Phúc trình hóa hữu cơ 2

Mục đích Minh họa một số tính chất đặc trưng của hydrocarbon bằng phản ứng sulfon hóa toluen với acid sulfuric đậm đặc.. Nguyên tắc Este, một chất có nhóm chức -COO- , đa số là hợp phần

BÀI PHÚC TRÌNH HÓA HỮU CƠ 2 Nhóm : 10

Nguyễn Thanh Tấn : 2082146

Huỳnh Văn Sang : 2096765

Phan Trọng Thái : 2096769

BÀI 1: THỰC NGHIỆM VỀ HYDROCARBON – PHẢN ỨNG SULFON HÓA:

ĐIỀU CHẾ NATRI para – TOLUEN SULFONATE.

I Mục đích

Minh họa một số tính chất đặc trưng của hydrocarbon bằng phản ứng sulfon hóa toluen với acid sulfuric đậm đặc

II Cơ sở lý thuyết

hữu cơ tạo sản phẩm là acid sulfonic Các tác nhân sulfon thường được dùng là acid sulfuric, oleum, acid closulfonic,…

- Parafin, hydrocacbon thơm có thể sulfon hóa bằng tác nhân khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau Hydrocacbon thơm dễ bị sulfon hóa bằng acid sulfuric đậm đặc

CH 3 C 6 H 5 + HOSO 3 CH 3 C 6 H 4 SO 3 H + H 2 O

- Phản ứng sulfon hóa là phản ứng thuận nghịch, nên nước hình thành sau phản ứng làm giảm nồng độ acid sulfuric và do đó mất khả năng sulfon hóa của acid và tăng khả năng thủy phân sulfon acid tạo thành Vì thế, khi sulfon hóa thì phải dùng acid sulfuric nhiều hơn từ 2 đến 5 lần

- Nồng độ tác nhân sulfon hóa và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng có ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng

Khi tăng nồng độ acid sulfuric, phản ứng sulfon hóa xảy ra nhanh

Khi tăng nhiệt độ, không những làm tăng nhanh quá trình phản ứng mà còn tăng khả năng tạo thành sản phẩm phụ như: polisulfo acid, sulfon, các sản phẩm oxi hóa và ngưng tụ Vì thế quá trình sulfon hóa bằng acid sulfuric đậm đặc, ở 0o

C, toluen tạo thành acid meta và para sulfonic Còn ở 1700

C tạo thành chủ yếu đồng phân para

H 2 SO 4 +

CH 3

SO 3 H

CH 3

Sản phẩm chính của phản ứng được cô lập dưới dạng natri toluene sulfonate

CH 3 C 6 H 4 SO 3 H + NaHSO 3 CH 3 C 6 H 4 SO 3 Na + CO 2 + H 2 O

CH 3 C 6 H 4 SO 3 H + NaCl CH 3 C 6 H 4 SO 3 Na + HCl

III Thực hành

1 Tổng hợp para toluen sulfonate natri

cho đến hết 5ml, lắc bình, mỗi lần cho thêm toluen ( nếu bình nóng thì làm lạnh dưới vòi nước lạnh) Thêm một ít đá bọt vào bình phản ứng và đun hoàn lưu nhẹ hỗn hợp trên bếp cách cát cho lớp toluen biến mất (khoảng 45 phút - 1 giờ 15 phút Tránh nhiệt độ lên quá cao làm cho sản phẩm bóc khói ) Ngưng đun, để nguội rồi đem bình ra, đổ hỗn hợp ra cốc 250ml chứa sẵn 25 ml nước cất Tráng bình cầu bằng nước cất và đổ nước tráng vào cốc

tinh khấy đều cho đến khi hết sủi bọt

Tiếp tục thêm 5g NaCl vào hỗn hợp, khuấy cho tan hết (nếu không tan có thể thêm 2 - 5ml nước lạnh)

Thêm tiếp 0,5g than hoạt tính, đun sôi nhẹ và khuấy điều hỗn hợp trong 10 phút Lọc nóng lấy dung dịch Làm lạnh, kết tinh sản phẩn, lọc lấy sản phẩm muối natri toluensulfonate dưới áp suất kém

Sấy khô sản phẩm ở nhiệt độ 1100

C cân sản phẩm được 3.75g

2 Kiểm nghiệm sản phẩm

Lấy vài hạt tinh thể sản phẩm + từng giọt H2SO4 2N lắc đều đến khi sản phẩm tan hoàn toàn, thu được dung dịch trong suốt

