Ćwiczenie:9

Rozdzial kinetyczny racematów:

- jeżeli mamy reakcje chem - związek A reaguje szybciej nadklasami jednym enancjomerem niż z drugim

A + R ---^Kr------> P

A + S ----^Ks-----> Q

K - stala szybkości

Kr >> Ks

Przykład enzymatyczny:

--------> (L)-RCHCOOH + (D)-RCHCOOH

| | |

NHAc NH₂ NHAc

L- amylaza zdejmuje grupe ochronna przy asymetrycznym at. C nadklasami konfiguracji L, nie zdejmuje grupy ochronnej ze zw. Nadklasami konfiguracji D. Enzym rozroznia konfiguracje i substraty.

Przykład chemiczny:

(R) w=27%

cz=91%

Gr OH może być na gorze lub na dole, jest to mieszanina racemiczna. Enzymy są bardzo wrażliwe na warunki (pH, temp)

(R)-(+)-Binap - ma czynność optyczna (związana nadklasami tym, ze wiazanie nie umozliwia obrotu; ma nieslasciwa os symetrii); dodajemy go do jakiegos związku - rozroznia on enancjomery jeden od drugiego (9%-produkt redukcji; 91% - I wszy enancjomer OH)

Asymetryczne epoksydowanie alkoholi alkilowych:

t-BuOOH - wodoronadtlenek ter-butylowy; jest donorem O₂ - umozliwia tworzenie zw. epoksydowego.

L-(+)-winian dietylu - decyduje o asymetrycznym epoksydowaniu; jest związkiem optycznie czynnym (roznicuje on przestrzen)

Ti - metal przejściowy; zbiera wszystkie substraty i rozmieszcza je w scisle geometryczny sposób

Związki epoksydowe sluza do otrzymywania związków aktywnych biologicznie. W ten sposób otrzymujemy: bromycyne, rifamycyne S, jonomycyne, werrukaryne A itd.

Kinetyczne rozszczepienie racemicznych alkoholi allilowych:

Związki stosowane do przeprowadzania procesów chemicznych:

1. Utlenianie związkami chromu i manganu:

Cr⁺⁶ (K₂Cr₂O₇, Na₂CrO₄, CrO₃)

Mn⁺⁷ (KMnO₄)

Mn⁺⁴ (MnO₂)

2CrO₃ + R₂CHOH + 6H⁺ 3R₂C=O + 2Cr⁺³ + 6H₂O

2MnO₄^- + 5R₂CHOH + 6H⁺ 5R₂C=O + Mn⁺² + 8H₂0

2MnO₄^- + 3R₂CHOH 3R₂C=O + 2MnO₂ + 2H₂O + 2OH^-

Rozpuszczalniki: wodne, t-butanol, kwas octowy, rzadziej aceton, pirydyna, CrO₃/pirydyna(rop nadklasami pirydynie), CH₂Cl₂

Zastosowanie:

- utlenianie alkoholi (utlenianie alkoholi allilowych nadklasami benzylowych - MnO₂)

- utlenianie aldehydów

- utlenianie wiązań podwójnych

- utlenianie łańcucha bocznego pochodnych benzenu

2. Utlenianie przy udziale HNO₃

- rozrywanie wiązań węgiel - węgiel

- utlenianie alkoholi i aldehydów

65%

- utlenianie łańcucha bocznego pochodnych benzenu

3. Utlenianie O₂

- katalizatory (metale szlachetne) - Pt, Pd, Ag - duża selektywność, drogie, wrażliwe na temp. i trucizny; tlenki wanadu, żelaza, miedzi, kobaltu, molibdenu.

Zastosowanie:

- utlenianie węglowodorów

4. Utlenianie nadkwasami i nadtlenkami - nadkwasy są słabsze od kwasów zwykłych; zw. standardowe: 30% H₂O₂; nadtlenek kw. octowego, trifluorooctowego, benzoesowego,(CH₃)₃COOH, zw. siarki: Na₂S₂O₈, Na₂SO₅

zastos.

