Синтез органического соединения

1. Синтез органического соединения

Лабораторная работа
СИНТЕЗ ОРГАНИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ

2.

Органический синтез – раздел органической
химии и технологии, изучающий различные
аспекты получения органических соединений
(способы, методики, идентификация,
аппаратура и др.), а также сам процесс
получения веществ.

3. Цель органического синтеза

ЦЕЛЬ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
Получение вещества с ценными физическими,
химическими и биологическими свойствами, имеющего
какое-либо практическое применение или служащего
исходным материалом для дальнейших исследований.
Органический синтез проводится также для
доказательства строения природных и искусственно
получаемых веществ.
Современный органический синтез многогранен и
позволяет получать практически любые органические
молекулы.

4. реакции органического синтеза

РЕАКЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
Гидрирование – присоединение водорода по кратной связи.
Дегидрирование — отщепление водорода с образованием кратной связи.
Гидратация – присоединение воды по кратной связи с образованием спирта.
Дегидратация – отщепление воды с образованием кратной связи.
Алкилирование – обмен водорода на углеводородный радикал.
Ацилирование – введение в молекулу остатка карбоновой кислоты (ацильной
группы)
Циклизация – образование циклической структуры в молекуле.
Галогенирование – введение атома галогена в молекулу посредством
обмена водорода на галоген или присоединения по кратной связи.
Нитрование – обмен водорода на группу NO2.
Этерификация – взаимодействие органической или кислородсодержащей
неорганичсекой кислоты со спиртом с получением сложных эфиров.
Окисление – в узком смысле – внедрение кислорода в молекулу, в широком –
любое изменение в молекуле, приводящее к увеличению степени окисления
углерода.
Сульфирование – обмен водорода на сульфогруппу.
Полимеризация и др.

5. Этапы синтеза органического соединения

ЭТАПЫ СИНТЕЗА ОРГАНИЧЕСКОГО
СОЕДИНЕНИЯ
выбор пути синтеза;
расчет количеств исходных продуктов;
экспериментальное проведение реакций;
выделение и очистка целевого продукта,
контроль чистоты;
подтверждение состава и строения
полученного вещества.

6. Выбор пути синтеза

ВЫБОР ПУТИ СИНТЕЗА
Стандартные синтезы – это синтезы веществ хорошо изученных
классов, общие методы получения которых достаточно полно
разработаны и практически неоднократно реализованы.
Очевидные синтезы – выбор исходных соединений и запись пути
синтеза не вызывает особых затруднений, хотя осуществление этого
очевидного плана на практике зачастую требует большого труда и
искусства.
Сложные синтезы – это синтезы многостадийные, в которых целевое
соединение может быть получено различными путями, из разных
исходных продуктов, и результаты отдельных превращений не вполне
очевидны.
Знание свойств соединений и выработка стратегии синтеза еще не
может дать практического результата без освоения техники,
общепринятых приемов и способов лабораторной работы, типовых
приборов и установок из стекла, используемых в синтетической
органической химии.

7. Расчет количеств исходных продуктов

РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВ ИСХОДНЫХ ПРОДУКТОВ
Наиболее важной характеристикой методики
синтеза является мольное соотношение
вводимых в реакцию продуктов.
Два варианта расчета синтеза:
прямой расчет - когда задается количество
одного из исходных продуктов
обратный расчет - когда задано количество
получаемого целевого продукта.

8. Выделение и очистка целевого продукта. Контроль чистоты

ВЫДЕЛЕНИЕ И ОЧИСТКА ЦЕЛЕВОГО ПРОДУКТА.
КОНТРОЛЬ ЧИСТОТЫ
В результате экспериментального проведения
реакций обычно получается смесь, в состав
которой помимо основного вещества могут
входить растворители и некоторые количества
исходных реагентов и продуктов промежуточных
и побочных реакций.
Методы выделения и очистки целевого
соединения зависят от физических и химических
свойств разделяемых веществ. В стандартных
синтезах очистка обычно описывается в
прописях.

9. разделение органических веществ

РАЗДЕЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Вещества, находящиеся в осадке, обычно отделяют от
раствора фильтрованием или центрифугированием.
Смеси твердых веществ разделяются
кристаллизацией или возгонкой.
Различные виды перегонок (простая перегонка,
перегонка в вакууме, перегонка с водяным паром,
экстрактивная и азеотропная перегонки,
ректификация и др.) дают возможность разделять
смеси жидких, а иногда и твердых веществ.
Различия в растворимости органических соединений
используются при выделении и очистке их
экстрагированием.

10. удаление остатков воды

УДАЛЕНИЕ ОСТАТКОВ ВОДЫ
твердые вещества сушат на воздухе или под
вакуумом, в сушильных шкафах при
повышенной температуре, в эксикаторах с
поглощающими влагу веществами.
жидкости сушат при помощи осушающих
веществ, связывающих воду.
газы сушат вымораживанием влаги или
пропусканием их через слой осушающего
агента.

