4025 Σύνθεση του 2-ιωδοπροπανίου από 2-προπανόλη

Transcript

1 4025 Σύνθεση του 2-ιωδοπροπανίου από 2-προπανόλη OH I + 1/2 I 2 + 1/3 P x + 1/3 P(OH) 3 C 3 H 8 O (60.1) (253.8) (31.0) C 3 H 7 I (170.0) (82.0) Ταξινόµηση Τύποι αντιδράσεων και τάξεις ουσιών Πυρηνόφιλη υποκατάσταση, ιωδοαλκάνιο, αλκοόλη Μέθοδοι εργασίας Θέρµανση µε επαναρροή, ανάδευση µε µαγνητική ράβδο, εκχύλιση, πλύση, διήθηση, απαγωγή αερίων, εργασία µε πλυντρίδες, απόσταξη µε κλασµατική στήλη, θέρµανση σε ελαιόλουτρο. Οδηγία (κλίµακα 10 mmol) Εξοπλισµός Σφαιρική φιάλη των 10 ml, ψυκτήρας επαναρροής, 3 πλυντρίδες, θερµαινόµενος µαγνητικός αναδευτήρας, µαγνητική ράβδος ανάδευσης, διαχωριστικό χωνί, αποστακτική γέφυρα, στήλη Vigreux 10 cm, ελαιόλουτρο. Ουσίες 2-προπανόλη (άνυδρη) (bp 82 C) ερυθρός φώσφορος, ιώδιο υδατικό διάλυµα NaOH (0.5 M) Μοριακά κόσκινα 3Å αραιό υδατικό διάλυµα NaHCO 3 θειϊκό νάτριο για ξήρανση g (0.765 ml, 10.0 mmol) g (4.00 mmol) 1.29 g (5.08 mmol) Αντίδραση Η διαδικασία πρέπει να εκτελεστεί σε έναν απαγωγό. Η συσκευή αντίδρασης αποτελείται από µια σφαιρική φιάλη των 10 ml µε µαγνητική ράβδο ανάδευσης και ψυκτήρα επαναρροής. Ο ψυκτήρας επαναρροής συνδέεται µε τρεις πλυντρίδες εν σειρά. Η πρώτη που συνδέεται απευθείας µε τον ψυκτήρα έχει πληρωθεί µε µοριακά κόσκινα, η δεύτερη είναι κενή και η τρίτη περιέχει υδατικό διάλυµα 0.05 Μ NaOH. 1

2 Στη φιάλη αντίδρασης φέρονται 1.29 g (5.08 mmol) ιωδίου, g (4.00 mmol) ερυθρού φωσφόρου και g (0.765 ml, 10.0 mmol) άνυδρης 2-προπανόλης. Το µίγµα της αντίδρασης ζέεται επί δύο ώρες υπό ανάδευση. Επεξεργασία Μετά το τέλος της αντίδρασης ο ψυκτήρας επαναρροής αντικαθίσταται µε αποστακτική γέφυρα και το ακατέργαστο προϊόν αποστάζεται κατευθείαν από το µίγµα της αντίδρασης σε µια θερµοκρασία βρασµού C. Το αποσταχθέν προϊόν µεταφέρεται σε διαχωριστικό χωνί και πλένεται µε αραιωµένο υδατικό διάλυµα NaHCO 3. Η οργανική φάση διαχωρίζεται και ξηραίνεται υπεράνω θειϊκού νατρίου. Μετά από διήθηση το ακατέργαστο προϊόν αποστάξεται µέσω µιας στήλης Vigreux 10 cm. Απόδοση: 1.21 g (7.12 mmol, 71%); bp 88 C, άχροο υγρό; n D 20 = Σχόλια Συστήνεται η χρήση µοριακών κοσκίνων σαν ξηραντικό υλικό, διαφορετικά η απόδοση θα είναι µικρότερη. Εάν υπάρχουν µικρά ποσά από αναλλοίωτη 2-προπανόλη στο ακάθαρτο προϊόν µετά τιην διαδικασία πλύσεων δεν είναι πλέον ανιχνεύσιµα. ιαχείρηση αποβλήτων Ανακύκλωση Τα µοριακά κόσκινα µπορεί να αναγεννηθούν. Απόρριψη αποβλήτων Απόβλητο Υδατική φάση από εκχύλισηa Υπόλειµµα από την πρώτη απόσταξη Υπόλειµµα από την δελυτερη απόσταξη Θειϊκό νάτριο Περιεχόµενο τρίτης πλυντρίδας Απόρριψη Μίγµατα νερού διαλύτη, περιέχοντα αλογόνο ιάλυση σε νερό, εξουδετέρωση µε αραιό NaOH και µετά: µίγµατα νερού διαλύτη, περιέχοντα αλογόνο Οργανικοί διαλύτες, περιέχοντες αλογόνο Στερεό απόβλητο, ελεύθερο υδραργύρου αποχέτευση Χρόνος 4 ώρες. Break Πρίν την πρώτη απόσταξη και µεταξύ της πρώτης και δεύτερης απόσταξης. Βαθµός δυσκολίας Εύκολη. 2

