Politechnika Śląska

Wydział Chemiczny

KATEDRA CHEMII ORGANICZNEJ, BIOORGANICZNEJ I BIOTECHNOLOGII

LABORATORIUM Z CHEMII ORGANICZNEJ

PREPARAT

Prowadzący:

Mgr inż. Radosław Motyka

Mgr inż. Dominika Osyda

Laboratorium z chemii organicznej dla Biotechnologii semestr III

1. Warunki zaliczenia ćwiczenia:

Przed zajęciami student powinien:

1. Zapoznać się z instrukcją do zajęć oraz literaturą z nią związaną (m.in. karty charakterystyk substratów i produktów),

2. Przygotować notatkę w Dzienniku Laboratoryjnym (przepis wykonania, właściwości fizyczne substratów i produktów, aparatura, zagrożenia i postępowanie z odpadami w przypadku osób, które wykonują preparat lub definicję ekstrakcji, rodzaje ekstrakcji, aparatura jaką się stosuje, zasady BHP w przypadku osób wykonujących ekstrakcję),

3. Wykonać odpowiednie obliczenia do preparatu, który został mu przydzielony.

Organizacja zajęć:

4. Kartkówka obejmująca zagadnienia do danego preparatu (reakcja główna, przepis wykonania, stosowana aparatura, środki ostrożność i zagrożenia, przepisy BHP, zarządzanie odpadami oraz podstawowe obliczenia chemiczne),

5. Sprawdzenie przez prowadzącego wykonanych obliczeń,

6. Złożenie wymaganej aparatury i sprawdzenie jej przez prowadzącego,

7. Wykonanie preparatu i sporządzanie (na bieżąco w trakcie prowadzenia syntezy) notatki laboratoryjnej w zeszycie,

8. Sprawdzenie notatki przez prowadzącego.

UWAGA!!! Student nie zostanie wpuszczony na zajęcia w przypadku braku fartucha i okularów ochronnych oraz gdy nie będzie przygotowany do zajęć (patrz pkt. 1-3).

2. Preparaty:

BENZAMID

(Amid kwasu benzoesowego)

Krzysztof Walczak

Odczynniki: 25% roztwór amoniaku, chlorek benzoilu.

Skala: makro.

Techniki: mieszanie, sączenie pod zmniejszonym ciśnieniem, krystalizacja.

Zagrożenia: amoniak - gaz o właściwościach drażniących górne drogi oddechowe, stężony roztwór wodny - żrący; chlorek benzoilu - żrący, łzawiący.

Środki ostrożności: praca w okularach, w rękawicach, pod wyciągiem. Unikać kontaktu reagentów ze skórą i błonami śluzowymi. Naczynia użyte do odmierzania chlorku benzoilu należy przed umyciem zalać najlepiej ciepłym roztworem wodorowęglanu sodu i pozostawić na okres 1 godz. pod wyciągiem.

Przydatność: półprodukt do syntezy benzonitrylu.

Przepis wykonania: Do oziębionego w łaźni lodowej stężonego wodnego roztworu amoniaku (0,500 mola amoniaku) wkrapla się mieszając chlorek benzoilu (0,100 mola).
Po zakończeniu wkraplania mieszaninę reakcyjną pozostawia się na około 30 minut. Wytrącony produkt odsącza się, przemywa zimną wodą i krystalizuje z wrzącej wody. Produkt suszy się na powietrzu. Otrzymuje się 9,0 g (0,074 mola, 74%) białego osadu
o t.t. 126 - 128ºC.

Odpady: Przesącz, roztwory z mycia naczyń po chlorku benzoilu i pokrystalizacyjne rozcieńcza się wodą i wylewa do kanalizacji.

UWAGA: W obliczeniach uwzględnić, że amoniak jest w postaci 25% roztworu i obliczyć jaką ilość tego roztworu trzeba użyć do reakcji (z gęstości).

BENZOESAN FENYLU

Krzysztof Świerczek

wg C. Schotten i H. Baumann, Ber., 1884, 17, 2545

Odczynniki: fenol, wodorotlenek sodu, chlorek benzoilu, etanol.

Skala: makro.

Techniki: mieszanie, sączenie pod zmniejszonym ciśnieniem, krystalizacja.

Zagrożenia: fenol - żrący; wodorotlenek sodu - ciało stałe i roztwory silnie żrące; chlorek benzoilu - silnie łzawiący; etanol - łatwo palny.

