1010 Ενδοµοριακή ακυλίωση του 3-φαινυλοπροπιονικού οξέος προς 2,3διυδροινδανο-1-όνη (αλφα-ινδανόνη) H πολυφωσφορικό οξύ C 9 H 10 2 C 9 H 8 (150.2) (132.2) Ταξινόµηση Τύποι αντιδράσεων και τάξεις ενώσεων Ηλεκτρονιόφιλη αρωµατική υποκατάσταση αντίδραση κυκλοποίησης, ακυλίωση Friedel- Crafts, αντίδραση του καρβονυλίου των καρβοξυλικών οξέων. Καρβοξυλικά οξέα, αρωµατικές ενώσεις, κετόνες. Μέθοδοι εργασίας Εκχύλιση, ανατάραξη, εξάτµιση µε περιστρεφόµενο εξατµιστή, διήθηση, εµπλουτισµός απόσταξη µε κλασµατική στήλη, απόσταξη υπό ελαττωµένη πίεση, θέρµανση σε ελαιόλουτρο χρωµατογραφία στήλης. Για εργασία σε κλίµακα 10 mmol: χρωµατογραφία στήλης αντί απόσταξης. Οδηγία (κλίµακα 100 mmol) Εξοπλισµός Ευρύλαιµη φιάλη Erlenmeyer 500 ml, γυάλινη ράβδος, εσωτερικό θερµόµετρο, θερµαινόµενη πλάκα, διαχωριστικό χωνί 1 L, περιστρεφόµενος εξατµιστής, στήλη Vigreux 20 cm, συσκευή απόσταξης ή επίθεµα κλασµατικής απόσταξης κενού, αντλία κενού, ελαιόλουτρο. Ουσίες 3-φαινυλοπροπιονικό οξύ (mp 47-49 C) πολυφωσφορικό οξύ(83% P 2 5 ) tert-βουτυλο µεθυλο αιθέρας (bp 55 C) τρίµµατα πάγου υδατικό διάλυµα NaH (5%) MgS 4 για ξήρανση 15.0 g (100 mmol) 110 g 150 ml 150 g 30 ml περίπου 3 g 1
Αντίδραση Μια ευρύλαιµη φιάλη Erlenmeyer των 500 ml στερεώνεται πάνω σε ένα ελαιόλουτρο τοποθετηµένο σε θερµαινόµενη πλάκα η οποία βρίσκεται σε ρυθµιζόµενο εργαστηριακό υποστύλωµα έτσι ώστε µε το ρυθµιζόµενο ύψος η φιάλη να µπορεί να άλλοτε να θερµαίνεται βυθιζόµενη στο ελαιόλουτρο και άλλοτε όχι. Στη φιάλη Erlenmeyer θερµαίνονται σε ελαιόλουτρο 60 g πολυφωσφορικού οξέος στους 90 ο C (θερµοκρασία λουτρού περίπου 100 ο C) έτσι ώστε το πολυφωσφορικό οξύ υγροποιείται. Εξ άλλου σε ένα ποτήρι θερµαίνονται περίπου στους 60 ο C 15.0 g (100 mmol) 3-φαινυλοπροπιονικού οξέος, οπότε υγροποιείται, και το υγρό προστίθεται δια µιας στο πολυφωσφορικό οξύ υπό ανάδευση µε µια γυάλινη ράβδο. Το ελαιόλουτρο χαµηλώνει έτσι ώστε να µην εµβαπτίζεται η φιάλη σ αυτό. Το µίγµα της αντίδρασης αναδεύεται ακόµη για 3 λεπτά µε τη γυάλινη ράβδο, ενώ η θερµοκρασία πρέπει να παραµείνει στους 90 ο C. Στη συνέχεια προστίθενται άλλα 50 g πολυφωσφορικού οξέος, η φιάλη αντίδρασης επαναβυθίζεται στο θερµό ελαιόλουτρο (θερµοκρασία λουτρού 100 ο C) και η ισχυρή ανάδευση µε τη γυάλινη