1

ZADANIA 2A-H ZIELONA CHEMIA

Zielona chemia (ang. green chemistry) to powstay blisko dwadziecia lat temu nurt w chemii

zajmujcy si optymalizacj procesw technologicznych, analitycznych itp. majcy celu zmniejszenia

ryzyka zmiany stanu rodowiska (zanieczyszczenia, bezpieczestwa ludzi itp.). W odniesieniu do

laboratorium syntezy organicznej postuluje on m. in.:

ograniczenie zuycia odczynnikw chemicznych, a w szczeglnoci rozpuszczalnikw

organicznych;

zmniejszenie emisji substancji odpadowych, m in. przez denie do maksymalizacji wydajnoci

atomowej procesu;

wyeliminowanie silnie toksycznych odczynnikw;

zmniejszenie energo- i czaso- i pracochonnoci procesw;

optymalizacj procedur analitycznych - moliwie szerokie stosowanie instrumentalnych metod

analizy w czasie rzeczywistym

Wprowadzanie zielonych zasad skutkuje np. poszukiwaniem sposobw szerokiego wdraania

bezpiecznych utleniaczy o wysokiej wydajnoci atomowej (np. H2O2, NaClO) zamiast standardowo

uywanych utleniaczy (np. soli chromu (VI), podjciem prb wprowadzania technik

bezrozpuszczalnikowych (np. tzw. syntezy kamienia myskiego, czyli mechanochemicznej) lub

prowadzenia syntez organicznych w roztworach wodnych, minimalizowaniem uycia nieodnawialnych

katalizatorw i substancji pomocniczych, tendencj do wbudowywania wszystkich atomw wchodzcych

w skad substratw w czsteczki produktw (np. nawet w reakcjach typu elektrofilowego bromowania

zwizkw aromatycznych), wyeliminowaniem np. cyjankw z procesu kondensacji benzoinowej,

szerokim wprowadzaniem aktywacji mikrofalami zamiast ogrzewania konwencjonalnego i wielu innym

dziaaniami.

Szczegowe omwienie tych zagadnie mona znale m. in. w artykule Bogdana Burczyka

"ZIELONA CHEMIA: zaoenia, cele, przykady osigni" Wiadomoci chemiczne 56 (9-10), 709-770

(2002). Najistotniejsze hasa i postulaty zielonej chemii mona pozna ogldajc prezentacj:

www.pg.gda.pl/chem/Dydaktyka/Analityczna/MISC/Zielchem.pdf

Celem wiczenia jest praktyczne przyblienie zagadnie zwizanych z zielon chemi. Kade z

zaproponowanych wicze (2A-H) uwzgldnia jeden (lub wicej) z postulatw zielonej chemii, a skala

syntez ma umoliwi wykonujcemu zaznajomienie si z technik pracy z subgramowymi ilociami

substancji organicznych.

2

Sprawozdanie z wykonanego wiczenia powinno obejmowa:

precyzyjny opis wykonanego eksperymentu (aparatura, iloci odczynnikw, sposb oczyszczania

produktu, obliczenie wydajnoci, dyskusj ewentualnie popenionych bdw itp.);

w przypadku wicze 2D-G mechanizm wykonywanej reakcji (odnaleziony w literaturze, wraz

ze wskazaniem rda), uwzgldniajcy funkcj wszystkich stosowanych reagentw i

katalizatorw;

w przypadku wicze 2D-H: dokadne wyjanienie, ktry z postulatw zielonej chemii spenia

wykonana synteza w porwnaniu z procedurami klasycznymi (np. na podstawie dostpnych

preparatyk lub starszych materiaw rdowych); wzorem moe by wstp do wiczenia 4A/B;

w przypadku wiczenia 2A, 2B, 2C oraz 2G: odpowiedzi na pytania zawarte w instrukcji pod

hasem "Zadania".

ZADANIE 2A i 2B

SYNTEZA 2,4,6-TRIARYLOPIRYDYNY 2,4,6-Trifenylopirydyna zostaa otrzymana po raz pierwszy ju ponad sto lat temu.

Wykorzystana wwczas metoda polegaa na reakcji soli 2,4,6-trifenylopiryliowej z amoniakiem

[1]. Jest to bardzo prosty sposb syntezy tego typu zwizkw, ale wyjciowe sole piryliowe

otrzymuje si na og z niezbyt wysokimi wydajnociami. Kolejna metoda syntezy 2,4,6-

trifenylopirydyny, metoda Krhnkego [2], wykorzystuje reakcj bromku fenacylopirydyniowego

z benzylidenoacetofenonem. Bromek fenacylopirydyniowy jest produktem reakcji bromku

fenacylu (-bromoacetofenonu) z pirydyn. Naley pamita, e -bromoacetofenon jest silnym

lakrymatorem, a jego otrzymanie zwizane jest z prac z bromem. Obie metody wymagaj uycia

odczynnikw niebezpiecznych oraz generuj due iloci toksycznych odpadw.