3 Οδηγία (κλίµακα 100 mmol) Εξοπλισµός Σφαιρική φιάλη των 50 ml, επίθεµα Thielepape, ψυκτήρας επαναρροής 3 πλυντρίδες, θερµαινόµενος µαγνητικός αναδευτήρας, µαγνητική ράβδος ανάδευσης, διαχωριστικό χωνί, αποστακτική γέφυρα, στήλη Vigreux 10 cm, ελαιόλουτρο. Ουσίες 2-προπανόλη (άνυδρη) (bp 82 C) ερυθρός φώσφορος, ιώδιο υδατικό διάλυµα NaOH (0.5 M) µοριακά κόσκινα 3Å αραιό υδατικό διάλυµα NaHCO 3 θειϊκό νάτριο για ξήρανση g (7.65 ml, 100 mmol) 1.24 g (40.0 mmol) 12.9 g (50.8 mmol) Αντίδραση Η διαδικασία πρέπει να εκτελεστεί σε έναν απαγωγό. Η συσκευή αντίδρασης αποτελείται από µια δίλαιµη φιάλη των 50 ml µε µαγνητική ράβδο ανάδευσης και στην κορυφή ένα επίθεµα Thielepape συνδιασµένο µε ψυκτήρα επαναρροής. Ο ψυκτήρας επαναρροής συνδέεται µε τρεις πλυντρίδες εν σειρά. Η πρώτη που συνδέεται απευθείας µε τον ψυκτήρα έχει πληρωθεί µε µοριακά κόσκινα, η δεύτερη είναι κενή και η τρίτη περιέχει υδατικό διάλυµα 0.05 Μ NaOH. Το επίθεµα Thielepape έχει στον πυθµένα υαλοηθµό διαπερατότητας Ρ-0. Σαν εναλλακτική δυνατότητα το επίθεµα Thielepape µπορεί να έχει ένα βύσµα από υαλοβάµβακα. Στο επίθεµα Thielepape φέρονται 12.9 g (50.8 mmol) ιωδίου και στην φιάλη της αντίδρασης φέρονται 1.24 g (40.0 mmol) ερυθρού φωσφόρου και 6.01 g (7.65 ml, 100 mmol) άνυδρης 2-προπανόλης. Το µίγµα της αντίδρασης ζέεται επί δύο ώρες υπό ανάδευση σε ελαιόλουτρο. Με την επαναρροή του διαλύτη το ιώδιο διαλύεται και µεταφέρεται συνεχώς στο µίγµα της αντίδρασης. Το ελαιόλουτρο µπορεί να αποµακρυνθεί µετά από λίγο χρόνο γιατί η έκλυση θερµότητας κατά τη διάρκεια της εξωθερµικής αντίδρασης έχει σαν αποτέλεσµα τον βρασµό µε επαναρροή χωρίς επιπρόσθετη θέρµανση. Όταν η αντίδραση τελειώσει το µίγµα θερµαίνεται µε επαναρροή για 30 λεπτά ακόµη. Επεξεργασία Στο στάδιο αυτό η στρόφιγγα του επιθέµατος Thielepape κλείνει και το ακατέργαστο προϊόν αποστάζει απευθείας στον υποδοχέα του επιθέµατος. Το αποσταχθέν προϊόν παραλαµβάνεται από το επίθεµα και µεταφέρεται σε διαχωριστικό χωνί. και πλένεται µε αραιωµένο υδατικό διάλυµα NaHCO 3. Η οργανική φάση διαχωρίζεται και ξηραίνεται υπεράνω θειϊκού νατρίου. Μετά από διήθηση το ακατέργαστο προϊόν αποστάζεται µέσω µιας στήλης Vigreux 10 cm. Απόδοση: 14.1 g (82.9 mmol, 83%,); bp 88 C, άχροο υγρό; n D 20 =