Środki ostrożności: praca w okularach, w rękawicach, pod wyciągiem. Unikać kontaktu reagentów ze skórą i błonami śluzowymi. Naczynia użyte do odmierzania chlorku benzoilu należy przed umyciem zalać najlepiej ciepłym roztworem wodorowęglany sodu i pozostawić na okres 1 godz. pod wyciągiem.

Przydatność: środek zapachowy.

Przepis wykonania: W kolbie stożkowej rozpuszcza się wodorotlenek sodu (0,250 mola)
w wodzie (90 cm­³). W tak otrzymanym 10% roztworze rozpuszcza się fenol (0,074 mola). Następnie dodaje się chlorek benzoilu (0,103 mola), kolbę zamyka się szczelnie korkiem
i energicznie wstrząsa, aż do zaniku zapachu chlorku benzoilu (przez około 10 minut). Benzoesan fenylu rozpuszcza się początkowo w ciekłej organicznej fazie chlorku benzoilu, później, zwykle jeszcze w czasie reakcji, krzepnie na białe zbite gródki. Jeżeli są duże, rozdrabnia się je w roztworze przez rozcieranie pałeczką szklaną i po ochłodzeniu mieszaniny odsącza na lejku, przemywając niewielką objętością wody (3 x 5 cm³) i odciskając korkiem szklanym. Surowy ester krystalizuje się z etanolu, używając go dwukrotnie więcej
niż minimalnej objętości potrzebnej do całkowitego rozpuszczenia (w sumie ok. 30 cm³). Otrzymuje się 11,0 g (0,055 mola, 75%) białego krystalicznego produktu o t.t. 68-70ºC.

Odpady: Wodny przesącz rozcieńcza się wodą, zobojętnia 10% kwasem solnym i wylewa
do kanalizacji. Etanolowy przesącz po krystalizacji umieszcza się w pojemniku na odpady organiczne bez fluorowców.

4(3H)-CHINAZOLON

Wojciech Szczepankiewicz

wg S. Niementowski, J. Prakt. Chem., 1895, 51, 566

Odczynniki: kwas o-aminobenzoesowy (kwas antranilowy), formamid.

Skala: makro.

Techniki: ogrzewanie, sączenie pod zmniejszonym ciśnieniem, krystalizacja.

Zagrożenia: kwas antranilowy - szkodliwy po spożyciu; formamid - ciekły reagent mogący wywołać egzemy.

Środki ostrożności: praca w okularach, w rękawicach gumowych.

Przydatność: do syntezy 4-podstawionych chinazolin.

Przepis wykonania: Do kolby wprowadza się kwas antranilowy (0,010 mola) oraz formamid (1,5 cm³). Zawartość kolby miesza się, a następnie ogrzewa w temperaturze
125-130ºC w ciągu trzech godzin. Następnie mieszaninę reakcyjną chłodzi się nieco, dodaje
4 cm³ wody, ochładza do temperatury otoczenia. Odsącza się powstały osad i krystalizuje
z wody z dodatkiem węgla aktywnego. Otrzymuje się bezbarwne kryształy chinazolonu 1,17g (0,008 mola, 80,1%) o t.t. 214-216ºC.

Odpady: Alkaliczny przesącz poreakcyjny, a także przesącz pokrystalizacyjny wprowadza się do kanalizacji i spłukuje dużą ilością bieżącej wody.

N-FENYLOETANOAMID

(ACETANILID)

Jacek Majewski

wg P. Manicke i P. Grigel, Arch. Pharm., 1926, 264, 322

Odczynniki: anilina, bezwodnik octowy, kwas octowy.

Skala: makro.

Techniki: sączenie pod zmniejszonym ciśnieniem, krystalizacja.

Zagrożenia: anilina - toksyczna, bezwodnik octowy - palny, toksyczny, żrący, kwas octowy - palny, toksyczny, żrący.

Środki ostrożności: praca w okularach, w rękawicach gumowych, pod wyciągiem.
Przydatność: półprodukt w syntezie organicznej.

