Sinteze de acid fenilacetic

[G.Patton]

Introducere

Există două căi eficiente de obținere a acidului fenilacetic din clorură de benzen. Prima cale prin cianura de benzil permite obținerea unui randament de până la 77%. A doua cale de obținere a clorurii de benzil prin intermediul reactivului Grignard descrie un randament teoretic de 60%. Ambele căi au unele avantaje și dezavantaje. De exemplu, sinteza cu cianură de benzil necesită multă experiență din partea unui chimist, deoarece acesta trebuie să lucreze cu cianură de sodiu, care este foarte toxică. Pe de altă parte, calea de obținere a clorurii de benzil prin intermediul reactivului Grignard necesită reactivi mai puțin toxici, dar chimistul trebuie să lucreze cu dioxid de carbon solid sau cu aparatul lui Kipp. De asemenea, această metodă dă un randament mai mic decât prima. În forumul nostru puteți găsi și alte metode de sinteză a acidului fenilacetic, cum ar fi ruta dela acidul mandelic sau cianura de benzil prin hidroliză alcalină.

În plus, în acest subiect puteți găsi sinteza detaliată a clorurii de benzil din benzen. În final, doresc să avertizez toți chimiștii care doresc să repete această sinteză că trebuie să utilizeze toate echipamentele de siguranță, cum ar fi sticla chimică, mănușile, halatul chimic și masca respiratorie. Efectuați experimentele sub sonda de extracție sau sub hota de aspirație, în spații bine ventilate.

Aspect: solid alb cu un miros puternic de miere.

Punct de fierbere: 265,5 °C/760 mm Hg; 144,2-144,8 °C/12 mm Hg;
Punct de topire: 76-77 °C;
Greutate moleculară: 136,15 g/mol;
Densitate: 1,091 g/ml (20 °C).

Clorură de benzil din benzen

Echipament și sticlărie.

• Balon de 1 L cu trei gâturi;
• Termometru de laborator (de la 0 °C la 200 °C) cu adaptor pentru balon;
• Condensator de reflux (cu suprafață dublă);
• Agitator mecanic;
• Tub de introducere a gazului;
• Baie de apă;
• Placă de încălzire;
• Generator de laborator HCl;
• pâlnie separatoare de 1 L;
• Aparat de distilare;
• Suport pentru retortă și clemă pentru fixarea aparatului;
• Aspirator cu jet de apă;
• Balanță de laborator (1 - 200 g este adecvată);
• Baloane Erlenmeyer de 100 ml x2 și 200 ml x2 cu capac;
• Cilindru de măsură de 500 ml.

Reactivi.

• 200 g (227 ml) Benzen;
• 38 g de formol 40 % sau 20 g de paraformaldehidă;
• 50 g clorură de zinc anhidră (ZnCl2);
• 100 g bicarbonat de sodiu (NaHCO3);
• 1 L apă distilată;
• 100 g clorură de calciu anhidră (CaCl2)/sulfat de magneziu (MgSO4).

Într-un balon de 1 l cu trei guri, echipat cu un condensator de reflux (cu suprafață dublă), cu un agitator mecanic (de preferință de tip Hershberg) și cu un tub de introducere a gazului până aproape de fundul balonului, se introduc 200 g (227 ml) de benzen uscat, 20 g de paraformaldehidă (se poate utiliza și formol 40%), 200 g (227 ml) de benzen uscat și 20 g de paraformaldehidă (se poate utiliza și formol 40%); proporțiile sunt atunci 200 g de benzen, 38 g de formalină 40% și 50 g de clorură de zinc pulverizată) și 20 g de clorură de zinc anhidră pulverizată fin. Se sprijină balonul pe o baie de apă astfel aranjată încât nivelul apei din acesta să fie aproximativ la aceeași înălțime cu reacția. Se încălzește baia la 60 °C și se introduce (printr-un flacon de spălare gol) un jet rapid de clorură de hidrogen până când nu se mai absoarbe gaz (aproximativ 20 de minute): se lasă să se răcească. Se transferă amestecul de reacție într-o pâlnie de separare, se spală succesiv cu două porții de 50 ml de apă rece, două porții de 50 ml de soluție saturată de bicarbonat de sodiu (este esențial să se elimine toate sărurile de zinc în procesul de spălare, în caz contrar produsul rezinificându-se în mare măsură în timpul distilării) și în final cu 20 ml de apă. Se usucă cu clorură de calciu anhidră sau sulfat de magneziu și se distilează sub presiune normală dintr-un balon Claisen cu braț lateral de fracționare până când temperatura crește la 100-110 °C. După răcire, se distilează sub presiune redusă și se colectează clorura de benzil la 63-65 °C la 12 mmHg. Randamentul este de 70 g. În reziduul din balon sunt prezente o parte (aproximativ 4 g) de diclorură de p-xilen, p.m. 100 °C, și o cantitate mică de difenilmetan.