4 Σχόλια Συστήνεται η χρήση µοριακών κοσκίνων σαν ξηραντικό υλικό, διαφορετικά η απόδοση θα είναι µικρότερη. Η µεταφορά του διαλύτη µέσω του επιθέµατος Thielepape πρέπει να γίνει γρήγορα. Εάν υπάρχουν µικρά ποσά από αναλλοίωτη 2-προπανόλη στο ακάθαρτο προϊόν µετά τιην διαδικασία πλύσεων δεν είναι πλέον ανιχνεύσιµα. ιαχείρηση αποβλήτων Ανακύκλωση Τα µοριακά κόσκινα µπορεί να αναγεννηθούν Απόρριψη αποβλήτων Απόβλητο Υδατική φάση από εκχύλισηa Υπόλειµµα από την πρώτη απόσταξη Υπόλειµµα από την δελυτερη απόσταξη Θειϊκό νάτριο Περιεχόµενο τρίτης πλυντρίδας Απόρριψη Μίγµατα νερού διαλύτη, περιέχοντα αλογόνο ιάλυση σε νερό, εξουδετέρωση µε αραιό NaOH και µετά: µίγµατα νερού διαλυτών περιέχοντα αλογόνο Οργανικοί διαλύτες, περιέχοντες αλογόνο Στερεό απόβλητο, ελεύθερο υδραργύρου αποχέτευση Χρόνος 4 ώρες. Break Πριν την πρώτη απόσταξη και µεταξύ της πρώτης και δεύτερης απόσταξης. Βαθµός δυσκολίας Εύκολη. Οδηγία (κλίµακα 1 mol) Εξοπλισµός ίλαιµη σφαιρική φιάλη των 500 ml, επίθεµα Thielepape, ψυκτήρας επαναρροής 3 πλυντρίδες, θερµαινόµενος µαγνητικός αναδευτήρας, µαγνητική ράβδος ανάδευσης, διαχωριστικό χωνί, αποστακτική γέφυρα, στήλη Vigreux 10 cm, ελαιόλουτρο. Ουσίες 2-προπανόλη (άνυδρη) (bp 82 C) ερυθρός φώσφορος, red ιώδιο υδατικό διάλυµα NaOH (0.5 M) µοριακά κόσκινα 3Å 60.1 g (76.5 ml, 1.00 mol) 12.4 g (0.400 mol) 129 g (0.508 mol) 4

