Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen qua các giai đoạn
TỔNG HỢP IODUABENZEN TỪ BENZEN MỤC LỤC Lời Mở Đầu 2 Phần I: Giới thiệu 3 I/ Các hóa chất và sản phẩm 3 II/ Phương pháp và phản ứng tổng hợp 5 Phần II: Nội dung chính 7 I/ Giai đoạn 1 7 II/ Giai đoạn 2 15 III/ Giai đoạn 3 21 Kết Luận 30 Tài liệu tham khảo 31 Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 1 LỜI MỞ ĐẦU Tổng hợp hữu cơ là một ngành khoa học lâu đời đã ra đời cùng với sự ra đời của ngành Hóa học. Phương pháp tổng hợp các hợp chất hữu cơ rất quan trọng với cuộc sống và sự phát triển. Đặc biệt việc điều chế các hợp chất có vòng thơm có nhiều giai đoạn, nhiều bước nối tiếp nhau, điểu kiện tổng hợp phức tạp. Vì thế với đề tài: “Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen qua các giai đoạn” sẽ làm hiểu rõ hơn về tính chất và phương thức tổng hợp của các hợp chất có vòng thơm trong bài. Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 2 PHẦN I: GIỚI THIỆU I/ Các hóa chất tham gia phản ứng và sản phẩm tổng hợp : 1/ Benzen: Công thức cấu tạo: Tính chất vật lý: Là chất lỏng không màu; phân tử gam 78,1121 g/mol; tỷ trọng 0,8786 g/cm 3 . Nhiệt độ nóng chảy 5,5 o C (278,6 K); nhiệt độ sôi 80,1 o C (353,2 K); độ nhớt 0,652cP ở 20 o C; độ hòa tan trong nước 1,79 g/L (25 o C)[6]. Ứng dụng: Sản xuất styren cho tổng hợp polymer. Sản xuất cumen cho việc sản xuất cùng lúc axeton và phenol. Sản xuất cyclohexan tổng hợp tơ nilon. Làm dung môi, sản xuất dược liệu[6]. Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 3 2/ Nitro Benzen: Công thức cấu tạo: C 6 H 5 NO 2 . Hợp chất nitro thơm đơn giản nhất, chứa nhóm nitro ở nguyên tử cacbon của vòng thơm. Điều chế bằng cách nitro hoá benzene[6]. Tính chất vật lý: Là một chất lỏng dạng dầu màu vàng, có mùi hạnh nhân. Không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ. Khối lượng phân tử: 123,06 g/mol; nhiệt độ nóng chảy: 5,7 o C; nhiệt độ sôi: 210,9 o C; khối lượng riêng ở 20 o C: 1,1934 g/cm 3 [6]. Ứng dụng: Dùng để điều chế anilin, benzidin, sản xuất phẩm nhuộm; dùng làm dung môi và chất oxi hóa. Nitro benzen cũng được dùng trong giày dép và chất đánh bong sàn, băng gạc, sơn và các vật liệu để che dấu mùi hôi. Còn được sử dụng trong sản xuất các thuốc giảm đau paracetamol (còn gọi là acetaminophen)[6]. 3/ Anilin: Công thức cấu tạo: Anilin, phenyl amin hay amino benzen là hợp chất hữu cơ với công thức phân tử C 6 H 7 N. Là một trong những amin thơm đơn giản nhất và quan trọng nhất[6]. Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 4 Tính chất vật lý: Anilin là chất lỏng có mùi khó chịu của cá ươn, dễ dàng cháy tạo ra khói. Anilin cũng là một chất độc có mùi sốc. Có thể tan trong ethanol, aceton. Nhiệt độ nóng chảy: -6,3 o C; nhiệt độ sôi: 184,13 o C; độ nhớt: 3,71 cP ở 25 o C[6]. Ứng dụng: ứng dụng chủ yếu của anilin là để sản xuất PU (poly ure)[6]. 