Przepis wykonania: W kolbie kulistej o pojemności 100 cm³ umieszcza się anilinę
(0,100 mola), kwas octowy (10 cm³). Zakłada się chłodnicę zwrotną i przez wylot chłodnicy dodaje się w trzech porcjach bezwodnik octowy (0,100 mola). Zawartość kolby ogrzewa się
w ciągu pół godziny do łagodnego wrzenia, lekko chłodzi i ciepłą mieszaninę reakcyjną wylewa cienkim strumieniem do zlewki zawierającej 200 cm³ wody z lodem. Otrzymany osad odsącza się, przemywa zimną wodą (z kilkoma kostkami lodu), suszy na powietrzu, otrzymując 9,33 g (0,069 mola, 69%) bezbarwnego produktu o t.t. 113-114ºC. W przypadku otrzymania zabarwionego produktu można przeprowadzić ponowna krystalizację z wody, dodając około 0,5 g węgla aktywnego, unikając jednakże dłuższego ogrzewania produktu
w gorącej wodzie.

Odpady: Pozostałość kwasu octowego w szkle laboratoryjnym rozcieńczyć zimna wodą,
a następnie tym roztworem przemyć szkło po bezwodniku octowym, zwracając uwagę by całość nie uległa ogrzaniu. Powstały roztwór zneutralizować 10% wodnym roztworem wodorotlenku sodu, rozcieńcza się wodą i wylewa do kanalizacji.

1-HYDROKSYMETYLOBENZITRIAZOL

Stanisław Krompiec

wg J. H. Burckhalter, V. C. Stephens i L. A. P. Hall, J. Am. Chem. Soc., 1952, 74, 3868

Odczynniki: benzotriazol, 40% wodny roztwór metanalu (formaldehydu), kwas octowy.

Skala: makro.

Techniki: mieszanie, sączenie pod zmniejszonym ciśnieniem, krystalizacja.

Zagrożenia: 40% wodny roztwór metanalu (formaldehydu) - silnie drażni oczy, drogi oddechowe i skórę; kwas octowy - drażni drogi oddechowe, oczy i skórę.

Środki ostrożności: praca w okularach, w rękawicach gumowych pod wyciągiem.
Przydatność: pół produkt w syntezie organicznej, do syntezy innych pochodnych benzotrazolu.

Przepis wykonania: Do zlewki wprowadza się benzotriazol (0,100 mola), wodę destylowaną (20 cm³), 40% wodny roztwór metanalu (formaldehydu) (40 cm³) i kwas octowy (10 cm³).
Po wymieszaniu bagietką mieszaninę reakcyjną pozostawia się na 3-4 godziny
w temperaturze pokojowej. Wydzielony biały osad produktu odsącza się na lejku ze spiekiem pod zmniejszonym ciśnieniem i przemywa zimną wodą (10 cm³). Surowy produkt krystalizuje się z gorącej (nie wrzącej) wody, otrzymując 8,5 g (0,057 mola, 57%) białego krystalicznego 1-hydroksymetylobenzotriazolu o t.t. 149-151ºC.

Odpady: Łączy się wszystkie odpady z reakcji i krystalizacji (zawierają formaldehyd, kwas octowy, nieco benzotriazolu i 1-hydroksymetylobenzotriazolu), zobojętnia je rozcieńczonym roztworem wodorotlenku sodu, rozcieńcza wodą do objętości około 3 dm³ i wylewa do kanalizacji, przepłukując ją następnie dużą ilością wody.

UWAGA: W obliczeniach uwzględnić, że matanal jest w postaci 40% roztworu i obliczyć jaką ilość tego roztworu trzeba użyć do reakcji (z gęstości).

BEZWODNIK KWASU 9,10-ETYLENO-9,10-DIHYDROANTRACENO-11,12-DIKARBOKSYLOWEGO

(BEZWODNIK ANTRACENOBURSZTYNOWY)

Andrzej Rajca

wg K. Alder, O. Diels, Ann. Chem. 1931, 486, 191

Odczynniki: antracen, bezwodnik kwasu maleinowego, ksylen (mieszanina izomerów)

Skala: makro.

Techniki: ogrzewanie, sączenie pod zmniejszonym ciśnieniem, krystalizacja.

Zagrożenia: ksylen - pary szkodliwe dla zdrowia.

Środki ostrożności: praca w okularach, w rękawicach gumowych pod wyciągiem, unikać wdychania par ksylenu.

Przydatność: pół produkt w syntezie organicznej.