ράβδο συνεχίζεται για 5 λεπτά. Το ελαιόλουτρο χαµηλώνει πάλι και το µίγµα της αντίδρασης ψύχεται στους 60 ο C, κατόπιν προστίθενται 150 g θρυµµατισµένου πάγου και η ανάδευση συνεχίζεται µέχρις ότου το πολυφωσφορικό οξύ να υδρολυθεί πλήρως, οπότε αποβάλλεται ένα κίτρινο λάδι. Επεξεργασία Το µίγµα µεταφέρεται σε διαχωριστικό χωνί του 1 L και εκχυλίζεται τρεις φορές µε 50 ml tert βουτυλο µεθυλο αιθέρα κάθε φορά. Τα εκχυλίσµατα συλλέγονται και αρχικά πλένονται µια φορά µε 50 ml νερού, στη συνέχεια µια φορά µε 30 ml υδατικό διάλυµα NaH 5 % και τελικά µε 50 ml νερού. Εάν τα υδατικά διαλύµατα έκπλυσης δεν είναι ουδέτερα, τότε οι πλύσεις συνεχίζονται µε 30mL νερού κάθε φορά µέχρι ουδέτερης αντίδρασης. Η οργανική φάση ξηραίνεται υπεράνω MgS 4. Ματά τη διήθηση του ξηραντικού ο διαλύτης εξατµίζεται στον περιστρεφόµενο εξατµιστή και παραµένει ένα ελαιώδες ακάθαρτο προϊόν. Απόδοση ακάθαρτου προϊόντος 10.2 g Το ακάθαρτο προϊόν αποστάζεται κλασµατικά υπό ελαττωµένη πίεση µέσω µιας στήλης Vigreux 20 cm. Απόδοση: 9.32 g (70.5 mmol, 71%); bp 84-85 C (2 hpa); Άχροο υγρό το οποίο γρήγορα κρυσταλλώνετα; m.p 40-41 C. ιαχείριση αποβλήτων Ανακύκλωση Ο εξατµισθείς tert-βουτυλο µεθυλο αιθέρας συλλέγεται και επαναποστάζεται. Απόρριψη αποβλήτων Απόβλητο Υδατικές φάσεις Υπόλειµµα απόσταξης Θεικό µαγνήσιο Απόρριψη Εξουδετέρωση και µετά: µίγµατα νερού διαλύτη ελεύθερα αλογόνου Οργανικοί διαλύτες ελεύθεροι αλογόνου Στερεό υπόλειµµα ελεύθερο υδραργύρου 2
Χρόνος 3 ώρες ιακοπή Πριν την εξάτµιση του διαλύτη και πρίν από την απόσταξη Βαθµός δυσκολία Εύκολη Οδηγία (κλίµακα 10 mmol) Εξοπλισµός Ευρύλαιµη φιάλη Erlenmeyer 250 ml, γυάλινη ράβδος, εσωτερικό θερµόµετρο, θερµαινόµενη πλάκα, διαχωριστικό χωνί των 250 ml, περιστρεφόµενος εξατµιστής, ελαιόλουτρο, στήλη χρωµατογραφίας (µήκος 60 cm, διάµετρος 4 cm). Ουσίες 3-φαινυλοπροπιονικό οξύ (mp 47-49 C) 1.50 g (10 mmol) πολυφωσφορικό οξύ (83% P 2 5 ) 11 g tert-βουτυλοµεθυλο αιθέρας (bp 55 C) 30 ml τρίµµατα πάγου 30 g υδατικό διάλυµα NaH (5%) 5 ml MgS 4 για ξήρανση περίπου 1 g silica gel 60 για χρωµατογραφία στήλης n-επτάνιο:οξικός αιθυλεστέρας = 9:1(διαλύτης έκλουσης) περίπου 5 L Αντίδραση Μια ευρύλαιµη φιάλη Erlenmeyer των 250 ml στερεώνεται πάνω σε ένα ελαιόλουτρο τοποθετηµένο σε θερµαινόµενη