4/ Iodua benzene: Công thức cấu tạo: Ioduabenzen là một hợp chất hữu cơ bao gồm một vòng benzene và một nguyên tử i-ốt có công thức C 6 H 5 I[6]. Tính chất vật lý: Ioduabenzen là một chất lỏng không tan trong nước. Khối lượng phân tử: 204,01 g/mol; nhiệt độ nóng chảy: -29 o C; nhiệt độ sôi: 188 o C[6]. Ứng dụng: Ioduabenzen rất hữu ích như một chất trung gian tổng hợp trong hóa hữu cơ. Nó cũng có thể đóng vai trò là một cơ chất đối với các khớp nối Sonogashira, phản ứng Heck, và là khớp nối với các kim loại xúc tác khác[6]. II/ Phương pháp tổng hợp và phản ứng tổng hợp từng gian đoạn: 1/ Giai đoạn 1: Benzen -> Nitro benzen Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 5 Phương pháp tổng hợp: Nitro hóa: là quá trình đưa một hoặc nhiều nhóm –NO 2 vào trong các hợp chất trung gian[1]. Phản ứng tổng hợp: 2/ Giai đoạn 2: Nitro benzen -> Anilin Phương pháp tổng hợp: Khử hóa: là phản ứng khử giữa các chất hữu cơ với hydro[2]. Phản ứng tổng hợp: 3/ Giai đoạn 3: Anilin -> Iodua benzen Phương pháp tổng hợp: Diazo hóa: là phản ứng tạo thành muối diazoni khi tác dụng axit nitro với amin thơm bậc một trong môi trường axit[2]. Phản ứng tổng hợp: Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 6 Phần II: Nội dung chính I/ Giai đoạn 1: Benzen Nitrobenzen 1/ Lý thuyết chung và cơ chế phản ửng: Phản ứng nitro hóa là quá trình gắn nhóm nitro vào phân tử hữu cơ tạo thành liên kết C-N. Thường được thực hiện bằng phản ứng thế hydro bằng nhóm nitro, phản ứng cộng nhóm nitro vào liên kết bội hoặc bằng phản ứng thế các nhóm chức khác (halogen, sunfo,…)[1]. Phân loại: tùy thuộc vào việc gắn nhóm -NO 2 ở nguyên tử C, N, O phân thành các quá trình: +) C nitro hóa +) O nitro hóa +) N nitro hóa Trong 3 dạng này thì C nitro hóa được quan tâm nhiều nhất và được chia thành: +) Nitro hóa các hydrocacbon thơm +) Nitro hóa các hydrocacbon mạch thẳng Quá trình này có thể tiến hành trong pha lỏng hoặc pha khí với tác nhân nitro hóa thường dùng là HNO 3 hoặc N 2 O 5 (pentoxit dinitơ) hoặc N 2 O 4 (teroxit dinitơ). Các phương pháp thực hiện quá trình C nitro hóa : +) thế 1 nguyên tử H bằng 1 nhóm -NO 2 +) thế 1 nhóm chất nào đó trên nhân thơm bằng 1 nhóm -NO 2 +) cộng nhóm -NO 2 vào nối đôi trong đó phương pháp thứ nhất là phổ biến nhất. 1.1: Nitro hóa hydrocacbon thơm: Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 7 Nitro hóa Nitro hóa hợp chất thơm là phản ứng thế electrophin điển hình (S E ). Phản ứng không thuận nghịch. Tác nhân thường dùng là hỗn hợp nitro hóa của axit nitric và sunfuric. Thành phần tỉ lệ phụ thuộc vào cấu tạo hợp chất bị nitro hóa. Thường dùng axit nitric đặc với axit sunfuric 95,6% hoặc với oleum có nồng độ SO 3 cao hơn 10-20%. Phản ứng nitro hóa là phản ứng phát nhiệt, nên phải làm lạnh tốt phản ứng chú ý tới tốc độ cho hỗn hợp nitro hóa vào phản ứng để thường giữ nhiệt độ ở 65-70 o C. Phản ứng thường xảy ra trên bề mặt nên phải khuấy mạnh. Với các đồng đẳng hay dẫn xuất của benzen, phản ứng nitro hóa xảy ra theo quy tắc thế, hướng nitro hóa và hiệu suất phản ứng phụ thuộc vào nhóm định hướng. Khi nitro hóa bằng hỗn hợp nitro hóa có dư axit sunfuric thu được m-nitroanilin vì amin tạo thành muối trong môi trường axit, nhóm amoni định hướng vào vị trí meta. Muốn điều chế o- và p-nitroanilin cần phải bảo vệ nhóm amin bằng phản ứng axyl hóa: Các amin đã axyl hóa dễ tác dụng với hỗn hợp nitro hóa ở nhiệt độ thấp (3-5 o C). Thủy phân dẫn xuất nitro axetanilit trong kiềm thu được nitro anilin. Nitro benzene thu được bằng hỗn hợp nitro hóa ở 40-80 o C, m-dinitrobenzen ở 75- 80 o C và axit đặc hơn, còn trinitro benzen không thể thu trực tiếp từ benzen mà chỉ có thể thu được bằng nitro hóa tiếp m-dinitrobenzen bằng axit nitric khói và oleum ở 100 o C đến 110 o C trong 5 ngày[2]. Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 8 Khi nitro hóa hydrocacbon thơm, dưới tác động của xúc tác, phản ứng xảy ra theo cơ chế cation[1]. Xúc tác: có 2 loại: +) Xúc tác có proton HA: H 2 SO 4 , H 3 PO 4 ; trong đó axit H 2 SO 4 là phổ biến nhất. +) Xúc tác không proton: BF 3 -> xúc tác Lewis. • Trường hợp tác nhân nitro hóa là HNO 3 : +) Xúc tác HA: +) Xúc tác Lewis: +) Sau đó ion O 2 N + sẽ tấn công vào nhân thơm: Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 9 • Trường hợp tác nhân nitro hóa là N 2 O 4 : N 2 O 4 là dạng dime của NO 2 . NO 2 ở điều kiện thường là chất khí, khi hạ nhiệt độ thì dime hóa tạo N 2 O 4 . Khi có mặt của xúc tác axit H 2 SO 4 quá trình xảy ra theo cơ chế sau: Vậy cứ một phân tử N 2 O 4 thì tạo ra một gốc O 2 N + . • Trường hợp tác nhân nitro hóa là N 2 O 5 : Khi có mặt của xúc tác axit H 2 SO 4 quá trình xảy ra theo cơ chế sau: Vậy cứ một phân tử N 2 O 5 thì tạo ra hai gốc O 2 N + . Khi dùng N 2 O 5 thì hiệu quả hơn dùng N 2 O 4 . Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 10 [...]... 61,5g iodobenzen gần như tinh khiết[5] 2.3: Hình thí nghiệm: Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 27 Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 28 2.4: Kết quả và nhận xét: Sản phẩm thu được là một chất lỏng màu vàng nhạt với mật độ tốt (1,82 g/ml) Hiệu suất iodobenzen thu được đạt 54,6 %[5] Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 29 KẾT LUẬN Đã tổng hợp được sản phẩm cuối là Ioduabenzen từ Benzen qua 3 giai đoạn Sản... đến khi trong hẳn Gạn nitrobenzen vào bình chưng, lắp sinh hàn không khí, chưng lấy sản phẩm ở 207 – 210oC[3] Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 12 2.3: Sơ đồ thí nghiệm: Bình chứa hỗn hợp HNO3 và H2SO4 được làm lạnh Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 13 Hệ thống đun hoàn lưu Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 14 Phễu chiết Hệ thống chưng cất 2.4: Kết quả và nhận xét: Nitro benzen thu được là chất... kiết với hiệu suất cao Qua đề tài nắm vững được tính chất cũng như phương pháp tổng hợp các hợp chất hữu cơ có vòng thơm Từ đề tài này có thể mở rộng thêm những đề tài theo hướng tổng hợp hữu cơ để hoàn thiện kiến thức và kỹ năng tổng hợp hữu cơ Em xin cảm ơn PGS TS Vũ Đào Thắng đã đã hướng dẫn tận tình em trong quá trình học cũng như làm bài tiểu luận này Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 30 TÀI LIỆU... Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 19 Hệ thống chưng cất lôi cuốn hơi nước Hệ thống chưng cất Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 20 Phễu chiết 2.4: Kết quả và nhận xét: Anilin thu được ở dạng lỏng có màu vàng đậm Hiệu suất phản ứng: 10,22 %[3] III/ Giai đoạn 3: Anilin Diazo hóa Ioduabenzen 1/ Lý thuyết chung và cơ chế phản ứng: Diazo hóa là quá trình tạo ra dẫn xuất diazoni (-N +≡N) từ amin thơm... minh rằng cấu tạo của cation diazoni là sự tương hỗ qua lại của 2 dạng sau đây: Muối diazoni cũng như các hợp chất diazoni khác của amin thấp không vòng rất không bền, phân tích thành ancol và nitơ, thường được điều chế bằng các phương pháp khác[2] CH3NH2 + HONO CH3OH + nên phản ứng này đặc trưng cho các amin thơm bậc một: Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 21 N2 + H2O Trên thực tế axit nitro không... gốc tự do[1]: Trong một số trường hợp người ta còn sử dụng nitrat bạc tác dụng với dẫn xuất halogen của dãy béo Cơ chế phản ứng của quá trình nitro hóa benzen: Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 11 2/ Thực nghiệm: 2.1: Điều kiện tiến hành phản ứng: Hóa chất: Benzen: 18 ml Dung dịch Na2CO3 loãng HNO3: 30 ml CaCl2 khan H2SO4 đậm dặc: 37,5 ml Dụng cụ: Máy khuấy từ Phễu nhỏ giọt 50 ml Bình cầu 2... nhạt, có mùi hạnh nhân Hiệu suất (% khối lượng) là: 20,7 %[3] II/ Giai đoạn 2: Nitrobenzen Khử hóa Anilin 1/ Lý thuyết chung và cơ chế phản ứng: Quá trình khử hóa là quá trình nhận thêm điện tử[4] Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 15 Ví dụ: quá trình khử hóa Fe3+ -> Fe2+ Nhưng trong hóa hữu cơ không đơn giản là sự thay đổi điện tử của các ion như thế này Chính vì vậy, người ta đưa ra khái niệm khử... Nếu vị trí này bị chiếm bởi nhóm COOH hay SO3H thì các nhóm đó bị thay thế, nếu là nhóm CHO thì tiếp vĩ xảy ra ở vị trí octo α-Naphtol tiếp vĩ ưu tiên ở vị trí 4 còn β-Naphtol ở vị trí 1 Phản ứng không tách ra nitơ, quan trọng là phản ứng khử hợp chất diazo tạo thành hidrazin: Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 25 Thường thực hiện phản ứng này bằng cách trộn muối diazoni với dung dịch của thiếc clorua... hoặc ammoniac… được tạo ra Mục đích của khử hóa: thường là để điều chế các hợp chất hydrocacbon no từ các hợp chất hydrocacbon không no; từ những hợp chất có độ oxy hóa cao như axit cacboxylic, xeton, andehit, nitro thành các chất có độ oxy hóa thấp hơn (như ancol, amin) Cơ chế phản ứng của quá trình khử hóa nitro benzen: Đa số các phản ứng này xảy ra với sự tham gia của xúc tác và hydro hoạt động[2]... chia làm 2 loại: +) Sự hydro hóa: là quá trình cộng hydro vào các liên kết bội như C=C, C≡C, C≡N, C=N, N=N và các lien kết bội trong nhân thơm, v.v… Sự cộng hydro vào các lien kết bội được thực hiện khi có xúc tác kim loại ở áp suất cao Anken tác dụng với hydro có xúc tác Platin tạo thành ankan: Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 16 Khử các liên kết đôi bằng tác nhân hóa học như natri trong ammoniac . với đề tài: Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen qua các giai đoạn sẽ làm hiểu rõ hơn về tính chất và phương thức tổng hợp của các hợp chất có vòng thơm trong bài. Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page. khác[6]. II/ Phương pháp tổng hợp và phản ứng tổng hợp từng gian đoạn: 1/ Giai đoạn 1: Benzen -> Nitro benzen Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 5 Phương pháp tổng hợp: Nitro hóa: là quá. Ioduabenzen từ Benzen Page 12 2.3: Sơ đồ thí nghiệm: Bình chứa hỗn hợp HNO 3 và H 2 SO 4 được làm lạnh Tổng hợp Ioduabenzen từ Benzen Page 13 Hệ thống đun hoàn lưu Phễu chiết Tổng hợp Ioduabenzen