W poowie XX wieku zostaa opublikowana prosta, jednoetapowa metoda syntezy 2,4,6-

trifenylopirydyny zwana metod Weissa [3]. Polega ona na ogrzewaniu mieszaniny

benzaldehydu, acetofenonu i octanu amonu w lodowatym kwasie octowym. Przejciowo tworzy

si 2,4,6-trifenylo-1,4-dihydropirydyna, ktra ulega utlenieniu do 2,4,6-trifenylopirydyny. W

wyniku bada okazao si, e utlenianie zachodzi dziki przeniesieniu wodoru od

dihydropirydyny do benzylidenoacetofenonu nastpuje uwodornienie wizania podwjnego

C=C. tak wic metoda ta generuje znaczn ilo odpadw w tym przypadku 1,3-

difenylopropan-1-onu.

3

Formalnie, etap utleniajcy wystpuje take w metodzie piryliowej oraz w metodzie

Krhnkego. W tej pierwszej ma on miejsce w trakcie otrzymywania soli piryliowej anion

wodorkowy jest odbierany przez rne czynniki, zalenie od warunkw syntezy. W metodzie

Krhnkego utlenianie wystpuje na etapie bromowania acetofenonu, a utleniaczem jest brom.

Przez kilkadziesit lat otrzymywanie 2,4,6-trifenylopirydyny i rnych jej pochodnych

miao wycznie charakter poznawczy. Dopiero pod koniec XX wieku zauwaono, e zwizki te

mog by wietnym materiaem badawczym w chemii supramolekularnej, a take majcym

zastosowanie jako cieke krysztay, fotosensybilizatory oraz w elektronice molekularnej. Dua

trwao termiczna ukadu 2,4,6-triarylopirydyny pozwala wykorzysta go w roli monomeru przy

konstruowaniu polimerw o specjalnym znaczeniu. Wprowadzenie w pozycje 2 i 6 piercieni 2-

pirydynowych otwiera moliwoci tworzenia ligandw kompleksujcych najrniejsze jony.

Kompleksy takie s badane midzy innymi w terapii antynowotworowej. Gwatowny rozwj

metod pozwalajcych na atwe tworzenie wiza Ar-Ar (gwnie reakcja Suzuki) pozwala na

budow wielkich ukadw poliarylowych zawierajcych piercienie pirydynowe.

W tej sytuacji zaistniaa pilna konieczno rozwinicia metod syntezy 2,4,6-

triarylopirydyn tanich, prostych i co najwaniejsze speniajcych warunki ochrony rodowiska

czyli zgodne z zaoeniami tzw. green chemistry. Najoglniej chodzi tu o ograniczenie zuycia

energii, ograniczenie iloci powstajcych odpadw, moliwo recyklingu uytych materiaw

oraz wykorzystanie surowcw ze rde odnawialnych.

Jedynie metoda Weissa rokuje nadziej na spenienie tych warunkw. Ostatnio ukazaa

si praca [4], w ktrej autorzy zastpili uywany oryginalnie kwas octowy przez wod oraz

wprowadzili ogrzewanie mieszaniny reakcyjnej przez promieniowanie mikrofalowe. Uzyskali w

ten sposb ca seri 2,4,6-triarylopirydyn z wydajnociami w granicach 85 90%, nie unikajc

jednak odpadw w postaci 1,3-diarylopropan-1-onu. Inn wad tej metody jest konieczno

wystpowania tak samo podstawionych piercieni w pozycjach 2 i 6.

Jak dotychczas, najbardziej zaawansowana modyfikacja zostaa opisana w roku 2001 [5].

Jest to wprawdzie procedura dwuetapowa, ale niezwykle prosta do wykonania i speniajca

wymogi chemii przyjaznej dla rodowiska. Pierwszy etap polega na ucieraniu acetofenonu,

benzaldehydu i staego wodorotlenku sodu w modzierzu przez kilkanacie minut. Jako

ciekawostk mona poda fakt, e dla tego typu sposobu prowadzenia reakcji uywa si niekiedy

terminu Grindstone chemistry czyli chemia kamienia myskiego. W wyniku tego procesu

otrzymuje si najpierw benzylidenoacetofenon, a przy uyciu nadmiaru acetofenonu

bezporednio 1,3,5-trifenylopentano-1,5-dion, ktry bez oczyszczania poddaje si ogrzewaniu w

4

kwasie octowym w obecnoci octanu amonu. Przejciowo tworzy si 2,4,6-trifenylo-1,4-

dihydropirydyna (podobnie jak w klasycznej metodzie Weissa), ale tym razem jest ona utleniana

do produktu kocowego tlenem z powietrza. Unika si wic powstawania ketonu jako produktu

ubocznego. Czyli z 1 mola benzaldehydu i 2 moli acetofenonu mona otrzyma prawie 1 mol

