Инструкции по проведению синтеза в формате pdf ... - kriemhild

NOP http://www.oc-praktikum.de
2023 Восстановление D-(+)-камфары алюмогидридом лития
до изомерной смеси (+)-борнеола и
(–)-изоборнеола
C 10 H 16 O
(152.2)
O
Классификация
LiAlH 4
метил-трет-бутиловый
эфир
LiAlH 4
(38.0)
1
OH
H
a b
C 10 H 18 O
(154.3)
Типы реакций и классы веществ
Реакция карбонильной группы в кетонах, восстановление, стереоселективное
присоединение
Кетон, спирт, комплексный гидрид металлов, природный продукт
Методы работы
Работа в сухих условиях, перемешивание с помощью механической мешалки,
прибавление по каплям из капельной воронки, нагревание с обратным холодильником,
фильтрование, выпаривание на роторном испарителе, сублимация, применение
охлаждающей бани, нагревание на масляной бане
Методика (размер загрузки 100 ммоль)
Оборудование
Трехгорлая колба на 500 мл, металлический обратный холодильник, хлоркальциевая
(осушительная) трубка, подача защитного газа, механическая мешалка, капельная
воронка с компенсатором давления, колба Бунзена, воронка Бюхнера, роторный
испаритель, прибор для сублимации, нагревательная плитка, вакуумный насос,
охлаждающая баня, масляная баня
Вещества
D-(+)-камфара, [α] D
20 = + 44,0° (т.пл. 179 °C) 15,2 г (100 ммоль)
Алюмогидрид лития 5,32 г (140 ммоль)
Метил-трет-бутиловый эфир сухой (bp 55 °C) 280 мл
Водный раствор гидроксида натрия (15%) 6 мл
Карбонат калия для осушки
+
H
OH
Июль 2008

NOP http://www.oc-praktikum.de
Реакция
Прибор для реакции включает трехгорлую колбу на 500 мл, механическую мешалку,
металлический обратный холодильник, соединенный с хлоркальциевой трубкой, и
капельную воронку с компенсатором давления, он должен быть полностью сухим, и
предпочтительно промытым азотом. В колбу помещают за один прием 160 мл сухого
метил-трет-бутилового эфира и 5,32 г (140 ммоль) алюмогидрида. Смесь
перемешивают в течение 5 мин и затем по каплям при перемешивании прибавляют
раствор 15,2 г (100 ммоль) D-(+)-камфары в 100 мл сухого метил-трет-бутилового
эфира, так, чтобы эфир умеренно кипел. Затем смесь перемешивают и нагревают с
обратным холодильником еще 3 часа.
Выделение продукта
При перемешивании смесь охлаждают с помощью охлаждающей бани (в целях
безопасности не применяют баню со льдом, поскольку в реакционной смеси
присутствует LiAlH4) до примерно 0°C. Затем ОЧЕНЬ АККУРАТНО по каплям из
капельной воронки прибавляют 6 мл воды, а затем 6 мл 15% раствора гидроксида
натрия, а затем снова 16 мл воды с целью разложения избытка алюмогидрида лития. В
процессе прибавления реакционная смесь пенится и кипит вследствие выделения газа.
Образуется бесцветный вязкий осадок. После завершения прибавления смесь
перемешиванию еще 30 мин и затем отсасывают на воронке Бюхнера. Если фильтрат
непрозрачный, фильтрование повторяют. Затем фильтрат сушат с помощью карбоната
калия. Осушитель отфильтровывают, промывают 20 мл метил-трет-бутилового эфира и
растворитель выпаривают на роторном испарителе. Сырой продукт остается в виде
бесцветного кристаллического остатка.
Выход сырого продукта 13,4 г; т.пл. 209-210°C; чистота по ГЖХ более 99%; отношение
изоборнеола к борнеолу составляет 87:13.
1,00 сырого продукта возгоняют при пониженном давлении (примерно 20 гПа) и на
масляной бане при температуре примерно 100°C. Из 1 г сырого продукта получается
0,970 г сублимированного чистого продукта. Выход сублимированного продукта,
экстраполированный к общему объему сырого продукта, составляет 13,0 г (84,2 ммоль,
20
84%); т.пл. 211-213°C, [α] D = – 24.090°
Продукт включает изоборнеол и борнеол в отношении 87:13 и менее 0,1% примесей
(см. раздел Анализ)
Комментарии
Если реакцию проводят с рацемической камфарой, она протекает так, как описано для
D-(+)-камфары. Продукт включает рацематы борнеола и изоборнеола, отдельные
энантиомеры можно увидеть с помощью хиральной ГЖХ колонки (см. раздел Анализ).
Организация сбора и удаления отходов
Повторное использование
Выпаренный метил-трет-бутиловый эфир собирают и перегоняют повторно.
2
Июль 2008