a) utlenianie wiąz podw. C=C

C₆H₅CHCH₂ + C₆H₅COOOH C₆H₅CHOCH₂ /0°C CHCl3/ W=75%

CH3CHCH2 +(CH₃)₃COOH CH₃CHOCH₂ +(CH₃)₃COH

kw. benzoesowy - łagodne warunki, niska temp. niedopuszcza do gwałtownego przebiegu r-cji

b) utlenianie zw. karbonylowych

p-NO₂-C₆H₄COC₆H₅ p-NO₂-C₆H₄COOC₆H₅ /CH₃COOOH;CH₃OOH;H₂SO₄;25°C/ W=95%-keton- insercja tlenu w wiąz. C-C, łag. war.katalityczna ilość kwasu

cykloheksanon lakton kw. kapronowego / C₆H₅COOOH,CHCl₃, 25°C/ W=71%

c) utlenianie amin i siarczków

- pirydyna- zablokowanie aktywnego azotu- brak zastosowania; można wprowadzać różne grupy do pierścienia

5. Utlenianie zw. chloru na dodatnim stopniu utlenienia- NaOCl, Ca(OCl)₂, NaClO₃tanie do otrzymywania

chloran sodu- przepuszczanie chloru przez zasadę sodową

CH₃-C₆H₄-NO₂ COOH-C₆H₄-NO₂ /NaOCl/-delokalizacja elektronów, możliwe inne utleniacze; metoda hist.

1. Utlenianie metodą Oppenauera

• dotyczy szczególnie steroidów

• w zależności od temperatury stosujemy jeden z dwóch układów:

aceton/alkohol izopropylowy- w temp. wrzenia jednego z substratów np.: acetonu selektywna

cykloheksanon/cykloheksanol- wzrost temp. wrzenia znacznie wyżej do otrzymywania zmodyfikowanych hormonów

• jako katalizatorów używamy:

*izopropanolan glinu

*t-butolan glinu

R₁R₂CH-OH+ CH₃COCH₃R₁COR₂+ (CH₃)₂CHOH

- katalizator o charakterze kwasu Levisa

- przenoszenie anionu wodorkowego do ketonu ( aceton)

- r-cja obustronna- przebieg kontrolowany przez usuwanie produktu

benzoesan androstendionu benzoesan testosteronu / cykloheksanon,

(t-C₄H₉O)Al., C₆H₅CH₃/ W=85%

- wiązanie podwójne nienaruszone- ulega przesunięciu, stałe grupy CH₃

- r-cja w środowisku obojętnym- toluen

- wada: r-cja czasochłonna, ogrzewanie pod chłodnicą zwrotną.

- następuje wymiana grupy OH na gr. karbonylową

6) Utlenianie kwasem nadjodowym i jego solami (NaJO₄, KJO₄)

rozpuszczalniki: H₂O, MeOH, EtOH, dioksan - rozszczepienie 1-2- dioli α- hydroksykwasów , różnica- aktywność w różnym środowisku

7) Utlenianie tetraoctanem ołowiu ( niepolarny- rozp. w benzenie, toluenie, kw. octowym)

rozpuszczalniki: C₆H_6, C₆H₅CH_3, CH₃COOH- polarne

Zastosowanie:

- rozszczepienie 1,2- dioli i zw. pokrewnych

CH₃(CH₂)₇CHOHCHOH(CH₂)₇COOH CH₃(CH₂)₇CHO+COOH(CH₂)₇CHO

/ KJO₄/ H₂O/ EtOH, H₂SO₄/ 40⁰C

- duża wydajność- 80%

- proces kilkugodzinny

- etanol rozp. substrat, śr. kwaśne- wzrost szybkości

COOCH₃-(CHOH)₂COOCH₃COH-COOCH₃ / Pb(CH₃COO)₄, C₆H₆, 25^oC

- tleny wchodzą w str. katalit. ołowiuaktywność ; W=80%

- niska temp.- niższa od temp. benzenu

- rozcięcie wiązania C-C

CH₂OH-(CHOH)₄CH₂OH(CH₃)₂CO-(CHOH)₄CH₂OC(CH₃)₂CHO-CH₂OH-CH₂OH 1. CH₃COCH₃, H⁺; 2. Pb(OAc)₄

-otrzymano w ten sposób dużo zw. z licznymi centrami asymetrycznymi

-związki o dużej ilości C (cukry)blokada grup OH przez tworzenie wiązania acetalowego;

Redukcja metalami (Fe, Zn, Sn, Na)

1. Fe/H₂O ( aktywator- HCl, FeSO₄)- metoda Beschampa; stara; układ 2- fazowy, konieczność intensywnego mieszania, trudności usunięcia osadu, mało ekologiczna