2,4,6-trifenylopirydyny (!). Przy syntezie na du skal uyty kwas octowy mona podda

recyklingowi i wykorzysta w kolejnej reakcji, co wicej rozpuszczalnik ten jest produkowany z

surowcw odnawialnych (roliny). Autorzy przebadali reakcj na przykadzie rnych

aromatycznych aldehydw i ketonw, opisali te sposb otrzymania pochodnych 2,4,6-

triarylopirydyny o zrnicowanych podstawnikach w piercieniach 2 i 6. Wrd opisanych

zwizkw jest te otrzymana z 2-acetylopirydyny i benzaldehydu 4-fenylo-2,2:6,2-

terpirydyna zwizek o znakomitych waciwociach kompleksotwrczych. Autorzy wyliczyli,

e przy syntezie 1 kg tego zwizku powstaje zaledwie 2,9 kg odpadw, podczas gdy jedna z

wczeniejszych metod daje ich a 84 kg.

Obok jest reprodukowany oryginalny rysunek z

publikacji [4], przedstawiajcy struktur czste-

czki 4-fenylo-2,2:6,2-terpirydyny w mono-

krysztale. Zwraca uwag optymalna konforma-

cja, w ktrej atomy azotu s uoone wzgldem

siebie w sposb transoidalny. Podczas tworzenia

kompleksu nastpuje reorientacja przez obrt

piercieni atomy azotu s wwczas uoone

cisoidalnie.

Poniszy schemat przedstawia przebieg reakcji w zmodyfikowanej metodzie Weissa:

5

+ PhCOCH=CHPh PhCOCH2CH2Ph_metodaWeissa

PhO

H2N Ph

Ph

OH

Ph CH3

O

Ph H

O+

PhO O Ph

Ph

Ph O

Ph

NaOH_ H2O Ph CH3

O+

NaOH

PhO O Ph

Ph

NH3

NH3(CH3COONH4)

Ph N Ph

Ph

N

Ph

OH

PhOPh

H H

N

Ph

OH

Ph

HO

PhH

_ 2 H2ON

H

Ph

PhPhPh N Ph

Ph

powietrze_ H2O

Rysunek poniej pochodzi z publikacji [6] i przedstawia tzw. kapsu molekularn,

zbudowan z dwch czsteczek kaliksarenu oraz 4 czsteczek pochodnej 4-arylo-4,2:6,4-

terpirydyny. Kaliksareny i terpirydyny s powizane ze sob omioma wizaniami

wodorowymi. W tym przypadku w kapsule zamknite mog by 4 czsteczki toluenu lub 2

czsteczki tego zwizku i 2 eteru dietylowego. Kapsuy molekularne znajduj coraz szersze

zastosowania w czystej syntezie chemicznej oraz w naukach biologicznych. Naley

nadmieni, e kaliksaren zosta take otrzymany zgodnie z wymogami green chemistry.

6

Celem wiczenia jest otrzymanie w sposb zgodny z zasadami chemii przyjaznej dla

rodowiska 2,4,6-trifenylopirydyny lub 4-fenylo-2,2:6,2-terpirydyny.

Cz dowiadczalna

2A) 2,4,6-Trifenylopirydyna

N

Odczynniki:

acetofenon 2,3 cm3 (2,40 g, 20 mmol)

benzaldehyd 1,0 cm3 (1,06 g, 10 mmol)

wodorotlenek sodu 0,8 g (20 mmol)

octan amonu 5 g (duy nadmiar)

kwas octowy lod. 25 cm3

etanol

UWAGA: Praca z substancjami toksycznymi wycznie pod wycigiem, obowizuj rkawice

ochronne!

7

W modzierzu rozciera si dokadnie wodorotlenek sodu, a nastpnie dodaje acetofenon.

Po dwch minutach ucierania dodaje si benzaldehyd. W trakcie dalszego ucierania mieszanina

zmienia sw barw, staje si bardziej lepka i ostatecznie zaczyna krystalizowa. Zwykle cay

proces trwa 10 15 minut. Po zakoczeniu ucierania zeskrobuje si produkt ze cianek

modzierza1 do kolby stokowej o pojemnoci 50 cm3, zawierajcej octan amonu i lodowaty

kwas octowy. Kolb zaopatruje si w chodnic zwrotn i jej zawarto ogrzewa do wrzenia na

mieszadle magnetycznym przez 2 godziny. Nastpuje zmiana barwy roztworu na niebieski lub

zielony, ktra wiadczy o zachodzeniu procesu utlenienia. Po ochodzeniu dodaje si 10 cm3

wody i odscza na lejku Bchnera wydzielony produkt. Osad przemywa si wod i etanolem2, a

w razie potrzeby oczyszcza przez krystalizacj z etanolu3. Otrzymuje si bezbarwny produkt o

temperaturze topnienia 138 139 C.