Lấy 10 giọt dd cho vào ống nghiệm + 10 giọt dd KMnO4 +5giọt dd H2SO4, lắc đều

IV.Kết quả

Số mol của toluen:

mol x

n toluen 0 , 047

92

5 86 , 0





Số mol của acid sulfuric:

mol x

n acidsulfur ic 0 , 094

98

5 84 , 1





Vậy aicd sulfuric dư Do đó sản phẩm tính theo số mol của toluen Suy ra:

Khối lượng của sản phẩm (para-toluen sulfunate natri) :

g x

m sp  0 , 047 195  9 , 165 Khối lượng của para- toluen sulfonate natri thực tế thu được là : 3,75g

Hiệu suât của phản ứng: H 93,165,75 x10040,92%

V Trả lời câu hỏi

1 Cơ chế phản ứng:

H 2 SO 4

+

CH 3

SO 3 H

CH 3

+ H 2 O

CH 3

O

O O

SO 3

-CH 3

H

+

+ HSO 4

-SO 3

-CH 3

H

+

+ HSO 4

-SO 3

-CH 3

+ H 2 SO 4

SO 3

-CH 3

+ H 3 O +

SO 3 H

CH 3

+ H 2 O

H 2 SO 4 H 3 O + + HSO 4 - + SO 3

2 Công dụng của than hoạt tính và NaHCO3 dùng trong thí nghiệm

như: sulfon, polysulfon và các sản phẩm không mong muốn khác

sulfonic, tạo thành muối para-toluen sulfonat natri

tạo hiệu ứng ion chung, làm tăng khả năng tạo muối

Trong quá trình thí nghiệm cần phải lọc nóng dung dịch vì:

+ Lọc nóng để loại bỏ các tạp chất

+ Lọc nóng để tránh sản phẩm kết tinh ở nhiệt độ thường, khi đó hiệu suât của phản ứng sẽ thấp

BÀI 2 : THỰC HIỆN VỀ CHỨC RƯỢU – PHẢN ỨNG ESTER HÓA : ĐIỀU CHẾ ESTE

ACETATE ISOAMYL

I Mục đích

Khảo sát phản ứng este hóa của rượu và acid qua việc sử dụng bộ dụng cụ hóa hữu

cơ

II Nguyên tắc

Este, một chất có nhóm chức -COO- , đa số là hợp phần chính của hương liệu hoa quả như este focmiate etyl có mùi rượu rum, este acetate isoamil có mùi chuối chín, este butyrate có mùi nho…

Este có thể được tổng hợp bằng các phản ứng của acid cacboxylic và rượu với sự hiện diện của acid sulfuric đậm đặc, hidro Clorua, acid p- toluen sulfomic hoặc nhựa trao đổi ion

Trong điều kiện hiện tại của phòng thí nghiệm, ta thực hiện phản ứng ester hóa với

= 4 ở nhiệt độ phòng

C 2 H 5 OH + CH 3 COOH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O

Axetate etyl

Khi phản ứng đạt cân bằng, chỉ có khoảng 2/3 acid và rượu phản ứng tạo thành ester và nước Để tăng hiệu suất phản ứng, có thể dịch chuyển trạng thái cân bằng bằng cách tăng nồng độ của rượu (hay acid) hoặc loại ester (hay nước) ra khỏi môi trường phản ứng (thường loại chất nào có nhiệt độ sôi thấp hơn).

Ở nhiệt độ thường, tác dụng giữa acid và rượu xảy ra chậm do nhóm carbonyl trong acid hoạt động kém Tuy nhiên, phản ứng được xúc tiến mạnh khi có xúc tác ion hydro, do sự phân ly của acid vô cơ như acid sulfuric Thường thì ta sử dụng một lượng acid (thường khoảng 5-10% so với lượng rượu), riêng acid này một phần dùng làm xúc tác, một phần hấp thu nước

Tuy nhiên, nếu dùng quá nhiều acid sẽ làm giảm hiệu suất phản ứng do acid tương tác với rượu

H 2 SO 4

ROH + H + R O H

H +

Điều này sẽ dẫn tới sự tạo thành ete và olefin từ rượu Ngoài ra, phản ứng ester hóa còn chịu ảnh hưởng lớn của hiệu ứng không gian Khi tăng thể tích của gốc hydrocacbon trong acid hoặc rượu, tốc độ phản ứng ester hóa giảm Phản ứng cho hiệu suất tốt với rượu bậc nhất, còn rượu bậc 2 chỉ đạt 40%, rượu bậc đạt 3%.