11. контроль наличия примесей в полученном соединении

КОНТРОЛЬ НАЛИЧИЯ ПРИМЕСЕЙ В
ПОЛУЧЕННОМ СОЕДИНЕНИИ
Сопоставление его физических констант (температур
кипения и плавления, показателя преломления и др.) с их
справочными значениями.
В случае отсутствия справочных данных о чистоте продукта
можно судить по достижению неизменных значений
физических констант в процессе многократно
повторяемых циклов очистки.
Чистота вещества проверяется также спектральными и
хроматографическими методами, с помощью химического
анализа.
При проведении органических синтезов часто бывает
достаточным достижение 97…99% чистоты целевого
продукта.

12. Подтверждение состава и строения полученного органического соединения

ПОДТВЕРЖДЕНИЕ СОСТАВА И СТРОЕНИЯ
ПОЛУЧЕННОГО ОРГАНИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ
Заключительный этап синтеза органического
соединения - сопоставление его физических
констант (температур кипения или плавления,
показателя преломления, удельного
вращения и т.д.) со справочными
значениями.
Химическая идентификация заключается в
проведении элементного или
функционального анализов вещества

13. Лабораторная работа №2

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Синтез уксусно-изоамилового эфира
Цель работы:
ознакомиться с методикой проведения стандартного синтеза
органического соединения, методикой выделения, очистки и
идентификации полученного органического соединения;
синтезировать уксусно-изоамиловый эфир реакцией этерификации
со смещением равновесия;
очистить полученный продукт перегонкой;
провести идентификацию уксусно-изоамилового эфира и контроль
чистоты.
Этерификация – взаимодействие органической или
кислородсодержащей неорганической кислоты со спиртом с
образованием сложных эфиров.

14. Уравнения основных и побочных реакций:

УРАВНЕНИЯ ОСНОВНЫХ И ПОБОЧНЫХ РЕАКЦИЙ:
O
H3C
CH3
C
CH2
OH + HO
CH
CH2
O
H2SO4
CH3
C
CH3
H3C
O
CH2
CH
CH2
CH3
+ H2O
Побочные реакции:
CH3
CH3
CH
H3C
CH2
CH2
OH + HO
CH2
CH3
CH
CH2
CH3
CH3
CH
H3C
CH2
CH2
CH3
CH
H3C
CH2
CH2
+
OH
6 H2SO4
2CO2 + 6SO2 + 9H O
2
O
CH2
CH
CH2
CH3

15. Реактивы для синтеза уксусноизоамилового эфира

РЕАКТИВЫ ДЛЯ СИНТЕЗА
УКСУСНОИЗОАМИЛОВОГО ЭФИРА
Основные
Уксусная кислота (ледяная) - 14,3 см 3
Изоамиловый спирт - 27,7 см 3
Вспомогательные
Серная кислота (4 капли)
Сода Nа2СО3, 5%-й раствор - до нейтральной
реакции
Сульфат натрия или сульфат магния (безводные)

16. Посуда для синтеза уксусноизоамилового эфира

Круглодонная колба
(100 см3) - 2 шт.
Холодильник
Либиха - 1 шт.
Змеевиковый
холодильник – 1 шт.
Водоотделитель
(ловушка ДинаСтарка) – 1 шт.
Делительная
воронка - 1 шт.
Аллонж - 1 шт.
Колба-приемник
(50 см3) -1 шт.
Термометр - 1 шт.
ПОСУДА ДЛЯ СИНТЕЗА УКСУСНОИЗОАМИЛОВОГО ЭФИРА

17. Основные физические константы синтезируемого вещества и основных исходных органических соединений, используемых в синтезе

Растворимость
Название
Тпл.
Изоамилацетат
-78,5
Изоамиловый
спирт
-117,2
Ткип.
142,5
d420
nD20
в 100 г
воды
0,8719
1,4053
в
органичес
ких
растворит
елях*
0,1625
р. эф,
∞ эт
132,0
0,8120
1,4053
2,6722
х. р. ац,
эт, эф
ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ СИНТЕЗИРУЕМОГО ВЕЩЕСТВА
И ОСНОВНЫХ ИСХОДНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В
СИНТЕЗЕ

18. Установка для синтеза с удалением воды из реакционной смеси

3
1 – реакционная колба;
2 – водоотделитель;
3 – обратный холодильник;
4 – электронагреватель;
5 – штатив лабораторный
5
5
4
2
3
2
1
1
3
УСТАНОВКА ДЛЯ СИНТЕЗА
С УДАЛЕНИЕМ ВОДЫ ИЗ РЕАКЦИОННОЙ СМЕСИ
4
4
2
1