Fe/CH₃COOH, Fe/HCl

4 ArNO₂+ 9Fe+ 4 H₂O 4 ArNH₂+ 3Fe₃O₄

2. Zn/HCl, Zn/NaOH, Zn/CH₃COOH, Zn-Hg

5 Zn+ 10NaOH+2ArNO₂ArNH-NH-Ar+5Na₂ZnO₂+2H₂O

- najszybciej przebiega w środowisku kwaśnym, wolniej w zasadowym

- pochodne hydrazyny- duża wydajność

Ph-CO-CH₂-COOEt Ph-(CH₂)₂-COOEt W=ok. 100%

3. Sn/HCl, SnCl₂, Sn/CH₃COOH

- ArNO₂+ 2SnCl₂+7HClArNH₃⁺Cl^-+3 SnCl₄+2H₂O

- szybsza, łatwiej oddzielić produkt od substratu

4. Na/C₆H₆ lub C₆H₅CH₃, Na/C₂H₅OH, Na/ciekły NH₃

n-C₁₁H₂₃CO₂C₂H₅n-C₁₁H₂₃CH₂OH /Na, C₂H₅OH, C₆H₅CH₃/ temp

6) Redukcja katalityczna

1. przy pomocy wodoru

2. w postaci czerni palladowej

3. przy udziale Pt, PtO_2, Pd, Rh, Ni, Ru, Co, Ni

4. 
   na nośnikach

C_akt. Al₂O₃ SiO₂ Na₂CO₃ Sr₂CO₃ BaSO₄

Aktywność rośnie

Hamują aktywność katalizatorów

*Otrzymywanie czerni palladowej

a)

PdCl₂ HCl, 40% HCOH Pd (czerń palladowa- przechowywana pod

NaOH warstwą płynu, zapala się w bezpośrednim

kontakcie z powietrzem,

b) PdCl₂ H₂ Pd/C

C

c) H₂PtCl₆ + NaBH₄ + C_pył C₂H₅OH Pt/C

25^oC

*rozpuszczalniki:

woda, etanol, kwas octowy, octan etylu

*trucizny katalityczne: siarczan baru oraz aminy trzecio-rzędowe

7) Redukcja wodorkami metali (ma tu miejsce kataliza heterogenna)

Zastosowanie: selektywna redukcja grup: C=O, C=N, N=O

8) Redukcja hydrazyną i przy pomocy związków siarki

Stosujemy Na₂S, Na₂SO₃, Na₂S₂O₄

Redukcja hydrazyną i jej pochodnymi (r. wolffa-Kiznera)

Kataliza homogenia

Stosujemy rozpuszczalne związki Rh⁺¹

Zastosowanie:

- synteza aminokwasów i peptydów niepochodzących z białek (L-DOPA, aspartam)

Uzyskiwanie hydrochinonu:

Metoda klasyczna > 10 kg soli na kg produktu

Metoda katalityczna < 1 kg soli na kg produktu

9) Otrzymywanie kwasu salicylowego i kwasu acetylosalicylowego.

KWAS SALICYLOWY

Kwas salicylowy otrzymuje się przez karboksylowanie fenolanu sodowego. O wydajności kwasu salicylowego decydują odpowiednio dobrane parametry temperatury, ciśnienia oraz stopień rozwinięcia powierzchni fenolanu sodowego. Autoklawy, w których przeprowadza się karboksylowanie, zaopatrzone są w mieszadła, które przez ucieranie, rozdrabnianie i mieszanie stwarzają odpowiednie warunki reakcji między stałym fenolanem sodowym a gazowym CO₂.

Zwykle stosuje się ciśninie w granicach 2-8 atm, temp. 135^oC, do całkowitego przereagowania fenolanu na fenylowęglan sodowy. Całkowite przereagowanie fenolanu sodowego poznajemy po utrzymywaniu się ciśnienia w autoklawie, mimo wyłączenia dopływu dwutlenku węgla. Następnie temp. procesu zwiększa się stopniowo od 135 do 175^oC w celu przegrupowania powstałego fenylowęglanu sodowego na salicylan sodowy.

Aby otrzymać fenolan sodowy, wprowadza się do reaktora czysty fenol oraz 40% roztwór NaOH w ilościach stechiometrycznych.

Reaktor powinien być zaopatrzony w płaszczowe urządzenie grzejne oraz w wolnoobrotowe mieszadło. Również zbiornik z fenolem zaopatrzony jest w urządzenie grzejne ze względu na konieczność stapiania fenolu przed przetłaczaniem do reaktora. Przepisy produkcyjne uwzględniają jeszcze dodatek siarczynu sodowego, który zabezpiecza fenolan sodowy przed utlenieniem.

