Mariola Kaźmierczak Imię i nazwisko osoby wykonującej doświadczenie
1 i 8.12.2014
Data wykonania ćwiczenia

1. Numer i tytuł ćwiczenia

IV.4. Synteza 4-jodotoluenu

1. Schemat reakcji

1. Mechanizm reakcji

W pierwszym etapie pod wpływem silnego kwasu tworzy się kation nitrozoniowy. Kation ten przyłącza się do pierwszorzędowej aminy alifatycznej i na skutek licznych przegrupowań rezonansowych oraz tautomerii, od cząsteczki odłącza się woda i tworzy się kation diazoniowy, który wraz z anionem chlorkowym tworzą sól – chlorek toluenodiazoniowy, który może być substratem wielu innych reakcji.

W kolejnym etapie kation diazoniowy ulega reakcji substytucji rodnikowej z jodem i powstaje produkt syntezy – 4-jodotoluen.

1. Opis w punktach kolejnych etapów syntezy

1. W wysokiej zlewce na 250 ml zmieszano 2,2 g p-toluidyny, 5,1 ml HCl i 5 ml wody, i ogrzewano do wrzenia aż do całkowitego rozpuszczenia związku (mimo długiego czasu ogrzewania związek nie rozpuścił się dokładnie – pozostała szara zawiesina).

2. Zawartość zlewki ochłodzono w łaźni lodowej do temperatury 0°C, umieszczono na mieszadle magnetycznym; do zlewki wrzucono kilka kryształów lodu.

3. Ostrożnie wkraplano NaNO₃ za pomocą pipetki Pasteura tak, by temperatura mieszaniny nie przekroczyła 3°C.

4. Dodano roztwór KI w 6 ml wody.

5. Odstawiono łaźnię lodową i pozostawiono na mieszadle na ok 1 godzinę, w celu ocieplenia mieszaniny do temperatury pokojowej.

6. Delikatnie ogrzewano w łaźni wodnej, aż przestał wydzielać się azot.

7. Ostudzono i za pomocą pipetki Pasteura oddzielono warstwę wodną od ciemnego oleju.

8. W celu odbarwienia związku zastosowano dodatek ok. 0,5 g siarczanu(IV) sodu – związek jednak nie odbarwił się i syntezę kontynuowano.

9. Zalkalizowano 10% roztworem NaOH i przeniesiono do kolby okrągłodennej z korkiem na 500 ml, zabezpieczono parafilmem i pozostawiono do następnej pracowni.

10. Po tygodniu przeprowadzono destylację z parą wodną; produkt zbierano do dużej kolby stożkowej do czasu, gdy z chłodnicy zaczęła spływać krystaliczna ciecz (sprawdzono to przez zebranie niewielkiej ilości destylatu do małej fiolki).

11. Osad krótko odsączono na lejku Buchnera, by ograniczyć straty związku.

12. Przeniesiono do kolby okrągłodennej na 50 ml i rekrystalizowano z etanolu rozcieńczonego wodą (kilka ml etanolu + kilka kropel wody).

13. Otrzymaną gęstą mieszaninę, którą po ostudzeniu umieszczono w łaźni lodowej (w szczelnie zamkniętym pojemniku) do wykrystalizowania.

14. Żółty krystaliczny osad przesączono na lejku Hirscha (również krótko, by osad nie przeszedł do przesączu); pozostawiono chwilę na powietrzu, by etanol odparował i przeniesiono do wcześniej zważonej fiolki. Ponieważ osad nadal był wilgotny, mieszano go we fiolce i pozostawiono do odparowania rozpuszczalnika, co jakiś czas kontrolując wagę związku.

L.p.	1	2	3	4	5
Masa osadu [g]	2,55	2,55	2,51	2,50	2,48

1. Na następnych zajęciach okazało się, że w kolbie z przesączami wykrystalizowała jeszcze pewna ilość związku.

1. Obliczenie wydajności reakcji

Wydajność teoretyczna:

m = 2,2 g m = 3,6 g m = 4

M = 107,16 g/mol M = 166 g/mol M = 218,04 g/mol

n = 0,02053 n = 0,02168

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

107,16 g/mol -------------------- 218,04 g/mol

$$x = \ \frac{2,2\ \times 218,04}{107,16} = 4,48\ g$$

Wydajność rzeczywista:

Otrzymano 2,48 g związku

4,48 g ----------------- 100 %

2,48 g ---------------- W %

$$W = \ \frac{2,48 \times 100}{4,48} = 55,36\ \%$$

1. Komentarz

Wydajność związku jest dość duża z racji tego, iż 4-jodotoluen jest substancją łatwo sublimującą; topi się w temperaturze już 34°C.

Mimo iż syntezę przeprowadzano bardzo ostrożnie, w kolbie z przesączem wykrystalizował jeszcze produkt. Na następnej pracowni zostaną podjęte próby odzyskania go.