5 αραιό υδατικό διάλυµα NaHCO 3 θειϊκό νάτριο για ξήρανση Αντίδραση Η διαδικασία πρέπει να εκτελεστεί σε έναν απαγωγό. Η συσκευή αντίδρασης αποτελείται από µια δίλαιµη φιάλη των 500 ml µε µαγνητική ράβδο ανάδευσης και στην κορυφή ένα επίθεµα Thielepape συνδυασµένο µε ψυκτήρα επαναρροής. Ο ψυκτήρας επαναρροής συνδέεται µε τρεις πλυντρίδες εν σειρά. Η πρώτη που συνδέεται απευθείας µε τον ψυκτήρα έχει πληρωθεί µε µοριακά κόσκινα, η δεύτερη είναι κενή και η τρίτη περιέχει υδατικό διάλυµα 0.05 Μ NaOH. Το επίθεµα Thielepape έχει στον πυθµένα ηαλοηθµό διαπερατότητας Ρ-0. Μια εναλλακτική δυνατότητα το επίθεµα Thielepape µπορεί να έχει ένα βύσµα από υαλοβάµβακα. Στο επίθεµα Thielepape φέρονται 129 g (0.508 mol) ιωδίου και στην φιάλη της αντίδρασης φέρονται 12.4 g (0.400 mol) ερυθρού φωσφόρου και 60.1 g (76.5 ml, 1.00 mol) άνυδρης 2- προπανόλης. Το µίγµα της αντίδρασης ζέεται επί δύο ώρες υπό ανάδευση σε ελαιόλουτρο. Με την επαναρροή του διαλύτη το ιώδιο διαλύεται και µεταφέρεται συνεχώς στο µίγµα της αντίδρασης. Το ελαιόλουτρο µπορεί να αποµακρυνθεί µετά από λίγο χρόνο γιατί η έκλυση θερµότητας κατά τη διάρκεια της εξωθερµικής αντίδρασης. έχει σαν αποτέλεσµα τον βρασµό µε επαναρροή χωρίς επιπρόσθετη θέρµανση. Όταν η αντίδραση τελειώσει το µίγµα θερµαίνεται µε επαναρροή για 30 λεπτά ακόµη. Επεξεργασία Στο στάδιο αυτό η στρόφιγγα του επιθέµατος Thielepape κλείνει και το ακατέργαστο προϊόν αποστάζει απευθείας στον υποδοχέα του επιθέµατος. Το αποσταχθέν προϊόν παραλαµβάνεται από το επίθεµα και µεταφέρεται σε διαχωριστικό χωνί. και πλένεται µε αραιωµένο υδατικό διάλυµα NaHCO 3. Η οργανική φάση διαχωρίζεται και ξηραίνεται υπεράνω θειϊκού νατρίου. Μετά από διήθηση το ακατέργαστο προϊόν αποστάξεται µέσω µιας στήλης Vigreux 10 cm. Απόδοση: 144 g (853 mmol, 85%); bp 88 C, άχροο υγρό; n D 20 = Σχόλια Συστήνεται η χρήση µοριακών κοσκίνων σαν ξηραντικό υλικό, διαφορετικά η απόδοση θα είναι µικρότερη. Η µεταφορά του διαλύτη µέσω του επιθέµατος Thielepape πρέπει να γίνει γρήγορα. Εάν υπάρχουν µικρά ποσά από αναλλοίωτη 2-προπανόλη στο ακάθαρτο προϊόν µετά τιην διαδικασία πλύσεων δεν είναι πλέον ανιχνεύσιµα. ιαχείρηση αποβλήτων Ανακύκλωση Τα µοριακά κόσκινα µπορεί να αναγεννηθούν. Απόρριψη αποβλήτων Απόβλητο Απόρριψη 5

6 Υδατική φάση από εκχύλισηa Υπόλειµµα από την πρώτη απόσταξη Υπόλειµµα από την δελυτερη απόσταξη Θειϊκό νάτριο Περιεχόµενο τρίτης πλυντρίδας Μίγµατα νερού διαλύτη, περιέχοντα αλογόνο ιάλυση σε νερό, εξουδετέρωση µε αραιό NaOH και µετά: µίγµατα νερού διαλύτη, περιέχοντα αλογόνο Οργανικοί διαλύτες, περιέχοντες αλογόνο Στερεό απόβλητο, ελεύθερο υδραργύρου αποχέτευση Χρόνος 5 ώρες. Break Πριν την πρώτη απόσταξη και µεταξύ της πρώτης και δεύτερης απόσταξης. Βαθµός δυσκολίας Εύκολο. Αναλυτικά δεδοµένα Έλεγχος πορείας αντίδρασης Η διακοπή της αντίδρασης για τη λήψη δείγµατος µειώνει την τελική απόδοση. Ο έλεγχος της πορείας της αντίδρασης µπορεί να γίνει µε φασµατοσκοπία υπερύθρου. Παρασκευή δείγµατος: Με ένα σιφώνιο παραλαµβάνεται 1 ml από το µίγµα της αντίδρασης και αποστάζεται σε µικροσυσκευή απόσταξης. Το απόσταγµα χρησιµοποιείται για τη λήψη φάσµατος IR χωρίς διαλύτη. Η εξαφάνιση της κορυφής για την οµάδα ΟΗ στα 3400 cm -1 είναι ένδειξη του τέλους της αντίδρασης. Φάσµα 1 H NMR του καθαρού προϊόντος (500 MHz, CDCl 3 ) I δ (ppm) Πολλαπλότητα Αριθµός H Απόδοση 1.82 d 6 CH m 1 I-CH 6

7 Φάσµα 13 C NMR καθαρού προϊόντος (75.5 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm) Απόδοση CH I-CH Φάσµα IR καθαρού προϊόντος(film) cm -1 (cm -1 ) Απόδοση 2983, 2917 εσµός C-H-αλκάνιο 1455 C-H-κάµψεως 1370 C-H- παραµορφώσεως, -CH 3 symm. 7