NOP http://www.oc-praktikum.de
Утилизация отходов
Отход Тип емкости для слива
Твердый остаток после гидролиза алюмогидрида лития Твердый отход, не
содержащий ртути
Остаток от возгонки Твердый отход, не
содержащий ртути
Карбонат калия Твердый отход, не
содержащий ртути
Время
6 часов до возгонки
Перерыв
После гидролиза алюмогидрида лития и отсасывания осадка
Степень сложности
Сложная
Методика (размер загрузки 10 ммоль)
Оборудование
Трехгорлая колба на 100 мл, металлический обратный холодильник, хлоркальциевая
(осушительная) трубка, подача защитного газа, механическая мешалка, капельная
воронка с компенсатором давления, колба Бунзена, воронка Бюхнера, роторный
испаритель, прибор для сублимации, нагревательная плитка, вакуумный насос,
охлаждающая баня, масляная баня
Вещества
20
D-(+)-камфара, [α] D = + 44,0° (т.пл. 179 °C) 1,52 г (10,0 ммоль)
Алюмогидрид лития 532 мг (14,0 ммоль)
Метил-трет-бутиловый эфир сухой (bp 55 °C) 90 мл
Водный раствор гидроксида натрия (15%)
Карбонат калия для осушки
1 мл
Реакция
Прибор для реакции включает трехгорлую колбу на 100 мл, механическую мешалку,
металлический обратный холодильник, соединенный с хлоркальциевой трубкой, и
капельную воронку с компенсатором давления, он должен быть полностью сухим, и
предпочтительно промытым азотом. В колбу помещают за один прием 40 мл сухого
метил-трет-бутилового эфира и 532 мг (14,0 ммоль) алюмогидрида лития. Смесь
перемешивают в течение 5 мин и затем по каплям при перемешивании прибавляют
раствор 1,52 г (10,0 ммоль) D-(+)-камфары в 40 мл сухого метил-трет-бутилового
3
Июль 2008

NOP http://www.oc-praktikum.de
эфира, так, чтобы эфир умеренно кипел. Затем смесь перемешивают и нагревают с
обратным холодильником еще 3 часа.
Выделение продукта
При перемешивании смесь охлаждают с помощью охлаждающей бани (в целях
безопасности не применяют баню со льдом, поскольку в реакционной смеси
присутствует LiAlH4) до примерно 0°C. Затем ОЧЕНЬ АККУРАТНО по каплям из
капельной воронки прибавляют 1 мл воды, затем 1 мл 15% раствора гидроксида натрия,
а затем снова 4 мл воды с целью разложения избытка алюмогидрида лития. В процессе
прибавления реакционная смесь пенится и кипит вследствие выделения газа.
Образуется бесцветный вязкий осадок. После завершения прибавления смесь
перемешиванию еще 30 мин и затем отсасывают на воронке Бюхнера. Если фильтрат
непрозрачный, фильтрование повторяют. Затем фильтрат сушат с помощью карбоната
калия. Осушитель отфильтровывают, промывают 10 мл метил-трет-бутилового эфира и
растворитель выпаривают на роторном испарителе. Сырой продукт остается в виде
бесцветного кристаллического остатка.
Выход сырого продукта 1,31 г; т.пл. 209-210°C; чистота по ГЖХ более 99%; отношение
изоборнеола к борнеолу составляет 87:13.
Сырой продукт возгоняют при пониженном давлении (примерно 20 гПа) и на масляной
бане при температуре примерно 100°C. Выход сублимированного продукта составляет
20
1,27 г (8,23 ммоль, 82%); т.пл. 211-213°C, [α] D = – 24.090°
Продукт включает изоборнеол и борнеол в отношении 87:13 и менее 0,1% примесей
(см. раздел Анализ)
Комментарии
Если реакцию проводят с рацемической камфарой, она протекает так, как описано для
D-(+)-камфары. Продукт включает рацематы борнеола и изоборнеола, отдельные
энантиомеры можно увидеть с помощью хиральной ГЖХ колонки (см. раздел Анализ).
Организация сбора и удаления отходов
Повторное использование
Выпаренный метил-трет-бутиловый эфир собирают и перегоняют повторно.
Утилизация отходов
Отход Тип емкости для слива
Твердый остаток после гидролиза алюмогидрида лития Твердый отход, не
содержащий ртути
Остаток от возгонки Твердый отход, не
содержащий ртути
Карбонат калия Твердый отход, не
содержащий ртути
Время
5 часов до возгонки
4
Июль 2008