III.Thực hành

1.Điều chế

Cho hỗn gồm 15ml rượu isomaylic và 10ml acid acetic vào bình cầu dung tích 100ml Sau đó, them từ từ từng giọt đến hết 1ml acid sulfuric đậm đặc, them vào một ít

đá bọt Gắn bình cầu vào hệ thống hoàn lưu và đun sôi nhẹ bằng bếp đun cách cát trong

45 phút Sau đó để nguội rồi đem xuống, sản phẩm thu được gồm acetate etyl thô lẫn acid, rượu và nước

Tinh chế sản phẩm

vừa lắc, đến khi dd tách thành 2 lớp rõ rệt Lấy ester ở trên vào bình tam giác 50ml,

2 Kiểm nghiệm sản phẩm

a Lý tính : sản phẩm có mùi dầu chuối

b Hóa tính

Ống nghiệm : vài giọt ester + vài hạt tinh thể NH2OH.HCl + trung hòa bằng 1ml

 Nhận biết bằng phản ứng hoá học lọ có chứa ester trong số 3 lọ mất nhãn:

- Cho vài giọt dung dịch trong mỗi lọ vào 3 ống nghiệm tương ứng

10%

- Đun sôi 1-2 phút

H 3 C C OH

O

H +

H 3 C C OH OH

H 2 C C

H 2

CH

CH 3

H 3 C

OH

H 3 C C OH

OH

O

CH 2 CH 2 CH(CH 3 ) 3 H

H 3 C C OH 2 OH

O

CH 2 CH 2 CH(CH 3 ) 3

-H 2 O

H 3 C C OH

O

CH 2 CH 2 CH(CH 3 ) 3

-H

H 3 C C

O O CH

H 3 C CH 3

CH 2

- Làm lạnh, thêm từ từ dung dịch HCl cho đến khi giấy quỳ hoá đỏ

- Thêm vài giọt dung dịch FeCl3

- Kết quả : dung dịch ở lọ thứ 2 có màu đỏ

- Vậy: lọ thứ 2 có chứa ester

IV Kết quả

Khối lượng của rượu isomaylic : m = D x V = 0.809 x 15 = 12,135g

Khối lượng lý thuyết của ester acetate isoamyl

88g rượu isomaylic  130g ester acetate isoamyl

88

135 , 12





Khối lương thực tế thu được: 6,56g

Hiệu suất của phản ứng: H 96,067,56 36,65%

V Trả lời câu hỏi

1.Cơ chế phản ứng ester hóa :

2 Giải thích:

(CH 3 ) 2 CH(CH 2 ) 2 + CH 3 COOH CH 3 COO(CH 2 ) 2 CH(CH 3 ) 2

H 2 SO 4

Trong phản ứng ester hóa ở đây ta thấy tỉ lệ là 1:1 nguyên nhân đây là phản ứng thuận nghịch , nên phải cho lượng dư tác chất để phản ứng dịch chuyển sang chiều tạo sản phẩm

Ở đây ta chọn lượng dư acid acetic vì giá thành thấp hơn rượu isoamylic và hiệu suất phản ứng cũng cao hơn, lượng acid dư dễ bị trung hòa

3 NaHCO3 bão hòa dùng trong thí nghiệm để trung hòa lượng acid dư, tạo môi trường trung tính Có thể dùng H2O để thay NaHCO3

BÀI 3: THỰC NGHIỆM VỀ CHỨC PHENOL – PHẢN ỨNG ESTER HÓA : ĐIỀU CHẾ

ASPIRIN

I Mục đích

Ba hợp chất hữu cơ sử dụng rộng rãi nhất làm thuốc giảm đau là acid axetyl salylic(aspirin), phenaxetin( para - etoxi axetanilid), paracetamol( para hidroxi axetanilid) Paracetamol là chất thông dụng nhất, là cơ sở của nhiều dược phẩm nổi tiếng đã được đăng kí nhãn hiệu (như panadol, solpadeie, colrex, calpol, efferalgan,… )

do hiện nó được coi là thuốc an toàn và hiệu quả nhất

II Cơ sở lý thuyết

Este, một chất có nhóm chức -COO- , đa số là hợp phần chính của hương liệu hoa quả như este focmiate etyl có mùi rượu rum, este isoamil có mùi chuối chín, este butyrate có mùi nho,…

Este là sản phẩm của phản ứng este hoá giữa của acid cacboxylic và rượu một loại phản ứng thuận nghịch đòi hỏi thời gian lâu mới đạt được cân bằng Do đó cần thêm chất xúc tácnhư: acid sulfuric đậm đặc, hydro Clorua, acid para toluen sulfomic hoặc nhựa trao đổI ion