2B) 4-Fenylo-2,2:6,2-terpirydyna

N

NN1

2

1'2'

1''

2''6'

4'

Odczynniki:

2-acetylopirydyna 2,2 cm3 (2,40 g, 20 mmol)

benzaldehyd 1,0 cm3 (1,06 g, 10 mmol)

wodorotlenek sodu 0,8 g (20 mmol)

octan amonu 5 g (duy nadmiar)

kwas octowy lod. 25 cm3

etanol

UWAGA: Praca z substancjami toksycznymi wycznie pod wycigiem, obowizuj rkawice

ochronne! 2-Acetylopirydyna posiada niezwykle przykry zapach4.

1 Modzierz naley spuka wod pod dygestorium, a nastpnie umy acetonem. 2 Przescz naley umieci w pojemniku WK (wodne roztwory kwasw). 3 Przescz naley umieci w pojemniku O (cieke, palne bez fluorowcw). 4 Uywane naczynia (pipety, modzierz) naley wymy 5% roztworem kwasu chlorowodorowego, ktry potem umieszcza si w pojemniku WK (wodne roztwory kwasw).

8

Naley postpowa wedug przepisu na 2,4,6-trifenylopirydyn, zastpujc acetofenon

przez 2-acetylopirydyn. Oczyszczona przez krystalizacj z etanolu 4-fenylo-2,2:6,2-

terpirydyna posiada temperatur topnienia 206 208 C.

Zadania

1) Napisz mechanizmy reakcji prowadzcych do 1,3,5-trifenylopentano-1,5-dionu. Podaj nazwy

tych reakcji.

2) W oparciu o rozwizanie zadania 1 zaprojektuj syntez 4,6-difenylo-2,3-bipirydyny.

3) Zarejestrowano widmo 1HNMR 4-fenylo-2,2:6,2-terpirydyny [4]: 1HNMR ([ppm]; DMSO-d6): 8,82 (d, 2H, J = 4,8 Hz), 8,72 (s, 2H), 8,68 (d, 2H, J = 8,0 Hz), 8,04

(dd, 2H, J1 = 8,0 Hz, J2 = 6,4 Hz), 7,93 (dd, 2H, J1 = 6,4 Hz, J2 = 4,8 Hz), 7,63 - 7,52 (m, 5H)

Podaj pen interpretacj widma, przypisujc sygnay poszczeglnym grupom protonw.

Literatura 1) J. A. Joule, G. F. Smith, Chemia zwizkw heterocyklicznych (tum. z ang.), PWN, Warszawa 1984 (rozdziay 12 14) 2) F. Krhnke, Synthesis, 1976, 1 3) M. Weiss, J. Am. Chem. Soc., 74, 200 (1952); L. Amoros-Martin, R. B. Carlin, J. Am. Chem. Soc. 81, 733 (1959) 4) S. Tu, R. Jia, B. Jiang, J. Zhang, Y. Zhang, C. Yao, S. Ji, Tetrahedron, 63, 381 (2007) 5) G. W. V. Cave, C. L. Raston, J. Chem. Soc., Perkin Trans. I, 2001, 3258; G. W. V. Cave,

C. L. Raston, J. Chem. Educ. 82, 468 (2005)

6) G. W. V. Cave, C. L. Raston, J. L. Scott, Chem. Commun. 2001, 2159

9

ZADANIE 2C

SYNTEZA N-FENYLOGUANIDYNY SYNTEZA W FAZIE STAEJ W SKALI MIKRO

Bartosz Trzewik, Oskar Popik

Wrd zwizkw zawierajcych ugrupowanie guanidynowe 1 mona wymieni

aminokwas arginin 2, ktra bierze udzia midzy innymi w cyklu mocznikowym, oraz

chlorheksydyn (Rysunek 1), syntetyczny rodek antyseptyczny, stosowany w postaci glukonianu

lub octanu jako rodek odkaajcy skr, bony luzowe, rany oraz narzdzia chirurgiczne.

NC

N

N

H2N NH

NH

H2N H

COOH

HNNHNH

HNNH

NHHN

NHHN

HN

Cl Cl

1

2 3

Rysunek 1. Struktura ugrupowania guanidynowego i przykady zwizkw, ktre je zawieraj.

Interesujc z punktu widzenia chemicznego waciwoci pochodnych guanidyny jest

ich wyjtkowa jak na aminy zasadowo, wynoszca dla samej guanidyny pKb = 0,4 [1]

(pKb = 14 pKa dla sprzonego kwasu). Dla N-fenyloguanidyny wyliczona warto wynosi

pKb = 2,94 0.14 [2], co dobrze zgadza si z wartoci eksperymentaln pKb = 3,23 [3]. Jest to

warto dwa rzdy wielkoci wiksza ni dla amoniaku (pKb = 4,74).

Wyjtkowa zasadowo ugrupowania guanidynowego wynika z bardzo dobrej stabilizacji

rezonansowej adunku dodatniego w kationie guanidyniowym, co pokazano na przykadzie

niepodstawionej guanidyny (Schemat 1) [4].

NH2C

H2N

NHH+

NH2C

H2N

H2N

NH2C

H2N

NH2

NH2C

H2N

NH2

H2N

NH2

NH2+

Schemat 1. Stabilizacja rezonansowa kationu guanidyniowego.

