Mariola Kaźmierczak Imię i nazwisko osoby wykonującej doświadczenie
17 i 24.11.2014
Data wykonania ćwiczenia

1. Numer i tytuł ćwiczenia

I.4. Synteza kwasu 2,3-dibromo-3-fenylopropanowego

1. Schemat reakcji

1. Mechanizm reakcji

Powyższy mechanizm przedstawia addycję elektrofilową bromu do wiązania podwójnego w kwasie cynamonowym. Pierwszym etapem jest generowanie czynnika elektrofilowego – elektrony π z wiązania podwójnego powodują polaryzację cząsteczki bromu; polarne środowisko, jakie zapewnia tu chloroform, skutkuje rozerwaniem wiązania Br-Br i utworzeniem kationu bromoniowego oraz anionu bromkowego.

Kation bromoniowy może się utworzyć „od góry” lub „od dołu” wiązania podwójnego. Cząstkowy ładunek dodatni, wytworzony na atomie bromu, przesuwa się na sąsiednie atomy węgla, co powoduje, że wytworzony w poprzednim etapie anion bromkowy, będzie się przyłączał z drugiej strony kationu (addycja anti) na dwa możliwe sposoby: albo do atomu węgla podstawionego grupą fenylową, albo do atomu węgla, podstawionego grupą karboksylową. Jako że grupa fenylowa oddaje elektrony zarówno indukcyjnie jak i rezonansowo, a grupa karboksylowa wyciąga je – preferowane przyłączenie anionu bromkowego będzie następowało właśnie do atomu węgla podstawionego pierścieniem aromatycznym.

Ponieważ atak nukleofila następuje „z góry” i „z dołu”, w zależności od tego, gdzie wytworzył się kation bromoniowy, po reakcji otrzymujemy mieszaninę mieszaninę racemiczną (1a i 1b), którą stanowią dwie formy erytro.

1. Kolejne etapy syntezy

• w pokoju benzenowym zestawiono aparaturę do przeprowadzenia syntezy: mieszadło magnetyczne z łaźnią wodną, kolba florentynka (25 cm³) połączona spinką z krótką chłodnicą zwrotną oraz zamontowanym wkraplaczem u wylotu chłodnicy.

• W kolbie umieszczono 1,5 g kwasu cynamonowego, dodano 10 cm³ chloroformu i umieszczono na łaźni wodnej o temperaturze 45°C pod chłodnicą zwrotną. Mieszano aż do rozpuszczenia się związku.

• Do klarownego roztworu dodawano w trzech porcjach uprzednio przygotowany roztwór 0,6 cm³ bromu w 3 cm³ chloroformu, który umieszczono we wkraplaczu. W trakcie dodawania bromu, zawartość kolbki była energicznie mieszana.

• Po dodaniu całej zawartości wkraplacza, usunięto łaźnię wodną i mieszano kilkanaście minut w temperaturze pokojowej; po tym czasie na mieszadle umieszczono łaźnię lodową i mieszano jeszcze 30 minut.

• Związek miał barwę pomarańczową. W celu odbarwienia go, dodano ok. 1 cm³ wodorosiarczanu(IV) sodu.

• Lekko kremowy, krystaliczny osad przesączono na małych lejku Hirscha, przemyto 2 cm³ zimnego chloroformu.

• Osad pozostawiono do wysuszenia do następnej pracowni.

• Zwarzono i zmierzono temperaturę topnienia, która wyniosła 203,1°C, co mieści się w zakresie temperatur topnienia dla diastereoizomeru erytro.

• Niewielką ilość próbki oddano do przygotowalni, w celu zarejestrowania widma IR.

1. Porównanie zmierzonej temperatury topnienia z wartością podaną w przepisie

Temperatura topnienia otrzymanego związku wyniosła 203,1°C.

Zakres temperatur, w którym powinien się topić diastereoizomer erytro wynosił: 202-204°C, co pozwala wnioskować, że otrzymano czysty związek.

1. Obliczenie wydajności reakcji

M = 148,17 g/mol M = 159,8 g/mol M = 307,87 g/mol

m = 1,5 g m = 1,76 g m = x g

n = 0,010 mol n = 0,011 mol

Wydajność teoretyczna:

148,17 g/mol --------------- 307,97 g/mol

1,5 g --------------- x g

$$x = \ \frac{1,5\ \times 307,97}{148,17} = 3,12\ g$$

Wydajność rzeczywista:

Otrzymano 3,05 g związku po wysuszeniu.

3,12 g ------------- 100%

3,05 g ------------- W %

$$W = \ \frac{305}{3,12} = 97,76\ \%$$

1. Komentarz

Wydajność przeprowadzonej syntezy jest bardzo wysoka, niemalże stuprocentowa. W trakcie przeprowadzenia eksperymentu raczej nie było sytuacji, w których mogłoby dojść do utraty związku – synteza byłą przeprowadzana pod nadzorem prowadzącego ćwiczenia, ze względu na pracę z toksycznym bromem. Jedyne ubytki w masie mogły nastąpić przy przenoszeniu osadu z lejka Hirscha na szkiełko, jednakże były to tak małe ilości, że można je wykluczyć.