Aspirin ( acid acetyl salysiclic ) đựơc sử dụng rộng rải như một loại thuốc giảm đau

là một este được tạo thành từ một phản ứng xảy ra giữa acid acetic và acid salisylic Phân tử của acid salisylic chứa hai nhóm chức trong đó có một nhóm chức là phenol và một nhóm chức là acid cacboxylic Vì vậy nó có thể tạo thành một este với vai trò của một acol phản ứng acid acetic tạo thành acetyl salisylic Tuy nhiên, aspirin thường được đều chế bằng cách dùng anhyric acetic hoạt động hơn thay vì acid acetic

COOH

OH + CH 3 C

O

O C O

CH 3

COOH OCOCH 3 + CH 3 COOH

Acid salysilic Anhydric acetic Acid acetyl salisilic acid acetic

(Aspirin)

III Thực hành

1 Điều chế Acid acetil salisilic

Cân chính xác 2g acid salisilic ở dạng rắn rồi cho vào bình tam giác 125ml được

nhẹ hỗn hợp trong bình tam giác, đun cách thuỷ khoảng 30 phút (tính từ thời điểm sôi) Lấy hỗn hợp ra thêm từ từ 10ml nước lạnh vào hỗn hợp

Chuyển hỗn hợp đó sang cốc thủy tinh 100ml Làm lạnh (10 – 15 phút) để kết tinh sản phẩm khi dung dịch đã làm nguội

Lọc sản phẩm dưới áp suất kém, thu được tinh thể aspirin thô

Kết tinh sản phẩm: aspirin thu được còn lẫn nhiều tạp chất cần phải hoà tan 0,5g aspirin bằng 20ml nước cất trong cốc 100ml đun cách thủy đến aspirin hoà tan hết thì ngưng đun, để nguội Đem dung dịch làm lạnh trong chậu nước đá thu tinh thể Lọc dưới áp suất kém và đem cân sản phẩm

2 Kiểm nghiệm sản phẩm

H +

Lấy 3 ống nghiệm loại 10ml sạch

- Ống 1: cho vào vài tinh thể acid salisilic

- Ống 2: cho vào vài tinh thể aspirin thương mại

- Ống 3: cho một ít aspirin vừa điều chế ở trên

Lần lượt cho 1ml rượu etylic và vài giọt FeCl3 10% vào từng ống lắc kỹ

Màu thu được: - Ống 1: dung dịch màu tím

- Ống 2: dung dịch màu vàng nâu

- Ống 3: dung dịch màu nâu đen

Nhận xét : Ở hai ống nghiệm chứa aspirin vừa điều chế và aspirin thương mại có sự

sai khác về độ đậm của màu là do aspirin thương mại có một số thành phần hoá học bổ sung và do aspirin điều chế có lẫn tạp chất

IV K t qu ết quả ả

C

Khối lượng của aspirin tính theo lý thuyết: 0,5g

Khối lượng aspirin thực tế thu được: 0,35g

Hiệu suất phản ứng: H 00,,355 70%

V Trả lời câu hỏi

1.Cơ chế phản ứng

COOH

OH + CH 3 C

O

O

CH 3

COOH OCOCH 3 + CH 3 COOH Acid salysilic Anhydric acetic Acid acetyl salysilic cid acetic

(Aspirin)

CH 3 C

O

O C O

CH 3 H

+

CH 3 C

O

OH

CH 3 C

O

O C O

CH 3

H +

C O

CH 3 +

- OH

COOH

O H

+ CH 3 C

O

OH

-COOH

O C O

CH 3

+ CH 3 C

O

OH

+ CH 3 C

O

OH 2 +

2 So sánh số mol của anhydric acetic và acid salycilic:

Khối lượng của anhydric acetic:

m = d.V = 1,08 4 = 4,32g

Số mol của anhydric acetic :

mol

102

32 , 4





Số mol của aicd salycilic:

mol

n 0 , 0145 138

2





Vậy: số mol anhydric acetic  3 số mol aicd salycilic

Giải thích:

Vì đây là phản ứng thuận nghịch nên dùng một lượng thừa tác chất, phản ứng sẽ dịch chuyển theo chiều tạo ra sản phẩm Ở đây ta chọn lượng thừa anhydric acetic vì

- một bazơ trung tính nên dễ bị tách ra với sản phẩm

BÀI 4: THỰC NGHIỆM VỀ CHỨC CARBONYL – PHẢN ỨNG ALDOL HÓA :

ĐIỀU CHẾ DIBENZALACETON.