10

Ukad guanidyny mona otrzyma w reakcji cyjanamidu z amin. W czsteczce

cyjanamidu atom wgla jest zwizany z dwoma silnie elektroujemnymi atomami azotu.

Powoduje to, e posiada on czstkowy adunek dodatni i jest podatny na reakcje z nukleofilami,

np. aminami. Mechanizm reakcji na przykadzie reakcji cyjanamidu z chlorowodorkiem aniliny

jest przedstawiony na Schemacie 2 [4].

NH2 HCl. NH2N NH2 HN

NH

NH2przeniesienie

H+

+ HCl- HCl HN

NH

NH2 . HCl

Schemat 2. Mechanizm reakcji chlorowodorku aniliny i cyjanamidu, prowadzcej do chlorowodorku N- fenyloguanidyny.

W mieszaninie reakcyjnej pewien procent czsteczek chlorowodorku aniliny jest

zdysocjowanych na woln amin i HCl. Ilo wolnej aniliny jest wystarczajca do zapewnienia

szybkiej reakcji. Z powodu duej elektrofilowoci atomu wgla cyjanamidu uycie wolnej

aniliny spowodowaoby zbyt gwatowny przebieg reakcji. Po reakcji addycji nukleofilowej

powstae czsteczki N-fenyloguanidyny natychmiast przyczaj chlorowodr, pochodzcy z

dysocjacji chlorowodorku aniliny. Woln N-fenyloguanidyn wyodrbnia si dziaaniem

stonego roztworu KOH.

Opisywana reakcja jest przykadem reakcji w fazie staej. Podczas reakcji substraty

ulegaj stopieniu i wymieszaniu. Nie jest konieczne uycie rozpuszczalnika, a wic rwnie jego

pniejsze oddzielanie od produktu. Wyodrbnianie produktu po reakcji prowadzi si w fazie

wodnej, a rozpuszczalnik organiczny potrzebny jest jedynie do oczyszczenia produktu podczas

krystalizacji. Podsumowujc, przedstawiana reakcja spenia wiele zaoe tak zwanej zielonej

chemii, m. in. ograniczenie uycia rozpuszczalnikw organicznych oraz zuycia energii podczas

prowadzonych procesw.

Dodatkow modyfikacj reakcji jest jej przystosowanie do maej skali. Pozwala to na

przeprowadzenie jej w prbwce, a liczba naczy laboratoryjnych, uywanych w trakcie

otrzymywania i oczyszczania produktu zostaje w ten sposb ograniczona.

11

Cz dowiadczalna

NH2HCl

NH2 HCl. NHN

1.2. KOH NH2

NH

H2N

Schemat 3. Schemat reakcji otrzymywania N-fenyloguanidyny z aniliny i cyjanamidu.

Odczynniki:

anilina 2,8 cm3 (2,8 g, 30 mmol)

kwas solny stony 5,2 cm3, (60 mmol)

cyjanamid 1,3 g, (30 mmol)

KOH(aq) (nasycony) okoo 30 cm3

1. Chlorowodorek aniliny

Szerok prbwk umocowa na statywie i umieci w ani lodowej na mieszadle

magnetycznym. W prbwce umieci odpowiedni mieszalnik i wprowadzi anilin (2,8 cm3;

2,8 g; 30 mmol). Po wczeniu mieszada przy intensywnym mieszaniu doda powoli kroplami

stony kwas solny. W razie zbyt gwatownego przebiegu reakcji przerwa na chwil wkraplanie.

Niemal od razu obserwuje si wytrcanie gstego biaego osadu chlorowodorku aniliny.

Po zakoczeniu dodawania kwasu pozostawi prbwk w ani lodowej przez 15 min przy

wczonym mieszadle. Produkt odsczy pod zmniejszonym cinieniem na lejku ze spiekiem

szklanym o niezbyt maych porach (uy np. lejka ze spiekiem G2). Osad chlorowodorku aniliny

przemy na lejku dwoma porcjami (po 5 cm3) eteru dietylowego i suszy w suszarce prniowej

w temperaturze 120 C w przecigu 30 min.

2. N-Fenyloguanidyna [5]

Czyst i such szerok prbwk umocowa na statywie i umieci w ani olejowej o

temperaturze 100 C na mieszadle magnetycznym. Wysuszony chlorowodorek aniliny (2,6 g;

20 mmol) utrze w maym modzierzu i przenie do prbwki. Naley to zrobi szybko,

poniewa chlorowodorek aniliny jest higroskopijny. W prbwce umieci odpowiedni

mieszalnik. W maym modzierzu (czystym i suchym nie uywa bezporednio modzierza

uytego do ucierania chlorowodorku aniliny!) utrze cyjanamid (1,3 g; 30 mmol) i przenie go

12

do prbwki zawierajcej chlorowodorek aniliny. Zatka wylot prbwki kaczkiem waty i

intensywnie miesza zawarto przez okres 15 min (nie duej!). Po chwili od zmieszania

skadnikw staa mieszanina zamienia si w nieco zabarwion gst ciecz i wydziela si troch

dymu.