19. Установка для перегонки при атмосферном давлении

1 – перегонная колба;
2 – насадка Вюрца;
3 – термометр;
4 – холодильник
нисходящий;
5 – аллонж;
6 – колба-приемник;
7 – электронагреватель;
8 – штативы
лабораторные
УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕГОНКИ ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ

20. Перед началом выполнения практической работы по синтезу органического соединения

ПЕРЕД НАЧАЛОМ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ
РАБОТЫ ПО СИНТЕЗУ ОРГАНИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ
необходимо ознакомиться с «Инструкцией по
технике безопасности, производственной
санитарии и противопожарным
мероприятиям для студентов в учебных
химический лабораториях», после чего
преподаватель, ведущий занятие, может дать
разрешение на начало работы.

21.  Техника безопасности:

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ:
Концентрированная уксусная кислота –
едкая жидкость с резким удушающим
запахом. Все подготовительные операции с
ней проводить только под тягой.
Сильно
разъедает кожу, поэтому при
попадании на нее немедленно смыть
обильной струей воды и место ожога
обработать раствором питьевой соды и
опять водой.

22. Загрузка реагентов в колбу

В круглодонную колбу на 100 см3 с ловушкой и обратным водяным
холодильником помещают смесь 14,3 см3 ледяной уксусной кислоты и
27,7 см3 изоамилового спирта. Прибавляют 4 капли
концентрированной серной кислоты, и бросают несколько «кипелок»
ЗАГРУЗКА РЕАГЕНТОВ В КОЛБУ

23. Синтез эфира с ловушкой

Водоотделитель Дина-Старка (ловушка)
используется для отбора образующейся воды из
реакционной колбы в ходе синтеза.
Реакция этерификации является обратимой, и в
случае наступления равновесия выход эфира
относительно невелик (не более 30-35 % мольн.).
Поэтому для увеличения выхода применяют
принцип Ле-Шателье: удаляя пары образующейся
воды, тем самым поощряем прямую реакцию, т.е.,
ту, в которой образуется желаемый продукт (эфир).
В ловушку так же попадает часть образовавшегося
эфира: наблюдаем двухфазную систему эфир-вода.
СИНТЕЗ ЭФИРА С ЛОВУШКОЙ

24. Экспериментальное проведение этерификации со смещением равновесия

Реакционная смесь
должна кипеть. Постепенно
в ловушке собирается
жидкость, разделяющаяся
на два слоя. Реакция
считается законченной,
когда количество
выделившейся воды
(нижний слой) будет равно
вычисленному по
уравнению реакции.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПРОВЕДЕНИЕ ЭТЕРИФИКАЦИИ СО СМЕЩЕНИЕМ
РАВНОВЕСИЯ

25. Отделение бромистого этила от воды

Верхний слой из
ловушки с помощью
делительной воронки
возвращают обратно в
колбу.
После охлаждения
реакционную смесь из
колбы переливают в
делительную воронку,
промывают водой, затем
5%-ным раствором
кальцинированной соды
и вновь водой (до
нейтральной реакции по
лакмусу).
ОТДЕЛЕНИЕ БРОМИСТОГО ЭТИЛА ОТ ВОДЫ

26. Осушка эфира безводным сульфатом натрия

Уксусноизоамиловый
эфир сушат безводным
сульфатом натрия или
магния (до прозрачности
раствора).
ОСУШКА ЭФИРА БЕЗВОДНЫМ СУЛЬФАТОМ НАТРИЯ

27. Перегонка уксусноизоамилового эфира при атмосферном давлении

Затем продукт
перегоняют. Собирают
фракцию, кипящую при
138…142 С.
ПЕРЕГОНКА УКСУСНОИЗОАМИЛОВОГО ЭФИРА ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ

28. Приемник дистиллята. аллонж

Так как неочищенный
эфир, «сырой продукт»,
может содержать
некоторое количество
непрореагировавшего
изоамилового спирта
(tкип=121оС), то для
приема чистого
уксусноизоамилового
эфира (tкип=142оС),
понадобится отдельный
приемник
ПРИЕМНИК ДИСТИЛЛЯТА. АЛЛОНЖ

29. Подтверждение состава и строения полученного органического соединения

Заключительный этап синтеза
– идентификация и контроль
чистоты уксусноизоамилового
эфира .
Измерение физических
констант синтезированного
вещества и сопоставление их
о справочными константами
уксусноизоамилового эфира .
Температуру кипения
наблюдали во время
перегонки, показатель
преломления измеряем на
рефрактометре.
Достижение 97…99% чистоты
целевого продукта вполне
достаточно.
ПОДТВЕРЖДЕНИЕ СОСТАВА И СТРОЕНИЯ ПОЛУЧЕННОГО
ОРГАНИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