I Mục đích

- Thực hiện phản ứng aldol hóa qua việc điều chế Dibenzalaceton

II Thực hành

Điều chế Dibenzalaceton

- Lần lượt cho 5ml dung dịch NaOH 10%, 3ml etanol, 5 giọt aceton vào bình tam giác loại 50ml Lắc nhẹ hỗn hợp 1 – 2 phút, thêm từng giọt cho đến hết 1,5ml benzaldehit và lắc kỹ

- Đậy kín bình tam giác và tiếp tục lằc đều cho tới khi xuất hiện một chất dầu màu vàng ( khoảng 15 phút)

- Ngâm lạnh bình tam giác trong chậu nước đá Chất dầu màu vàng sẽ kết tinh, rút hết dung dịch bằng ống hút Pastuer Sau đó lấy bình tam giác ra khỏi chậu, để yên

C) một thời gian, thu lấy tinh thể rửa tinh thể với 4ml nước lạnh

- Tiếp tục rửa tinh thể với 3ml etanol đã ngâm lạnh Lọc dưới áp suất kém để thu lấy tinh thể

- Kết tinh lại sản phẩm: Cho khoảng 8 - 10ml etanol và tinh thể vừa thu được ở trên vào cốc thủy tinh 100ml Đem hỗn hợp đun cách thủy trong cốc thủy tinh 500ml có chứa sẵn nước nóng cho đến khi sôi nhẹ Lấy hỗn hợp ra khỏi cốc và làm lạnh trong chậu nước đá để sản phẩm kết tinh Lọc dưới áp suất kém sẽ thu được sản phẩm tinh khiết

Benzandehit Dibenzalaceton (3-Pentanone, 1,5-diphenyl)

III Kết quả

Nhiệt độ nóng chảy của Dibenzaceton vào khoảng 178o – 180oC

Số mol của aceton:

n = 5/20(0,791):58 = 0,0034

Số mol của benzaldehid:

n’ = 1,044/106 = 0,00985

Khối lượng Dibenzanceton thu được là: 0,255g

Hiệu suất của phản ứng aldol hóa:

H = 0,255/0,798 = 31,95%

IV Trả lời câu hỏi

1 Cơ chế phản ứng aldol hóa:

C C

O

H 2 C H

O

O

CH 2

O

O

H +

CH 2 O

OH -H 2 O

H O

CH

2 Hai phản ứng phụ có thể xảy ra trong quá trình aldol hóa

O H C 2 H

- OH

O CH

H 3 C

O H 2

H 3 C

HOH

+ - OH

-H O

2

CH 2

3 Tác dụng của việc rửa tinh thể với etanol ngâm lạnh: etamol ngâm lạnh không

làm hoà tan tinh thể, không làm mất sản phẩm, nó chỉ có tác dụng rửa trôi những tạp chất không cần thiêt

Ta phải kết tinh lại trong etanol nóng vì etanol nóng góp phần làm tinh thể tan nhanh hơn

BÀI 5: THỰC NGHIỆM VỀ CHỨC AMIN – ĐIỀU CHẾ PARACETAMOL I.Giới thiệu

Ba hợp chất hữu cơ sử dụng rộng rãi nhất làm thuốc giảm đau là acid axetyl salylic (aspirin), phenaxetin (para - etoxi axetanilid), paracetamol (para hidroxi axetanilid) Paracetamol là chất thông dụng nhất, là cơ sở của nhiều dược phẩm nổi tiếng đã được đăng kí nhãn hiệu (như panadol, solpadeie, colrex, calpol, efferalgan,… )

do hiện nay nó được coi là thuốc an toàn và hiệu quả nhất

II.Thực hành

Điều chế paracetamol:

Trong bình cầu 100ml, cho 3,1g para - aminophenol, 10ml nước cất lắc nhẹ Thêm

từ từ cẩn thận 4ml anhydric axetic vào hỗn hợp và lắc bình cầu 2 - 3 lần, nếu bình nóng thì làm lạnh dưới vòi nước, thêm một ít đá bọt vào bình cầu Đun hoàn lưu , đun nóng khoảng 15-20 phút(kể từ khi hỗn hợp sôi) Lấy hỗn bình cầu ra khỏi hệ thống hoàn lưu,

đỗ hỗn hợp vào cốc thủy tinh 100ml, để nguội, kết tinh sản phẩm ở nhiệt độ thường Lọc bằng máy lọc lấy tinh thể kết tinh Rửa tinh thể 15ml nước lạnh qua phễu lọc Thu lấy tinh thể paracetamol