una soluzione di 1 g di nifedipina in 300 ml di MeH, da cui si prelevano 5 ml per l'analisi HPLC, viene posta in reattore fotochimico e irraggiata con lampada a media pressione di Hg (125W) per circa 15 minuti, controllando per TLC (cicloesano/acetato di etile 7/3) l'andamento della reazione. Dopo 5 minuti di irraggiamento si prelevano 5 ml di soluzione per l'analisi HPLC. Quando il prodotto di partenza è completamente scomparso la soluzione (verde) viene portata a secco in rotavapor, dopo averne prelevati 5 ml per l'analisi HPLC. Il prodotto ottenuto viene cristallizzato da cicloesano (circa 5 ml per grammo). Determinare resa, p.f. (p.f. teor 96 C),UV, IR del prodotto ottenuto. Analisi UV e HPLC dei campioni prelevati. Per l analisi UV i campioni devono essere diluiti 100 volte con MeH. Per l analisi HPLC i campioni devono essere diluiti 20 volte con MeH; le condizioni di analisi sono le seguenti: colonna C18 DS2 eluente MeH/H 2 7/3 flusso 0,7 ml/min analisi 238 nm 4
SINTESI DEL BRNEL Na EtH H H Canfora 1 g PM = 152.23 (6,6 mmoli) Na metallico 0.75 g PM = 23 (33 mmoli) EtH assoluto 8 ml Acido cloridrico diluito 1:1 APPARECCHIATURA Pallone da 50 ml; candelabro a V, refrigerante a bolle con valvola essiccante, tutti precedentemente essiccati in stufa a 100 C. PRCEDIMENT In un palloncino, 1 g di canfora viene sciolto in 8 ml di etanolo assoluto. Si completa il montaggio dell apparecchiatura con il candelabro, il refrigerante e la valvola. Attraverso il ramo laterale del candelabro si procede all aggiunta del sodio metallico a piccole porzioni, curando che la reazione non sia troppo energica. Terminate le aggiunte, la soluzione viene fatta rifluire per 2 ore. Dopo raffreddamento, ci si assicura che tutto il sodio sia reagito, aggiungendo eventualmente 1 o 2 ml di etanolo. Si versa quindi in una miscela di ghiaccio e HCl diluito 1:1. Si separa un solido bianco che viene filtrato e ricristallizzato da metanolo e acqua. Determinare p.f. (p.f. teor 206-9 C) resa di reazione e registrare lo spettro IR. Riportare le frasi di rischio R e di prudenza S del sodio e del borneolo. 5
SINTESI DI UN CLRANTE AZIC: LA REAZINE DI CPULAZINE DEI SALI DI BENZENDIAZNI SINTESI DEL METILARANCI acido solfanilico PM=173 1,73 g 10 mmoli N,N- dimetilanilina PM=121; d=0,961 1,38 ml 11 mmoli Na 2 C 3 PM=106 1,06 g 10 mmoli NaN2 PM=69 0,86 g 12 mmoli NaH 10% PM=40 fino a ph basico Acido acetico glaciale 1 ml HCl conc 3 ml NaCl 1 g 6
PRCEDIMENT 1) PREPARAZINE DEL SALE DI DIAZNI In una beuta da 100 ml sciogliere il carbonato sodico in 20 ml di acqua, quindi aggiungere l acido solfanilico e scaldare a bagnomaria a 50-60 C fino a dissoluzione completa. Se, in seguito a 10 minuti a bagnomaria, rimane ancora del solido indisciolto, filtrare a caldo su un filtro a pieghe, bagnato previamente con acqua calda, e lavare il solido sul filtro con pochi ml di acqua calda. Raffreddare il filtrato a temperatura ambiente. Aggiungere a piccole porzioni il nitrito sodico alla soluzione contenente il sale sodico dell acido solfanilico, agitare fino a completa dissoluzione e quindi versare questa soluzione in un beker da 250 ml contenente 30 g di ghiaccio tritato e 3 ml di acido cloridrico concentrato: il sale di diazonio si separa come precipitato bianco finemente suddiviso e deve essere conservato in bagno di ghiaccio fino al suo utilizzo. 