πλάκα η οποία βρίσκεται σε ρυθµιζόµενο εργαστηριακό υποστύλωµα έτσι ώστε µε το ρυθµιζόµενο ύψος η φιάλη να µπορεί να άλλοτε να θερµαίνεται βυθιζόµενη στο ελαιόλουτρο και άλλοτε όχι. Στη φιάλη Erlenmeyer θερµαίνονται σε ελαιόλουτρο 6 g πολυφωσφορικού οξέος στους 90 ο C (θερµοκρασία λουτρού περίπου 100 0 C) έτσι ώστε το πολυφωσφορικού οξέος υγροποιείται. Εξ άλλου σε ένα ποτήρι θερµαίνονται περίπου στους 60 ο C 1.5 g (10 mmol) 3-φαινυλοπροπιονικού οξέος, οπότε υγροποιείται, και το υγρό προστίθεται δια µιας στο πολυφωσφορικό οξύ υπό ανάδευση µε µια γυάλινη ράβδο. Το ελαιόλουτρο χαµηλώνει έτσι ώστε να µην εµβαπτίζεται η φιάλη σ αυτό. Το µίγµα της αντίδρασης αναδεύεται ακόµη για 3 λεπτά µε την γυάλινη ράβδο, ενώ η θερµοκρασία πρέπει να παραµείνει στους 90 ο C. Στη συνέχεια προστίθενται άλλα 5 g πολυφωσφορικού οξέος, η φιάλη αντίδρσης επαναβυθίζεται στο θερµό ελαιόλουτρο (θερµοκρασία λουτρού 100 ο C και η ισχυρή ανάδευση µε τη γυάλινη ράβδο συνεχίζεται για 4 λεπτά. Το ελαιόλουτρο χαµηλώνει πάλι και το µίγµα της αντίδρασης ψύχεται στους 60 ο C, κατόπιν προστίθενται 30 g 3
θρυµµατισµένου πάγου και η ανάδευση συνεχίζεται µέχρις ότου το πολυφωσφορικό οξύ να υδρολυθεί πλήρως οπότε αποβάλλεται ένα κίτρινο λάδι. Επεξεργασία Το µίγµα µεταφέρεται σε διαχωριστικό χωνί του 250 ml και εκχυλίζεται τρεις φορές µε 10 ml tert-βουτυλο µεθυλο αιθέρα κάθε φορά. Τα εκχυλίσµατα συλλέγονται και αρχικά πλένονται µια φορά µε 30 ml νερού, στη συνέχεια µια φορά µε 5 ml υδατικό διάλυµα NaH 5 % και τελικά µε 20 ml νερού. Εάν τα υδατικά διαλύµατα εκπλύσεως δεν είναι ουδέτερα, τότε οι πλύσεις συνεχίζονται µε 20 ml νερού κάθε φορά µέχρι ουδέτερης αντίδρασης. Η οργανική φάση ξηραίνεται υπεράνω MgS 4. Μετά τη διήθηση του ξηραντικού ο διαλύτης εξατµίζεται στον περιστρεφόµενο εξατµιστή και παραµένει ένα ελαιώδες ακάθαρτο προϊόν. Απόδοση ακάθαρτου προϊόντος 1.15 g Το ακάθαρτο προϊόν καθαρίζεται µε χρωµατογραφία στήλης: Η στήλη πληρούται µε silica gel. H ουσία τοποθετείται στη στήλη και εκλούεται µε περίπου 5 L διαλύτη (µίγµα n-επτανίου: οξικού αιθυλεστέρα = 9 : 1). Τα κλάσµατα εξετάζονται µε χρωµατοργαφία λεπτής στοιβάδας, η τιµή R f του προϊόντος είναι 0.3. Τα κλάσµατα µε το προϊόν ενώνονται και ο διαλύτης εξατµίζεται σε περιστρεφόµενο