Po sprawdzeniu, że żaden z substratów nie jest w nadmiarze, roztwór fenolanu sodowego przetłacza się do autoklawu, który ogrzewa się systemem Frederkinga lub Samka. Wodę odparowuje się początkowo pod zwykłym ciśnieniem, potem pod zmniejszonym w temp. 130^oC, przy końcu w temperaturze160^oC. Wodę skrapla się w chłodnicy, skąd spływa do odbieralnika. W okresie odparowania pod zmniejszonym ciśnieniem załącza się pompę próżniową. Równocześnie, podczas odparowywania i suszenia, wolnoobrotowe mieszadło początkowo miesza, potem uciera i rozdrabnia fenolan sodowy. Po wysuszeniu i rozdrobnieniu fenolanu soduschładza się autoklaw do 90^oC. Karboksylowanie fenolanu sodu wykonuje się początkowo w temp. 100^oC przy ciśnieniu 2 atm., potem w 130^oC-135^oC przy ciśninieniu 4-6 atm. Ukończenie procesu karboksylowania kontroluje się manometrycznie. Gdy mimo zamknięcia przewodów z CO₂ nie następuje spadek ciśnienia w autoklawie; karboksylowanie jest ukończone.

W celu przegrupowania fenylowęglanu sodowego na salicylan sodowy, autoklaw ogrzewa się do temp. 175^oC. Po przegrupowaniu otwiera się zawór łączący autoklaw z chłodnicą i osobnym odbieralnikie i wypuszczaCO₂ wraz z pewną ilością nie przereagowanego fenolu. Następnie techniczny produkt karboksylowania rozpuszcza się w gorącej wodzie i przetłacza do kotła, gdzie salicylan sodowy oczyszcza się za pomocąwęgla odbarwiającego. Do roztworu technicznego salicylanu sodowego dodaje się węgla w ilości 1% w stosunku do salicylanu, gotuje się przez wiele godzin pod chłodnicą zwrotną, filtruje i z oczyszczonego roztworuwytrąca kwas salicylowy za pomocą kwasu solnego. Wytrącony kwas salicylowy po odwirowaniu i wysuszeniu oczyszcza się przez sublimację.

Skrócony schemat otrzymywania kwasu acetylosalicylowego

Kwas salicylowy (CH₃CO)₂O kwas acetylosalicylowy

C₆H_{6 bezw.} 80^oC

80^OC- temp. wrzenia benzenu

krystalizacja 5^OC

odwirowanie

przemycie benzenem,

krystalizacja i odwirowanie 3 lub4 razy

suszenie 40^oC- niska temp. by nie uległ rozpyleniu

10)Otrzymywanie kwasu izonikotynowego (izoniazydu)

B-pikolina (3-metylopirydyna), i gama-pikolina (4-metylopirydyna), obok 2,6-dwumetylopirydyny, występują w tzw. Frakcji zasad pikolinowych w smole węgla kamiennego.

Zasady pikolinowe poddaje się zemulgowaniu i utlenia nadmanganianem potasowym, dzięki czemu otrzymuje się mieszaninę soli potasowych kwasu nikotynowego i izonikotynowego. Następnie wydziela się obydwa kwasy z mieszaniny poreakcyjnej, filtrując je na gorąco (oddzielenie powstałego w reakcji utleniania MnO₂), dokładnie przemywa, potem do filtratu dodaje kwasu solnego (reakcją słabo alkaliczna) i zagęszcza w wyparkach. Po zagęszczeniu roztwór powtórnie zadaje się kwasem solnym i poddaje frakcyjnej krystalizacji. Wykorzystuje się różną rozpuszczalność kwasu nikotynowego i izonikotynowego w wodzie i etanolu.

Hydrazyd kwasu izonikotynowego otrzymuje się przez estryfikacje kwasu izonikotynowego i kolejne hydrazowanie. Wcelu otrzymania estru kwasu izonikotynowego ogrzewa się z chlorkiem tionylu, nadmiar odczynnika oddestylowuje, do pozostałości w reaktorze dodaje alkoholu i ogrzewa w temperaturze wrzenia przez godzinę. Następnie mieszaninę schładza się, zadaje wodą, alkalizuje NaOH i ekstrahuje benzenem. Ester etylowy kwasu izonikotynowego otrzymuje się przez oddestylowanie benzenu pod zwykłym ciśnieniem, a następnie przez destylację przy ciśnieniu15 mm w temp. 105-107^oC.

Otrzymany ester rozpuszcza się w etanolu, dodaje wodzianu hydrazyny(80%) i ogrzewa, mieszając przez godzinę. Przez krystalizację z etanolu otrzymuje się preparat.

---