2) SINTESI DEL METILARANCI In una provetta preparare una soluzione di N,N-dimetilanilina in 1 ml di acido acetico glaciale e raffreddarla in bagno di ghiaccio. Aggiungere lentamente e sotto agitazione la miscela di N,N-dimetilanilina in acido acetico, previamente raffreddata, alla sospensione del sale di diazonio mantenendo il tutto in bagno ghiacciato per circa 10 minuti fino a completare la reazione di copulazione: si nota la formazione di un precipitato rosso di eliantina. Si lascia tornare a temperatura ambiente, si aggiunge, sempre sotto agitazione e lentamente, una soluzione di sodio idrossido al 10% controllando che il ph sia nettamente basico (10/15 ml) e si riscalda fino a ebollizione per 10-15 minuti per far sciogliere la maggior parte del solido. Aggiungere a questo punto 1 g di cloruro di sodio e raffreddare la miscela in bagno di ghiaccio: il metilarancio precipita. Dopo filtrazione su buchner e lavaggio del precipitato con soluzione satura di cloruro di sodio fredda si può ricristallizzare il prodotto da acqua. Determinare la resa di reazione. Test di tintura: in un bicchiere preparare un bagno di colorante con acqua (100 ml) solfato di sodio (0,5 g), acido solforico 96% (3 gocce) e metilarancio (0,2 g). Scaldare all'ebollizione, quindi immergervi un pezzetto di tessuto per 5 minuti. Lana e seta si devono colorare, il cotone No. Rimuovere le stoffe, lavarle bene sotto acqua corrente e lasciare asciugare. Funzione di indicatore: in una provetta sciogliere pochi cristalli di metilarancio in circa 5 ml di acqua. Aggiungere poche gocce di HCl diluito e successivamente poche gocce di NaH diluita fino ad osservare il cambiamento di colore. Riportare le frasi di rischio R e di prudenza S di ac. solfanilico e N,N-dimetilanilina 7
REAZINE DI GRIGNARD Br Mg (C 2 H 5 ) 2 anidro MgBr MgBr + CCH 3 H 1) Preparazione del reattivo di Grignard 2) Reazione in situ, sintesi del trifenil carbinolo 1) PREPARAZINE DEL BRMUR DI FENILMAGNESI APPARECCHIATURA Pallone a 3 colli, munito di agitatore, imbuto gocciolatore, refrigerante a bolle TUTT PERFETTAMENTE ANIDR, 2 valvole con essiccante. In alternativa: pallone da 250 ml, candelabro, imbuto gocciolatore, refrigerante a bolle TUTT PERFETTAMENTE ANIDR, 2 valvole con essiccante, agitatore magnetico. Bromobenzene 26 g PM 157 (0.166 moli) d=1.491, 17.5 ml Mg tornitura 3,9 g PM 24,3 (0.160 moli) Etere Etilico anidro 60-80 ml SUGGERIMENTI. La reazione è esotermica e viene condotta alla temperatura di ebollizione del solvente. I1 momento critico è l'innesco, che deve essere assicurato PRIMA di continuare l'aggiunta di tutto il bromobenzene PRCEDIMENT Il Mg viene posto nel pallone a tre colli ( o nel pallone con candelabro, munito di sbarretta magnetica) e ad esso viene aggiunta, in 2-3 porzioni, agitando, una soluzione di 2,5 ml di bromobenzene in 9 ml di etere, che deve servire ad 8
innescare la reazione. Per promuovere l'innesco è spesso necessario scaldare blandamente (riscaldamento con mantello elettrico!) e/o aggiungere un cristallo di Iodio. L'avvenuto innesco si manifesta con una visibile effervescenza accompagnata da riscaldamento che porta il solvente all'ebollizione. Solo a questo punto si aggiunge, goccia a goccia e sotto agitazione, il bromobenzene rimanente, disciolto in etere, a una velocita' tale da mantenere un blando ricadere del solvente (prevedere la necessita' di raffreddare). Ad aggiunte ultimate si lascia sotto agitazione, scaldando con mantello elettrico (o con bagno ad acqua e piastra agitante-riscaldante, se si usa il pallone con la sbarretta magnetica) fino a quando tutto il Mg è andato in soluzione (30-40 minuti). 