Przepis wykonania: W kolbie kulistej o pojemności 250 cm 3 zaopatrzonej w chłodnice zwrotną umieszcza się 0,028 mola antracenu, 0,028 mola bezwodnika maleinowego w 60 cm­³ ksylenu. Mieszaninę ogrzewa się do wrzenia przez 30 minut i pozostawia do ochłodzenia. Wytrącony osad odsącza się pod zmniejszonym ciśnieniem (sączyć należy pod wyciągiem)
i suszy na powietrzu lub w eksykatorze próżniowym nad wiórkami parafinowymi. Otrzymuje się 5,4 g (0,019 mola, 70%) produktu o t.t. 260-262ºC z rozkładem. (W razie potrzeby produkt można przekrystalizować z ksylenu).

Odpady: Przesącz umieścić w pojemniku na ciekłe odpady organiczne bez fluorowców.

N-(4-METYLOFENYLO)-ETANOAMID

(N-ACETYLO-p-TOLUIDYNA)

Andrzej Rajca

wg H. Kaufmann, Ber., 1910, 42, 3481

Odczynniki: Bezwodnik kwasu etanowego (octowego), 4-metylofenyloamina (p-toluidyna)

Skala: makro.

Techniki: ogrzewanie, sączenie pod zmniejszonym ciśnieniem, krystalizacja.

Zagrożenia: benzen - odczynnik rakotwórczy, podejrzewany o powodowanie białaczek
u ludzi; bezwodnik octowy - żrący, palny.

Środki ostrożności: praca w okularach, w rękawicach gumowych pod wyciągiem, unikać wdychania par oraz kontaktu ze skórą benzenu i bezwodnika octowego.
Przydatność: pół produkt w syntezie tiamin, nitroamin i kwasów aminosulfonowych.

Przepis wykonania: W kolbie kulistej o pojemności 100 cm 3 zaopatrzonej w chłodnice zwrotną umieszcza się 0,080 mola p-toluidyny w 20 cm³ bezwodnego benzenu. Do roztworu wkrapla się poprzez chłodnicę 0,088 mola bezwodnika octowego. W czasie wkraplania obserwuje się efekt egzotermiczny reakcji. Mieszaninę reakcyjną doprowadza się do wrzenia na okres 5 minut i pozostawia do krystalizacji. Po ochłodzeniu na lejku sitowym przemywa się trzykrotnie kilkoma cm³ benzenu i suszy na powietrzu (pod wyciągiem!) lub
w eksykatorze próżniowym. Otrzymuje się 11,4 g produktu (0,077 mola, 95%)
o t.t. 149-151ºC.

Odpady: Przesącz po krystalizacji zawierający benzen, niewielkie ilości kwasu octowego
i nadmiar bezwodnika octowego umieścić w pojemniku na ciekłe odpady organiczne bez fluorowców.

BENZIMIDAZOL

Paweł Wagner

wg H. Wundt, Ber., 1878, 11, 826

Odczynniki: 1,2-diaminobenzen, kwas mrówkowy, wodorotlenek sodu.

Skala: makro.

Techniki: ogrzewanie, sączenie pod zmniejszonym ciśnieniem, krystalizacja.

Zagrożenia: kwas mrówkowy - żrący, wodorotlenek sodu - silnie żrący, 1,2-diaminobenzen - toksyczny.

Środki ostrożności: praca w okularach, w rękawicach gumowych pod wyciągiem, unikać wdychania par oraz kontaktu ze skórą.

Przydatność: pół produkt w syntezie organicznej.

Przepis wykonania: W kolbie kulistej umieszcza się 1,2-diaminobenzen (o-fenylenodiaminę) (0,125 mola) i 85% kwas mrówkowy (0,180 mola), Kolbę zaopatruje się w chłodnice zwrotną i mieszaninę ogrzewa się przez 2 h na wrzącej łaźni wodnej. Następnie mieszaninę ochładza się do temperatury pokojowej i zobojętnia stopniowo przy ciągłym mieszaniu 10% wodnym roztworem wodorotlenku sodu. Zobojętniona mieszaninę odsącza się i przemywa dwukrotnie 50 cm³ lodowato zimnej wody (z kostkami lodu). Surowy produkt krystalizuje się z wody. Otrzymuje się 8,0 g (0,070 mola, 56%) benzimidazolu o t.t. 171-172ºC

Odpady: Przesącz i ług pokrystalizacyjny można wylać do kanalizacji.

UWAGA: W obliczeniach uwzględnić, że kwas mrówkowy jest w postaci 85% roztworu
i obliczyć jaką ilość tego roztworu trzeba użyć do reakcji (z gęstości).