Po zakoczonej reakcji szybko przenie (wyla, a resztki wygrzeba szpatuk)

zawarto prbwki do maej parowniczki i rozpuci mas w 15 cm3 wrzcej wody. Niewielk

iloci (okoo 5cm3) wrzcej wody wymy rwnie resztki mieszaniny reakcyjnej z prbwki.

Poczone roztwory, zawierajce chlorowodorek N-fenyloguanidyny, umieci w zlewce o

pojemnoci 100 cm3 na mieszadle magnetycznym. Po ochodzeniu zawartoci do t.p. wczy

mieszado i stopniowo dodawa sporzdzony wczeniej nasycony wodny roztwr KOH. W

miar dodawania roztworu wypada szary osad surowej N-fenyloguanidyny, ktry naley

odsczy, starannie odcisn, dobrze rozdrobni i wysuszy w temperaturze pokojowej w

eksykatorze nad pastylkami NaOH. Podany sposb suszenia jest konieczny, bowiem N-

fenyloguanidyna jest zwizkiem niskotopliwym, higroskopijnym i, jako silna zasada,

pochaniajcym dwutlenek wgla z powietrza.

Wysuszon surow N-fenyloguanidyn naley przekrystalizowa z toluenu. Czysty

produkt naley dobrze odcisn podczas sczenia i wysuszy w suszarce prniowej w niskiej

temperaturze (maksimum 40 C) i przechowywa w naczyniu zabezpieczonym przed dostpem

wilgoci i dwutlenku wgla. Mona z toluenu krystalizowa surow wilgotn N-fenyloguanidyn

(bez suszenia), ale trzeba wwczas uy nasadk Deana-Starka (i odpowiednio wiksz ilo

toluenu, aby wypeni nasadk podczas ogrzewania). Roztwr naley przesczy dopiero wtedy,

kiedy w nasadce przestanie zbiera si woda obecna w surowym produkcie po reakcji.

Zadania

1) Przyporzdkuj sygnay w widmie NMR wykonanym w DMSO-d6 do odpowiednich atomw wodoru w czsteczce N-fenyloguanidyny [6]. 2) Liczba atomw wodoru w czsteczce N-fenyloguanidyny wynosi 9. W widmie NMR, wykonanym w DMSO-d6, integracja sygnaw wynosi 10. skd pochodzi dodatkowy atom wodoru, ktrego sygna pojawia si w widmie?

w jaki sposb przycza si do czsteczki N-fenyloguanidyny? na jak waciwo N-fenyloguanidyny to wskazuje?

Dlaczego w widmie wykonanym w CD3OD brakuje sygnaw, ktre w widmie wykonanym w

DMSO-d6 s pooone przy wartoci przesuni chemicznych = 10,07 oraz = 7,61 [7]?

13

HN

NH

NH2H1

H2

H3

H4

H5

H6

Atom

[ppm] (400 MHz, DMSO-d6) [6]

7,24 (d; J = 7,4 Hz; 2 H)

7,29 (t; J = 7,4 Hz; 1 H)

7,45 (t; J = 7,9 Hz; 2 H)

7,61 (szeroki s; 4 H)

10,07 (szeroki s, 1 H).

[ppm] (400 MHz, CD3OD) [7]

7,25 7,32 (m, 2H)

7,32 7,38 (m, 1 H)

7,45 7,52 (m, 2 H)

3) Na Schemacie 1 narysowane s tylko niektre struktury rezonansowe kationu guanidyniowego. Narysuj struktur, w ktrej adunek dodatni jest zgromadzony na atomie wgla. Dlaczego ma ona bardzo may udzia w hybrydzie rezonansowej jonu guanidyniowego?

4) W trakcie reakcji opisywanej w tym wiczeniu zachodzi reakcja addycji do wizania potrjnego CN. Jakie inne przykady addycji do wizania wielokrotnego wgiel-heteroatom s Ci znane i do jakich zwizkw prowadz?

5) Czy moliwa jest reakcja, w ktrej atom azotu grupy NH2 cyjanamidu dziaa jak nukleofil, ktry atakuje ktry z atomw wgla piercienia aromatycznego w czsteczce aniliny? Dlaczego?

Literatura

1. Y. Cheng, X. Li, Q. Wang, L. Wang Ind. Eng. Chem. Res. 2005, 44, 7756-7760.

2. Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software V8.14 for Solaris.

3. (a) T. L. Davis, R. C. Elderfield J. Am. Chem. Soc. 1932, 54, 1499-1503; (b) T. L. Davis, R. C. Elderfield J. Am. Chem. Soc. 1933, 55, 731-740.

4. J. March Chemia organiczna. Reakcje, mechanizmy, budowa., Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1975: Str. 25-28, 30-32, 192-203 (Rozdz. 8), 570-572 (reakcja 6-19), str. 588.

