Autorka: Monika Góralik Grupa: A2

Prowadzący: dr Maciej Góra

CZERWIEŃ P-NITROANILINOWA (III.e.2)

1. Schemat reakcji.

2. Mechanizm reakcji.

Przeprowadzonymi podczas ćwiczenia reakcjami było diazowanie oraz sprzęganie soli diazoniowej. Podczas pierwszej z nich wytworzono chlorek 4-nitrobenzenodiazoniowy
z 4-nitroaniliny za pomocą jonów nitrozoniowych. Jony nitrozoniowe są wytwarzane wskutek protonowania nietrwałego kwasu azotowego(III), powstałego podczas reakcji azotanu(III) sodu
z kwasem (w wykonanym doświadczeniu: solnym).

Pożądany związek - czerwień p-nitroanilinową uzyskano w wyniku przeprowadzenia drugiej wspomnianej reakcji, w której udział wzięły udział dwa związki: uzyskany wcześniej chlorek
4-nitrobenzenodiazoniowy oraz naftolan sodu. Sprzęganie to reakcja typu elektrofilowej substytucji aromatycznej, gdzie jon diazoniowy (tu: 4-nitrobenzenodiazoniowy) jako elektrofil przyłącza się do cząsteczki aktywowanego związku aromatycznego (tu: naftolanu sodu), będącego nukleofilem.

3. Przebieg doświadczenia.

• W zlewce umieszczonej na mieszadle z funkcją płaszcza grzejnego umieszczono 1,4 g
  4-nitroaniliny, 3 cm³ wody i 3 cm³ stężonego kwasu solnego i ogrzewano mieszaninę (przy ciągłym mieszaniu) do rozpuszczenia 4-nitroaniliny

• Po rozpuszczeniu 4-nitroaniliny zlewkę umieszczono w łaźni lodowej i chłodzono do temperatury bliskiej 0 °C

• W czasie, gdy ochładzano roztwór chlorowodorku 4-nitroaniliny sporządzono w kolbie stożkowej roztwór naftolanu sodu z 1,5 g 2-naftolu, 20 cm³ wody, 2 cm³ ok. 30% roztworu wodorotlenku sodu (0,6 g NaOH w 2 cm³ wody) i 2,5 g węglanu sodu - mieszaninę ogrzewano przez ok. godzinę do momentu zupełnego rozpuszczenia się 2-naftolu

• Do pozostającej w łaźni lodowej zlewki wrzucono odrobinę lodu i dodawano małymi porcjami 0,7 g azotanu(III) sodu przy ciągłym mieszaniu i pilnowaniu, by temperatura roztworu nie przekroczyła 5 °C (koniec reakcji stwierdzono za pomocą papierka jodoskrobiowego, który po włożeniu do mieszaniny przybrał ciemną barwę), następnie gotowy roztwór przesączono przez lejek Büchnera w celu uzyskania klarownego, jasnopomarańczowego roztworu, który po przelaniu do czystej zlewki ponownie schłodzono

• Kolbę z gotowym roztworem naftolanu sodu włożono do łaźni lodowej i ochładzano do temperatury ok. 3 °C

• Do odpowiednio schłodzonego roztworu naftolanu sodu wlano roztwór zawierający chlorek 4-nitrobenzenodiazoniowy i delikatnie zamieszano

• Gotowy produkt odsączono i pozostawiono do wyschnięcia

• Suchy produkt zważono, obliczono wydajność reakcji, zbadano temperaturę topnienia
  i skontrolowano jego czystość za pomocą chromatografii cienkowarstwowej - próbkę związku rozpuszczono na szkiełku zegarkowym w małej ilości toluenu, naniesiono na płytkę z SiO₂ i wstawiono do komory chromatograficznej (eluent: toluen-aceton w proporcji 3:1)

4. Porównanie temperatur topnienia, wynik kontroli czystości.

Literaturowa wartość: 238-240 °C

Wartość dla uzyskanego produktu: 226-237,4 °C

Do dokładniejszego zbadania czystości otrzymanej podczas ćwiczenia czerwieni
p-nitroanilinowej zastosowano technikę TLC.

Tu płytka TLC

Wynik kontroli czystości barwnika

Współczynniki R_f:

Odległość między linią „startu” a „mety”: 6,8 cm

Wykryto zanieczyszczenie otrzymanego barwnika produktem ubocznym reakcji (plamka nr 2).

R_f1 (czerwień p-nitroanilinowa): 4 cm/6,8 cm=0,588

R_f2 (zanieczyszczenie): 2,2 cm/6,8 cm=0,324

5. Obliczenie wydajności reakcji.

Wydajność reakcji obliczono wobec 4-nitroaniliny (0,01014 mola), będącej w niedomiarze wobec 2-naftolu (0,0104 mola).

M_{4-nitroaniliny}=138,12 g/mol

m_{4-nitroaniliny}=1,4 g

n_{4-nitroaniliny}=0,01014 mol

M_{czerwieni p-nitroanilinowej}=293,28 g/mol

masa czerwieni p-nitroanilinowej (dla reakcji o wydajności 100%): 0,01014 mol*
293,28 g/mol=2,973 g

masa czerwieni p-nitroanilinowej uzyskanej podczas ćwiczenia: 5,07 g

%=170,53% (uzyskana wartość nie jest rzeczywista - patrz: Komentarz)

6. Komentarz.

Podczas wykonanego ćwiczenia uzyskano czerwień p-nitroanilinową z pozorną wydajnością równą 170,53%. Temperatura topnienia związku zawarła się w szerokim przedziale 226,0-237,4 °C - jest to wartość o 0,6-12,0 °C niższa od literaturowej wartości temperatury początku topnienia substancji. Nierealna wartość wydajności reakcji, znacznie zaniżona temperatura topnienia oraz jej zakres są spowodowane zanieczyszczeniami otrzymanego związku m.in. chlorkiem sodu, który się wytworzył jako jeden z produktów ubocznych reakcji sprzęgania chlorku
4-nitrobenzenodiazoniowego z naftolanem sodu (nie było wymagane oczyszczenie barwnika którąkolwiek poznaną podczas wcześniejszych ćwiczeń metodą, np. rekrystalizacją) oraz niedostatecznym wysuszeniem substancji. Analiza czystości otrzymanej substancji metodą TLC wskazała na zawartość niewielkiej ilości drugiego barwnika o kolorze różowo-czerwonym jako innego z produktów ubocznych przeprowadzonych reakcji.

---