2) SINTESI DEL TRIFENILCARBINL Bromuro di fenilmagnesio (preparato in situ) Benzoato di metile 8 ml PM 136, d =1,089 (0,064 moli) Solventi: etere etilico anidro PRCEDIMENT Al reattivo di Grignard vengono aggiunti, sotto agitazione, 8 ml di benzoato di metile sciolti in 40 ml di etere anidro, a una velocita' tale da mantenere un debole riflusso dell'etere (lentamente; puo' essere opportuno raffreddare). Ad aggiunte ultimate si scalda blandamente con mantello elettrico (o bagno ad acqua) per 1 ora, quindi si raffredda con miscela frigorifera e si spegne la reazione versando cautamente il contenuto del pallone in un bicchiere contenente 200g di ghiaccio e 6,5 ml di acido solforico conc. La fase organica viene separata, lavata con acqua, poi con una soluzione di bicarbonato 5% ed acqua fino a neutralità; quindi, dopo allontanamento dell'etere, viene sottoposta a distillazione in corrente di vapore per isolare il trifenilcarbinolo, che viene recuperato come residuo non distillabile. I1 prodotto grezzo viene ricristallizzato da toluene (circa 3 ml/g). p.f., resa e IR. N.B. Tutte le cristallizzazioni devono essere fatte su metà prodotto determinando il p.f. del grezzo e del cristallizzato (p.f. teor 160-162 C) controllo TLC cicloesano/acet 9/1 Riportare le frasi di rischio R e di prudenza S di bromo benzene, etere etilico e benzoato di metile e toluene 9
NITRAZINE DI UN CMPST ARMATIC SINTESI DEL p-brmnitrbenzene Br Br Br N 2 HN 3 H 2 S + 4 N 2 Bromobenzene PM 157 10,6 g 7 ml d=1,491 (0,0675 moli) HN3 conc. PM 63 14,2 g 10 ml H2S4 conc. PM 98 19,0 g 10 ml APPARECCHIATURA Pallone a 3 colli con agitatore, termometro, candelabro, imbuto gocciolatore, refrigerante a bolle. PRCEDIMENT Nel pallone a tre colli si pone l'acido nitrico concentrato e, sotto agitazione e raffreddamento con bagno ad acqua, si aggiunge poco alla volta l'acido solforico. Si raffredda la miscela solfonitrica fino a temperatura ambiente, quindi si collega il refrigerante a ricadere e, dall'imbuto gocciolatore, si aggiunge il bromobenzene a porzioni di 2-3 ml per volta (circa 15 minuti), agitando energicamente e controllando che la temperatura non superi i 50-60 C (raffreddare, se necessario, con acqua). Quando, ad aggiunte ultimate, non si nota più sviluppo di calore, si scalda a bagnomaria ben caldo per circa 30 minuti. Si lascia raffreddare e si versa la miscela in 150 ml di ghiaccio sotto agitazione. Si filtra il solido, lo si lava a fondo con acqua fredda spremendolo bene. Si ricristallizza da EtH (40-50 ml, pallone e refrigerante). Resa, p.f. (p.f. teor 125 C) e IR del prodotto finale. Le acque madri contengono l'o-bromonitrobenzene e tracce dell'isomero para: si controlla alla TLC grezzo, cristallizzato e acque madri (eluente: cicloesano/acetato d etile 8/2). N.B. Tutte le cristallizzazioni devono essere fatte su metà prodotto, determinando il punto di fusione del prodotto grezzo e del cristallizzato. Riportare le frasi di rischio R e di prudenza S di bromobenzene, acido nitrico e acido solforico 10
ACILAZINE DI FRIEDEL-CRAFTS SINTESI DEL para-metilacetfenne CH 3 + (CH 3 C) 2 AlCl 3 CH 3 H 3 C AlCl3 anidro PM 133 25 g (0.19 moli) Anidride Acetica PM 102 8,64g d = 1,08 8 ml (0,08 moli) Toluene anidro PM 92 40 ml APPARECCHIATURA Pallone a tre colli, munito di agitatore, imbuto gocciolatore e refrigerante a bolle, collegato con trappola per HCl. PRCEDIMENT In un pallone a tre colli perfettamente asciutto si pone rapidamente AlCl3 (pesato sotto cappa) e lo si copre immediatamente con il toluene anidro; si raffredda con bagno ad acqua e, sotto vigorosa agitazione, si aggiunge goccia a goccia ( 20-30 minuti) l'anidride acetica, controllando che la temperatura non aumenti troppo (raffreddare se necessario). Ad aggiunte ultimate la miscela viene scaldata a bagnomaria fino a che non cessa lo sviluppo di HCl (40-50 minuti). Si raffredda e si versa il contenuto del pallone (sotto cappa) in un beker contenente circa 50 g di ghiaccio tritato e 50 ml di HCl conc. agitando fino a che tutti i sali non si sono disciolti. Si trasferisce in imbuto separatore, si separa lo strato organico e si estrae la fase acquosa con 20 ml Et2 (2 x 10 ml alla volta). Gli estratti organici riuniti vengono lavati con NaH 10% fino a che le acque non restano alcaline e poi con H2 fino a neutralità e si seccano su MgS4. Quindi, dopo filtrazione, si allontana il solvente al rotavapor e si distilla il residuo a pressione ridotta ( p.e. teor = 202 C / 760 mm Hg). Resa, TLC(esano/AcEt 9/1) e IR del distillato. Riportare le frasi di rischio R e di prudenza S di AlCl 3 e anidride acetica 11