5. K. Palt, Jr., M. eladnk, J. Dank, . Varkondac Collect. Czech. Chem. Commun. 1992, 57, 1127-1133.

6. O. Guisado, S. Martnez, J. Pastor Tetrahedron Lett. 2002, 43, 7105-7109.

7. M. Xian, N. Fujiwara, Z. Wen, T. Cai, S. Kazuma, A. J. Janczuk, X. Tang, V. V. Telyatnikov, Y. Zhang, X. Chen, Y. Miyamoto, N. Taniguchib, P. G. Wang Bioorg. Med. Chem. 2002, 10, 3049-3055.

14

ZADANIE 2D

SYNTEZA KWASU ADYPINOWEGO K. Sato, M. Aoki and R. Noyori. Science 281, 1646-1648 (1998)

Odczynniki: cykloheksen 2,0 cm3 (1,62g, 20 mmol) wolframian sodu (dihydrat) 0,33 g (1 mmol) *)

Aliquat 336 0,40 g (1 mmol) *) wodorosiarczan(VI) potasu 0,27 g (2 mmol) *) nadtlenek wodoru (30 %) 12,0 ml (0,12 mol)

W kolbie okrgodennej o poj. 50 cm3 umieszcza si mieszalnik magnetyczny, wolframian sodu, Aliquat 336, nadtlenek wodoru i wodorosiarczan potasu. Zawarto kolby miesza si przez kilka minut w temperaturze pokojowej, a nastpnie dodaje ze strzykawki cykloheksen. Kolb zaopatruje si w chodnic zwrotn, umieszcza w paszczu grzejnym (bez obudowy) nad mieszadem magnetycznym i podczas intensywnego mieszania ogrzewa do wrzenia przez ok. 1,5 godz. Gorcy roztwr dekantuje si do zlewki, oddzielajc katalizator przeniesienia midzyfazowego, ktry pozostaje w postaci mazistej substancji przylepionej do cianki kolby, zawarto zlewki ozibia si w lodzie przez ok. 15 minut i inicjuje krystalizacj kwasu adypinowego. Produkt odscza si, a nastpnie rekrystalizuje z bardzo maej iloci wody, uzyskujc bezbarwne krysztay kwasu adypinowego o tt. = 152-153 oC. *) Ilo katalizatora jest znacznie wiksza ni w oryginalnym przepisie (cykloheksen : kat. = 100 : 1), aby byo moliwe skrcenie czasu reakcji z 8 godzin do ok. 90 minut.

15

ZADANIE 2E

SYNTEZA KWASU BENZOESOWEGO

Odczynniki: alkohol benzylowy 1,0 g kwas solny, stony 30 cm3 ok. 5 % roztwr chloranu(I) sodu w ok. 2 % r-rze wodorotlenku sodu (komercyjny wybielacz)

W kolbie okrgodennej o poj. 100 cm3 zaopatrzonej w chodnic zwrotn, umieszcza si alkohol i 30 cm3 komercyjnego wybielacza. Zawarto kolby doprowadza si do intensywnego wrzenia i utrzymuje w tym stanie przez ok. 40 minut. Roztwr przenosi si nastpnie na parownic i odparowuje ostronie ok. 15 cm3 wody. Po ostudzeniu, roztwr zakwasza si stonym kwasem solnym (pod wycigiem - moe wydziela si niewielka ilo chloru!). Wydzielony kwas benzoesowy odscza si, przemywa niewielk iloci zimnej wody i dokadnie odciska. Czysty produkt o tt. 121 oC otrzymuje si po przeprowadzeniu krystalizacji z wody.

ZADANIE 2F

SYNTEZA 4-BROMOACETANILIDU B. M. Choudary, Y. Sudha, P. N. Reddy Synlett 1994, 450

Odczynniki: acetanilid 1,00 g (7,4 mmol) molibdenian amonu 0,13 g (0,1 mmol)

bromek potasu 0,95 g (8,0 mmol) kwas octowy, lodowaty 8 10 ml nadtlenek wodoru (r-r 30 %) 0,90 ml (1,00g, 8,8 mmol)

W kolbie okrgodennej o poj. 25 cm3 znajdujcej si nad mieszadem magnetycznym umieszcza si roztwr acetanilidu w kwasie octowym. Podczas mieszania wprowadza kolejno odwaone iloci bromku potasu oraz molibdenianu amonu, a nastpnie powoli wkrapla roztwr nadtlenku wodoru. Cao miesza si intensywnie przez 40 minut, po czym zawarto kolbki wylewa do zlewki z wod. Wydzielony 4-bromoacetanilid odscza si, przemywa niewielk iloci zimnej wody i dokadnie odciska. Czysty produkt o tt. 167-168 oC otrzymuje si po przeprowadzeniu krystalizacji z etanolu.