KWAS 2-ACETOKSYBENZENOKARBOKSYLOWY

(ASPIRYNA)

Andrzej Rajca

wg H. Kaufmann, Ber., 1910, 42, 3481

Odczynniki: bezwodnik kwasu etanowego (octowego), kwas
2-hydroksybenzenokarboksylowy (salicylowy), kwas siarkowy (VI) stężony, etanol.

Skala: makro.

Techniki: ogrzewanie, sączenie pod zmniejszonym ciśnieniem, krystalizacja.

Zagrożenia: kwas siarkowy(VI), bezwodnik octowy - odczynniki żrące.

Środki ostrożności: praca w okularach, w rękawicach gumowych pod wyciągiem, unikać wdychania par bezwodnika octowego.

Przydatność: lek przeciwgorączkowy, przeciwbólowy, przeciwzapalny
i przeciwreumatyczny.

Przepis wykonania: W kolbie stożkowej umieszcza się 72,4 mmola kwasu salicylowego,
147 mmoli bezwodnika octowego i 0,3 cm³ kwasu siarkowego(VI). Mieszaninę reakcyjną ogrzewa się w łaźni wodnej do temperatury 60 ºC i utrzymuje tę temperaturę przez 20 minut, kontrolując ją termometrem umieszczonym w mieszaninie reakcyjnej równocześnie ostrożnie mieszając zawartość kolby. Następnie mieszaninę reakcyjna pozostawia się do ochłodzenia. Gdy temperatura mieszaniny osiągnie temperaturę otoczenia, do mieszaniny reakcyjnej dodaje się 200 cm³ wody, równocześnie mieszając. Wytracony surowy osad odsącza się pod zmniejszonym ciśnieniem i krystalizuje z wodnego roztworu alkoholu etylowego (jedna objętość alkoholu na 4 objętości wody). Otrzymano 12 g (67 mmoli, 92%) białych kryształów o t.t. 128-135ºC.

Odpady: Przesącz po reakcji oraz krystalizacji po doprowadzeniu pH do zakresu 6-8 można wylać do kanalizacji.

2-CHLORO-2-METYLOPROPAN

(CHLOREK tert-BUTYLU)

Krzysztof Walczak

wg J. F. Norrtis i A. W. Olmsted, Org. Synth., 1961, Coll. Vol.. 1, 144

Odczynniki: 2-metylo-2-propanol, stężony kwas solny, MgSO₄ bezw.

Skala: makro.

Techniki: mieszanie, destylacja.

Zagrożenia: 2-metylo-2-propanol - palny, szkodliwy; stężony kwas solny - żrący;
2-chloro-2-metylopropan - palny.

Środki ostrożności: praca w okularach, w rękawicach gumowych pod wyciągiem, Należy pamiętać o odpowietrzaniu rozdzielacza. Powstające w czasie wytrząsania mieszaniny reakcyjnej nadciśnienie może spowodować wyrzucenie cieczy na zewnątrz.

Przydatność: Czynnik alkilujący w reakcjach aromatycznego podstawienia elektrofilowego.

Przepis wykonania: W kolbie okrągłodennej umieszcza się 2-metylo-2-propanol 0,20 mola, dodaje stężonego kwasu solnego 0,60 mola i miesza bagietką. Mieszaninę reakcyjną umieszcza się na mieszadle magnetycznym i miesza się przez 30 minut, a następnie wprowadza się do rozdzielacza i rozdziela warstwy. Warstwę organiczną przemywa się wodą (10 cm³), dwoma porcjami 5% roztworu NaHCO₃ (po 15 cm³) (UWAGA na wydzielający się CO₂) i ponownie wodą (10 cm³), a następnie suszy się nad bezwodnym MgSO₄ (lub CaCl₂)
i oddziela środek suszący. Surowy produkt destyluje się pod ciśnieniem atmosferycznym przy użyciu krótkiego deflegmatora zbierając frakcje o t.w. 49-51ºC. Otrzymano 16,48 g (0,178 mola, 89%) produktu w postaci bezbarwnej cieczy.

Odpady: Kwaśny roztwór wodny neutralizuje się ostrożnie stałym węglanem sodu
i po rozcieńczeniu wodą wylewa do kanalizacji. Przedgon i pogon wylewa się do pojemnika na odpady organiczne zawierające fluorowce.

UWAGA: W obliczeniach uwzględnić, że kwas solny jest w postaci 34% roztworu i obliczyć jaką ilość tego roztworu trzeba użyć do reakcji (z gęstości).

---