SINTESI DEL LUMINL N 2 N 2 NH 2 CH + CH NH 2 NH 2 NH Na 2 S 2 4 H 2 NH NH NH H(CH 2 CH 2 )CH 2 CH 2 H 1) Sintesi della 5-nitroftalidrazide 2) Sintesi della 5-amminoftalidrazide (Luminolo) 1) SINTESI DELLA 5-NITRFTALIDRAZIDE Acido 3-nitroftalico Idrazina idrata 10% Trietilenglicole 1,3 g 2 ml 4 ml PRCEDIMENT Mettere l'acido 3-nitroftalico in un palloncino da 100 ml cono 24 e aggiungere la soluzione di idrazina (ATTENZINE! il prodotto è tossico: usare i guanti) e scaldare a fiamma diretta con il bunsen piccolo con cautela, fino a dissoluzione del solido. Di seguito si aggiunge il trietilenglicole, si introduce un termometro nel pallone (senza tappare il sistema!!) e si collega alla pompa ad acqua una pipetta collocando l'estremità rastremata all'interno del pallone a 5 cm dal fondo. (senza pescare nella soluzione!, deve servire ad aspirare i vapori che si formano) Si riscalda la soluzione ad ebollizione vivace, aspirando il vapor acqueo che si sviluppa. fino a circa 190-200 C (ci vorranno circa 5 min). Si interrompe un momento il riscaldamento, perche la reazione una volta innescata provoca un riscaldamento sino a 210-220 C. Quando la temperatura comincia a scendere si riprende cautamente a riscaldare mantenendo la temperatura tra 210 e 220 C per 2 min circa. Si lascia raffreddare il pallone fino a 100 C e poi si aggiungono 20 ml di acqua preventivamente scaldata su piastra fino ad incipiente ebollizione. Si raffredda il tutto fino a t.a. e si filtra sotto vuoto il solido giallo di 3- nitroftalidrazide ottenuto che viene di seguito lavato con acqua. Il prodotto può essere usato tal quale per il passaggio successivo anche se umido. 12
2) SINTESI DELLA 5-AMMINFTALIDRAZIDE (LUMINL) Idrosolfito di sodio (Na2S24) NaH 10% Acido acetico glaciale 4 g 2 ml 3 ml PRCEDIMENT Si trasferisce la 5-nitroftalidrazide in una beuta da 50 ml e si aggiunge l'idrato sodico al 10% agitando fino a dissoluzione del solido (si ottiene una soluzione color rosso scuro). Di seguito si aggiunge l'idrosolfito lavando l'eventuale solido rimasto sulle pareti con qualche goccia di acqua, servendosi di una pipetta capillare. Si riscalda la beuta fino all'ebollizione (il colore della miscela passa al giallo) e la si mantiene a quella temperatura (Attenzione! c'è schiumeggiamento, muovere la beuta con una pinza) per 5 min evitando di mandare a secco il contenuto. Si aggiunge a caldo l'acido acetico e si raffredda fino a t.a.; si separa il luminolo sotto forma di solido giallo pallido, che viene filtrato sotto vuoto, lavato con poco etanolo e seccato. Il prodotto può essere usato tal quale per le prove di chemiluminescenza. Resa %, controllo del p.f. (p.f. teor 319-320 C) scaldando fino a 250 C e verificando che a quella temperatura il prodotto non fonda. Indicare nella relazione: p.f. >250 C. Riportare le frasi di rischio R e di prudenza S di acido 3-nitroftalico e idrazina PRVE DI CHEMILUMINESCENZA Sul fondo di una provetta lunga si pongono 4 gocce di NaH solido con 0,5 ml di dimetilsolfossido (DMS) e si agita il tutto per circa 30 s; di seguito si aggiunge una punta di spatola di luminolo e si agita vigorosamente al buio (circa 1 min) fino a comparsa di una luminescenza verde-azzurro chiaro annotando la durata del fenomeno chemiluminescente. Si prepara un altro campione seguendo l'analoga procedura e dopo la comparsa della luminescenza si aggiungono due gocce di una delle soluzioni dei coloranti in DMS (Rosa bengala, Eosina e Rodamina B) osservando il cambiamento di colore della luminescenza. 13