16

ZADANIE 2G

SYNTEZA 7-HYDROKSY-4-METYLOKUMARYNY T. Sugino and K. Tanaka, Chem. Lett., 110, 2001

Odczynniki: rezorcyna 1,1 g acetylooctan etylu 1,3 g

TsOH 0,3 g etanol (do krystalizacji)

Syntez naley wykona w oparciu o oryginalny przepis zamieszczony poniej. Przystpujc do wiczenia naley przedstawi mechanizm reakcji prowadzcych do pochodnej kumaryny, tumaczenie tekstu oryginalnego oraz zaprezentowa swoj wiedz na temat wystpowania kumaryny i jej pochodnych w naturze, znaczenia tych zwizkw we wspczesnym przemyle, medycynie i technice.

Experimental procedure:

To an equivalent mixture of resorcinol (1.1 g, 10.0 mmol) and ethyl acetoacetate (1.3 g, 10.0 mmol) was added TsOH (0.3 g, 1.5 mmol) in a mortar and ground well with a pestle at room temperature. The mixture was heated at 60 C for 10 min under atmosphere. After cooling, water was added to the reaction mixture and the crystalline products were collected by filtration to give 7-hydroxy-4-methylcoumarin (1.73 g) in 98% yield.* The crude crystals thus obtained were recrystallized from EtOH to give pure product as colorless prisms (mp 185187 C).

* produkt czsto nie chce krystalizowa z mieszaniny poreakcyjnej. Pomaga pozostawienie mieszaniny na duszy czas w otwartym naczyniu, np. do nastpnych zaj. Krysztay produktu do szczepie dostpne s na sali w szafie z odczynnikami i sprztem.

Zadania

1) Napisz mechanizmy reakcji prowadzcych do 1,3,5-trifenylopentano-1,5-dionu. Podaj nazwy

tych reakcji.

2) W oparciu o rozwizanie zadania 1 zaprojektuj syntez 4,6-difenylo-2,3-bipirydyny.

3) Zarejestrowano widmo 1HNMR 4-fenylo-2,2:6,2-terpirydyny [4]: 1HNMR ([ppm]; DMSO-d6 ): 8,82 (d, 2H, J = 4,8 Hz), 8,72 (s, 2H), 8,68 (d, 2H, J = 8,0 Hz),

8,04 (dd, 2H, J1 = 8,0 Hz, J2 = 6,4 Hz), 7,93 (dd, 2H, J1 = 6,4 Hz, J2 = 4,8 Hz), 7,63 7,52 (m,

5H)

17

ZADANIE 2H

UTLENIANIE ALKOHOLI W UKADZIE HETEROGENICZNYM

Przeksztacanie alkoholi w zwizki karbonylowe to jedna z podstawowych reakcji w chemii organicznej, bardzo istotna z praktycznego punktu widzenia. Wiele aldehydw, ketonw oraz kwasw karboksylowych otrzymywanych jest w ten sposb, zarwno w skali laboratoryjnej jak i przemysowej. Z tego powodu wci rozwijane s nowe metody realizacji takich przemian i poszukiwane s nowe substancje utleniajce. Stosowanym utleniaczom stawianych jest wiele wymaga, nie powinny stanowi zagroenia dla rodowiska, powinny by bezpieczne w uyciu, umoliwia przeprowadzenie reakcji w stosunkowo agodnych warunkach, wykazywa si chemoselektywnoci, pozwala na ich atwe usunicie z mieszaniny reakcyjnej. Jednym z utleniaczy speniajcych wikszo takich wymaga jest tlenek manganu(IV), ktry w okrelonych warunkach utlenia niektre alkohole pierwszorzdowe do aldehydw a drugorzdowe do ketonw. Reakcj mona prowadzi bez udziau rozpuszczalnika.1

Celem wiczenia jest uzyskanie aldehydu lub ketonu z zadanego alkoholu, w oparciu o metod utleniania wykorzystujc MnO2.

wiczenie obejmuje dwa etapy: preparatyk aktywnej formy utleniacza (MnO2) oraz sam reakcj utleniania. Naley odszuka, wskazan w odnoniku, oryginaln publikacj opisujc metod utleniania z uyciem MnO2, jak rwnie publikacj opisujc przygotowanie utleniacza, nastpnie zaprojektowa wykonanie wiczenia. Przystpujc do wykonania wiczenia naley m.in. krtko zreferowa prowadzcemu zajcia tre odnalezionych publikacji i przedstawi propozycj realizacji zadania. Przygotowanie aktywnej formy MnO2

Odczynniki:

MnSO4 (aq), 28,8% , KMnO4 (aq), 13,8% , NaOH (aq), 40,0% - roztwory naley przygotowa samemu Utlenianie alkoholu:

Wartoci iloci reagentw (wyraone w gramach i mililitrach) potrzebne do przygotowania tlenku manganu(IV) naley podzieli przez 800. Reakcj utleniania przeprowadzi w mikroskali, biorc 0,5 g geraniolu. Zaproponowa sposb identyfikacji produktu i jego oczyszczenia.

1 Ji-Dong Lou, Zhi-Nan Xu Tetrahedron Letters 43, 2002, 61496150