Cianură de benzil din clorură de benzil

Echipament și sticlărie.

• Balon cu fund rotund de 5 l;
• Termometru de laborator (de la 0 °C la 200 °C) cu adaptor pentru balon;
• Condensator de reflux;
• Baie de apă;
• Placă de încălzire;
• pâlnie de picurare de 2 L;
• Balon Buchner de 2 L și pâlnie Ø 25 cm (sau filtru Shott);
• Aparat de distilare;
• Suport pentru retortă și clemă pentru fixarea aparatului;
• Hârtie de filtru;
• Pâlnie convențională;
• Aspirator cu jet de apă;
• Balanță de laborator (1 - 1000 g este adecvată);
• Agitator magnetic;
• Cilindru de măsurat de 1 L;
• 2 L x2; pahare de 500 ml x2.

Reactivi.

• 500 g (10 moli) cianură de sodiu (NaCN);
• 450 ml Apă distilată;
• 1000 g (8 moli) Clorură de benzil;
• 1300 g Alcool 95 % (EtOH);
• 775 ml Acid sulfuric aq. 50 % (H2SO4);
• 100 g Bicarbonat de sodiu (NaHCO3);
• 100 g clorură de sodiu (NaCl).

Într-un balon cu fund rotund de 5 000 ml, prevăzut cu un dop care să țină un condensator de reflux și o pâlnie de separare, se pun 500 g (10 moli) de cianură de sodiu sub formă de pulbere (pură 96-98 %) și 450 ml de apă. Amestecul se încălzește pe o baie de apă pentru a dizolva cea mai mare parte a cianurii de sodiu, apoi se introduc prin pâlnia de picurare, în decurs de 30-45 de minute, 1000 g (8 moli) de clorură de benzil (pb 170-180 °C) amestecată cu 1000 g de alcool 95%. Amestecul se încălzește apoi sub un condensator de reflux pe baie de aburi timp de patru ore, se răcește și se filtrează cu aspirație pentru a elimina cea mai mare parte a clorurii de sodiu. Este bine să se spele sarea filtrată cu o mică porție de alcool pentru a îndepărta orice cianură de benzil care ar fi putut fi reținută mecanic.

Balonul este acum echipat cu un condensator și se distilează cât mai mult alcool posibil pe baie de aburi. Lichidul rezidual se răcește, se filtrează dacă este necesar, iar stratul de cianură de benzil se separă. Această cianură de benzil brută se introduce într-un balon de distilare Claisen și se distilează sub presiune redusă, în primul rând apa și alcoolul, iar în final cianura (este preferabil să se distileze ultima parte a solvenților și cianura de benzil sub vid). Este avantajos să se utilizeze o coloană de fracționare. Materialul se colectează la 135-140 °C la 38 mm Hg (115-120 °C la 10 mm Hg). Randamentul este de 740-830 g (80-90% din cantitatea teoretică). Este preferabil să se spele produsul final pentru a îndepărta izocianura de benzil urât mirositoare și pentru a prelungi semnificativ durata de valabilitate a produsului. Cianura de benzil distilată se agită energic timp de cinci minute cu un volum egal de acid sulfuric cald (60 °C) 50%, preparat prin adăugarea a 275 ml de acid sulfuric concentrat la 500 ml de apă. Cianura de benzil se separă și se spală cu un volum egal de soluție saturată de bicarbonat de sodiu, urmat de un volum egal de soluție de clorură de sodiu semisaturată. Se usucă apoi și se distilează sub presiune redusă. Pierderea în spălături este neglijabilă.

Acid fenilacetic din cianură de benzil

Echipament și sticlărie.

• Balon cu fund rotund de 5 L cu trei gâturi;
• Agitator mecanic;
• Condensator de reflux;
• Baie de apă;
• Placă de încălzire;
• Balon Buchner de 2 l și pâlnie Ø 25 cm (sau filtru Shott);
• Pâlnie convențională;
• Hârtie de filtru;
• Aparat de distilare;
• Suport pentru retortă și clemă pentru fixarea aparatului;
• 1 L Butelie de măsură;
• 2 L x2; pahare de 500 ml x2;
• Aspirator cu jet de apă;
• Cântar de laborator (1 - 1000 g este adecvat);
• Termometru de laborator (0 °C până la 200 °C) cu adaptor pentru balon;
• 2 l x2; pahare de 500 ml x2.

Reactivi.

• 3500 ml Apă distilată;
• 840 ml Acid sulfuric conc. (H2SO4);
• 700 g (6 mol) cianură de benzil.