NOP http://www.oc-praktikum.de
Перерыв
После гидролиза алюмогидрида лития и отсасывания осадка
Степень сложности
Сложная
Анализ
Мониторинг реакции
В принципе реакцию можно отслеживать или по ГЖХ, или по ТСХ, однако из соображений
безопасности не следует отбирать пробы во время проведения реакции.
ТСХ
Условия ТСХ:
адсорбент: Силикагель для ТСХ на алюминиевой фольге, 60 F254
Элюент: Петролейный эфир (40-60 °C) / этилацетат 1:1
Проявитель ванилин
Rf (камфара) 0,75
0,70
Rf
(борнеол/изоборнеол)
ГЖХ
Условия ГЖХ I:
Подготовка пробы: 10 мг вещества растворяют в 1 мл метил-трет-бутилового эфира.
колонка: Zebron ZB-1 длина15 м, внутренний диаметр 0,25 мм , толщина слоя 0,25 мкм,
(Phenomenex, Torrance, CA, USA)
ввод: Температура инжектора 270 °C; ввод с делением потока 21:1; вводимый объем 0.3
мкл
Газ-носитель: He, давление перед колонкой 100 кПа
печь: 60 °C изотерма
детектор: ДИП, 250 °C, H2 29 мл/мин; воздух из баллона 333 мл/мин;
интегрирование: Интегратор 4290 (Thermo Separation Products)
Условия ГЖХ II:
Подготовка пробы: 50 мг вещества растворяют в 1 мл метил-трет-бутилового эфира.
Хиральная Cyclosil B, длина 2 x 30 м, внутренний диаметр 0,32 мм, толщина пленки 0,25 мкм,
колонка:
(J & W Scientific, Folsom, CA, USA)
ввод: Температура инжектора 260 °C; ввод с расщеплением потока 4.9; вводимый объем
0,13 мкл
Газ-носитель: H2, давление перед колонкой 100 кПа
печь: 70 °C (45 мин изотерма), 0,3 °C/мин до 110 °C (25 мин)
детектор: ДИП, 300 °C, H2 25,1 мл/мин; воздух из баллона 393 мл/мин
интегрирование: интегратор 4290 (Thermo Separation Products)
Процентные концентрации рассчитывали на основании площадей пиков.
5
Июль 2008

NOP http://www.oc-praktikum.de
ГЖХ продукта из D-(+)-камфары (условия ГЖХ I)
8
6
4
2
0
0 2 4 6 8 10 12 14
Время удерживания
(мин)
Вещество Площадь пика %
11,3 изоборнеол 87,5
11,9 борнеол 12,5
9,8 камфара 0,0
ГЖХ сырого продукта и чистого продукта практически идентичны, они показывают содержание
примесей менее 0,1%. Пики со временем удерживания менее 2 мин относятся к растворителю и его
примесям.
6
Июль 2008

NOP http://www.oc-praktikum.de
ГЖХ продукта из рацемической камфары (условия ГЖХ II)
16
12
8
4
0
0 20 40 60 80 100 120
Время удерживания
(мин)
Вещество Площадь пика %
58,8 (–)-камфара 1,27
59,8 (+)-камфара 1,30
84,9 (+)-изоборнеол 42,4
88,3 (–)-изоборнеол 42,5
92,0 (–)-борнеол 5,4
96,0 (+)-борнеол 5,4
другие Не идентифицир. 1,7
На основании площадей пиков отношение изоборнеола к борнеолу = 89 : 11.
Оптическое вращение чистого продукта
Оптическое вращение чистых продуктов (литературные данные):
20
[α] D (изоборнеол): −34,6° (этанол)
20
[α] D (борнеол): +37,7° (этанол)
20
оптическое вращение чистого продукта, измеренное для 3% раствора в этандиоле: [α] D = −24,090 °
результат: отношение изоборнеола к борнеолу = 85 : 15.
7
Июль 2008

NOP http://www.oc-praktikum.de
1 H ЯМР спектр сырого продукта (250 МГц, CDCl3)
4.0
1 H ЯМР спектр сырого продукта (250 МГц, CDCl3)
4.10
4.0
4.00
3.5
3.5
3.90
3.0
3.0
3.80
(ppm)
2.5
2.5
3.70
(ppm)
(ppm)
2.0
3.60
2.0
δ (ppm) Мультиплетность Относит.
интенсивность
Отнесение
0,82 s CH3 (изоборнеол)
0,91 s CH3 (изоборнеол)
1,02 s CH3 (изоборнеол)
3,58-3,65 m 86 CH – OH ( изоборнеол)
3,96-4,40 m 14 CH – OH (борнеол)
0,8–2,4 m
Другие кольцевые протоны в
изоборнеоле и борнеоле и CH3 в
борнеоле
1.5
3.50
1.5
8
1.0
1.0
0.5
0.5
0.0
0.0
Июль 2008

NOP http://www.oc-praktikum.de
13 C ЯМР спектр очищенного продукта (250 МГц, CDCl3)
85
80
75
70
65
60
55
45 40
(ppm)
δ (ppm) изоборнеол δ (ppm) борнеол Отнесение
79,92 77,37 CH(OH)
48,97 49,50 Cquart
46,35 48,03 Cquart
45,05 45,11 CH
40,41 39,04 CH2
33,92 28,29 CH2
27,25 25,93 CH2
20,49 20,20 CH3 – C – CH3
20,12 18,69 CH3 – C – CH3
11,33 13,34 CH3 у вершины
мостикового C
76,5-77,5 растворитель
50
9
35
30
25
20
15
10
5
0
Июль 2008

NOP http://www.oc-praktikum.de
ИК спектр сырого продукта (KBr)
% Transmission
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
4000 3000 2000 1000
ИК спектр чистого продукта (KBr)
% Transmission
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
W ellenzahl [cm -1 ]
-80
4000 3000 2000 1000
W ellenzahl [cm -1 ]
(cм -1 ) Отнесение
3370 O – H – связь
2983–2876 C – H – связь, алкан
10
Июль 2008