εξατµιστή. Το προϊόν παραλαµβάνεται σαν ένα άχροο στερεό. Απόδοση: 1.04 g (7.87 mmol, 79%); mp 40-41 C ιαχείριση αποβλήτων Ανακύκλωση Ο εξατµισθείς tert-βουτυλο µεθυλο αιθέρας συλλέγεται και επαναποστάζεται. Ο εξατµισθείς διαλύτης έκλουσης συλλέγεται και επαναποστάζεται. Μετά από έλεγχο µε GC µπορεί να επαναχρησιµοποιηθεί για χρωµατογραφικούς διαχωρισµούς του εργαστηριακού προγράµµατος. Απόρριψη αποβλήτων Απόβλητο Υδατικές φάσεις Θεικό µαγνήσιο silica gel από τη στήλη Απόρριψη Εξουδετέρωση και µετά: µίγµατα νερού διαλύτη ελεύθερα αλογόνου Στερεό υπόλειµµα ελεύθερο υδραργύρου Στερεό υπόλειµµα ελεύθερο υδραργύρου Χρόνος 1 ηµέρα ιακοπή Πριν την εξάτµιση του διαλύτη και πριν την χρωµατογραφία Βαθµός δυσκολίας Εύκολη 4
Αναλυτικά δεδοµένα TLC Συνθήκες TLC: προσροφητικό: Macherey and Nagel Polygram SilG/UV foils, 0.2 mm εκλουστικό: n-επτάνιο : οξικός αιθυλεστέρας 9 : 1 R f (3-φαινυλοπροπιονικού οξέος) 0.16 R f (α-ινδανόνης) 0.30 Αερι χρωµατογραφία (GC) Συνθήκες GC: στήλη: 5CB Low Blend/MS, length 30 m, internal diameter 0.32 mm, film 0.25 µm είσοδος: injector temperature 210 C, split injection, injected volume 1 µl φέρον αέριο: H 2, pre-column pressure 50 kpa φούρνος: 60 C (2 min), heating rate 10 C/min, isotherme 240 C (30 min) ανιχνευτής: FID, 310 C ολοκληρωτής: Shimadzu Η επί τοις % συγκέντρωση υπολογίστηκε από το εµβαδόν των κορυφών GC του ακάθαρτου προϊόντος GC του καθαρού προϊόντος Χρόνοςσυγκρατήσεως (min) Ουσία Εµβαδόν κορυφών % 12.1 Προϊόν 98 (στο καθαρό προϊόν ) άλλα άγνωστο 2 (στο καθαρό προϊόν ) 5
Φάσµα 1 H NMR του ακάθαρτου προϊόντος (400 MHz, CDCl 3 ) Φάσµα 1 H NMR του καθαρού προϊόντος (400 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm) Πολλαπλότητα Αριθµός H Απόδοση 2.66-2.69 m 2 2-H 3.12 3.15 m 2 3-H 7.34 7.38 m 1 6-H 7.46-7.48 m 1 5-H 7.56-7.60 m 1 7-H 7.73 7.76 m 1 8-H 7 6 8 9 5 4 1 2 3 6
Φάσµα 13 C NMR καθαρού προϊόντος (100 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm) Απόδοση 25.68 C-3 36.07 C-2 123.55 C-8 126.59 C-5 127.15 C-7 134.47 C-6 136.95 C-9 155.05 C-4 206.92 C-1 76.5-77.5 solvent 7 6 8 9 5 4 1 2 3 Φάσµα IR-καθαρού προϊόντος (KBr) (cm -1 ) Απόδοση 3065, 3050, 3010 εσµός C-H αρένιο 2929, 2860 εσµός C-H αλκάνιο 1702 εσµός C= κετόνη 1600 εσµός C=C αρένιο 7