1150 ml de apă, 840 ml de acid sulfuric tehnic și 700 g (6 mol) de cianură de benzil se amestecă într-un balon cu trei gâturi de 5 litri echipat cu un agitator mecanic. Balonul este conectat la un condensator de reflux și încălzit timp de 3 ore cu agitatorul în funcțiune. După aceea, conținutul balonului se răcește la t.r., apoi se toarnă în 2 litri de apă rece. În acest caz, masa trebuie să fie agitată pentru a preveni formarea unei turte solide. Acidul fenilacetic obținut se filtrează pe pâlnia Buchner. Produsul de reacție se topește sub apă și se spală prin decantare de mai multe ori cu apă caldă. După răcirea spălărilor, se obține o cantitate mică de acid fenilacetic, care se filtrează și se adaugă la partea principală a substanței. Apa fierbinte de la ultima spălare se scurge în timp ce produsul este încă topit. Acidul lichid se toarnă într-un balon Claisen de 2 litri și se distilează sub vid. Mai întâi, o cantitate mică de apă este distilată și eliminată. Apoi, trec aproximativ 20 ml de fracție cu o cantitate notabilă de cianură de benzil. Această fracție este utilizată pentru următoarea sinteză. Fracția următoare (a treia) se distilează la o temperatură de 176-189 °C (50 mm Hg); aceasta se colectează separat. După un timp de staționare, fracția se solidifică.

Astfel, produsul obținut este un acid fenilacetic destul de pur cu p.m. de 76-76,5 °C; randamentul este de 630 g (77,5% din teorie). Deoarece a doua fracție, care este utilizată în sinteza ulterioară, conține o cantitate semnificativă de acid fenilacetic, randamentul global al produsului este de cel puțin 80% din cel teoretic. Acidul fenilacetic are un miros neplăcut.

Acid fenilacetic din clorură de benzil prin intermediulreactivului Grignard

Echipament și sticlărie.

• Balon cu fund rotund de 250 ml cu trei gâturi;
• Suport pentru retortă și clemă pentru fixarea aparatului;
• Agitator mecanic cu articulație;
• 500 ml pâlnie de picurare cu bypass;
• Condensator de reflux;
• Tub de clorură de calciu;
• Placă de încălzire;
• Baie de apă;
• Baie de sare cu gheață (-10 °C);
• Flască Wolfe x2;
• Aparatul lui Kipp sau dioxid de carbon solid;
• 500 ml pâlnie de separare
• Aspirator cu jet de apă;
• Balanță de laborator (1 - 100 g este adecvată);
• Hârtie de filtru;
• 100 ml Cilindru de măsurat;
• 500 ml x2; 100 ml x2 Pahare;
• Balon Buchner de 1 L și pâlnie (sau filtru Shott).

Reactivi.

• 2,4 g așchii de magneziu (Mg).
• 120 ml Eter dietilic.
• 12,7 g clorură de benzil.
• 200 ml Acid sulfuric conc. (H2SO4).
• 10 g HCl (d 1,19) în 20 ml apă distilată și 100 ml acid clorhidric 10%.
• 1 L apă distilată.

Într-un balon cu trei guri cu fund rotund de 250 ml, echipat cu un agitator mecanic cu racord, o pâlnie de picurare și un condensator de reflux cu un tub de clorură de calciu, se pun 2,4 g de așchii de magneziu, se adaugă 30 ml de eter absolut și se adaugă 3-4 ml dintr-o soluție de 12,7 g de clorură de benzil în 50 ml de eter absolut. După începerea reacției, eterul devine tulbure și fierbe (dacă este necesar, pentru a începe reacția, balonul se scufundă într-o baie cu apă caldă), se adaugă picătură cu picătură o soluție eterică de clorură de benzil, în așa fel încât eterul să fiarbă tot timpul calm și uniform. După adăugarea întregii cloruri de benzil, amestecul se încălzește într-o baie de apă timp de 1-1,5 ore, până la dizolvarea completă a magneziului.

Serăcește puternic balonul cu un amestec de gheață și sare (-10 °C), se înlocuiește pâlnia de picurare cu o țeavă de gaz și se trece timp de 3-4 ore un curent nu prea puternic de dioxid de carbon uscat dintr-o butelie sau din aparatul lui Kipp, uscând gazul prin trecerea prin două Wolfe's Flasks cu acid sulfuric concentrat (se poate obține un randament mai mare de acid fenilacetic prin introducerea dioxidului de carbon solid în reacție).

Apoi se înlocuiește conducta de gaz cu o pâlnie de picurare și, cu răcire puternică și agitare, se adaugă picătură cu picătură o soluție de 10 g HCl (d 1,19) în 20 ml de apă. Când amestecul de reacție se împarte în două straturi transparente, conținutul balonului se transferă într-o pâlnie de separare, se agită bine și, după decantare, se separă stratul apos. Acesta din urmă se extrage de două ori cu eter (porțiuni de 20 ml). Soluțiile eterice combinate de acid fenilacetic se agită din nou cu o soluție diluată de hidroxid de sodiu, soluția alcalină se separă, se acidifică cu acid clorhidric 10% și se răcește. Acidul fenilacetic obținut se filtrează sub vid, se spală cu apă rece, se stoarce bine și se recristalizează din apă fierbinte. p.m. 75 °C, randament 8 g (60% teoretic).