Mariola Kaźmierczak Imię i nazwisko osoby wykonującej doświadczenie
8 i 11.12.2014
Data wykonania ćwiczenia

1. Numer i tytuł ćwiczenia

II.25. Synteza 4-nitroaniliny

1. Schemat reakcji

1. Mechanizm reakcji

Reakcja przedstawia hydrolizę kwasową amidu (p-nitroacetanilidu). W pierwszym etapie następuje protonowanie karbonylowego atomu tlenu, co wiąże się z wytworzeniem cząstkowego ładunku dodatniego na karbonylowym atomie węgla, do którego przyłącza się cząsteczka wody. Elektrony wolnej pary azotu odrywają proton od tlenu, co powoduje, że cząsteczka p-nitroaniliny staje się dobrą grupą odchodzącą. Produktami reakcji są kwas karboksylowy (octowy) i sól pochodnej amoniaku. Zalkalizowanie środowiska poprzez dodanie roztworu NaOH powoduje przekształcenie soli w p-nitroanilinę.

1. Opis w punktach kolejnych etapów syntezy

1. W kolbie okrągłodennej na 50 ml umieszczono 2,7 g nitroacetanilidu i dodano 3 ml kwasu siarkowego(VI) w 12 ml wody.

2. Ogrzewano pod chłodnicą zwrotną aż do całkowitego rozpuszczenia osadu.

3. Otrzymano klarowny żółty roztwór, zatem nie było konieczne sączenie przez sączek fałdowany.

4. Roztwór przeniesiono do zlewki, a kolbę przepłukano niewielką ilością wody destylowanej i dołączono reszty mieszaniny; zalkalizowano przez dodanie roztworu NaOH (dodano kilka ml roztworu więcej, niż zalecał przepis, w celu uzyskania odczynu silnie zasadowego).

5. Powstały osad odsączono na lejku Buchnera, przemywając niewielkimi ilościami zimnej wody destylowanej.

6. Osad pozostawiono w szafce do następnej pracowni, w celu zrekrystalizowania.

7. Do krystalizacji zastosowano mieszaninę rozpuszczalników: etanol i wodę; w kolbie okrągłodennej na 100 ml umieszczono osad i niewielką ilość wody (taką, by związek był zanurzony); ogrzewano do wrzenia pod chłodnicą zwrotną; następnie dodawano małymi porcjami (by nie przerwać procesu wrzenia) etanol, aż do całkowitego rozpuszczenia związku. Ponieważ roztwór był krystaliczny, nie sączono go, tylko od razu przeniesiono do zlewki, w celu wykrystalizowania (po ostudzeniu zlewkę umieszczono jeszcze na kilkanaście minut w łaźni lodowej).

8. Osad odsączono na lejku Buchnera, przeniesiono na uprzednio zważoną szalkę Petriego i wysuszono pod lampą.

9. Zwarzono suchy osad i zmierzono jego temperaturę topnienia. Wykonano też chromatografię TLC, używając jako eluenta chloroformu, a fazę stacjonarną stanowiła płytka z naniesionym SiO₂.

1. Porównanie zmierzonej temperatury topnienia z wartością podaną w przepisie

Literaturowa: T_top = 147 °C

Zmierzona: T_top = 150 °C

Wartość temperatury topnienia otrzymanego związku jest zawyżona w stosunku do literaturowej o 3°C. Przyczyną tego zjawiska są najprawdopodobniej zanieczyszczenia, które skumulowały się w wyniku braku sączenia roztworu przez sączek fałdowany, zarówno w poprzednim etapie jak i w obecnym.

1. Obliczenie wydajności reakcji

Wydajność teoretyczna:

m = 2,7 g m = x g

M = 180,16 g/mol M = 138,12 g/mol

2,7 g ---------------------- x g

180,16 g/mol ----------------- 138,12 g/mol

$$x = \ \frac{2,7 \times 138,12}{180,16} = 2,07\ g$$

Wydajność rzeczywista:

Masa otrzymanych kryształów: 1,78 g

2,07 g -------------------- 100 %

1,78 g -------------------- W %

$$W = \ \frac{1,78 \times 100}{2,07} = 85,99\ \%\ $$

1. Komentarz

Wydajność reakcji syntezy 4-nitroaniliny jest wysoka.

W celu ograniczenia strat związku, zdecydowano się go nie sączyć przez sączek fałdowany po krystalizacji, co mogło być przyczyną niewielkiego zanieczyszczenia, widocznego na płytce chromatograficznej w świetle UV.

1. Wydajności syntezy wieloetapowej

65,73 % ∙