Привет студент

 

Химико – биологический факультет

Кафедра химии

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Органическая химия»

 

Синтез ацетоуксусного эфира

 

 

Аннотация

 

В данной работе осуществлен синтез ацетоуксусного эфира методом фракционной перегонки. Проведена очистка ацетоуксусного эфира методом экстракции, также проведена качественная реакция с хлоридом железа(III). Осуществлено определение выхода, что составляет 84,7 %. По итогам работы осуществлен анализ и подведены итоги.

 

 

 

Annotation

 

In this paper, the synthesis of ethyl acetoacetate by fractional distillation. Cleaning of acetoacetic ester extraction method, also conducted qualitative reaction with iron chloride (III). Implemented definition output that is 84,7%. The outcome of the analysis carried out and summarized.

 

 

 

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………………...5

1. Литературный обзор …………………………………………………………….6
   • Основные свойства и методы получения…………………………...………..6

• Сложноэфирные конденсации …………………………………………….....10

2. Экспериментальная часть……………………………………………………...12
3. Идентификация…………………………………………………………………14

Заключение………………………………………………………………………….15

Список использованных источников……………………………………………...16

 

 

 

Введение

 

Ацетоуксусный эфир (этиловый эфир ацетоуксусной кислоты,) - бесцветная подвижная жидкость со своеобразным нерезким запахом. Растворяется в воде, смешивается с этанолом и диэтиловым эфиром.

Ацетоуксусный эфир широко применяется в органическом синтезе:

алкилирование натрий ацетоуксусного эфира с последующим кетонным либо кислотным расщеплением моно- и дизамещенных ацетоуксусныых эфиров , используется как препаративный метод синтеза метилкетонов  и замещенных уксусных кислот.

Будучи 1,3-дифункциональным реагентом, он применяется для синтеза гетероциклических соединений. В промышленности применяется в производстве фармацевтических препаратов (пирамидона, акрихина, витамина B₁), а также красителей для цветной фотографии, ряда органических веществ.

Обладает кожнораздражающим действием, всасывается через кожу.  ПДК составляет 1 мг/м³

 

Целью данной работы является синтез ацетоуксусного эфира.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести информационный поиск по проблеме исследования
2. Работа с методикой по синтезу
3. Провести очистку и идентификацию ацетоуксусного эфира
4. Осуществить определение выхода вещества

 

• Литературный обзор
  • Основные свойства и методы получения
    • Химические свойства ацетоуксусного эфира

 

Ацетоуксусный эфир вступает в следующие реакции:

1. Алкилирование ацетоуксусного эфира

Анионы сложных эфиров типа ацетоуксусного могут быть проалкилированы алкилгалогенидами. Сложный эфир превращается при действии сильного основания в енолят-анион, и последний далее алкилируется по SN₂ реакции алкилгалогенидом. Обычно преобладает С - алкилирование.

 

Ацетоуксусный эфир может быть гидролизован в кислых условиях до соответствующих кислот, которые при нагревании легко декарбоксилируются. Из алкилацетоуксусных эфиров при этом образуются метилалкилкетоны:

 

2. Ацилирование ацетоуксусного эфира

Анионы сложных эфиров взаимодействуют с ацилгалогенидами, образуя продукты ацилирования. Эти реакции осуществляются с наибольшим успехом, если использовать для получения соли енола, а гидрид натрия, так как в этом случае не происходит образования спирта, способного реагировать с ацилгалогенидом:

 

 

 

 

 

3. Бромирование ацетоуксусного эфира

 

С бромом взаимодействует только его енольная форма. Это позволило разработать химический метод определения содержание енола в равновесной смеси[1], который до создания спектроскопических методов очень широко применяли для определения положения кето - енольного равновесия в различных дикарбонильных соединений. Суть метода заключается в том, что енольную форму возможно быстрее( чтобы равновесие не успело сдвинуться) оттитровывают бромом на холоду :

                                                           Br Br

                                          Br            

CH₃ – C=CH – COOC₂H₅                   CH3-C-CH-COOC2H5  

         OH                                       H -O

 

 

 

 

           CH₃ – C – CH – COOC₂H₅

-HBr  

                        O   Br

 

 

4. Синтез АУЭ[2]

АУЭ широко используется в органическом синтезе. С его помощью можно синтезировать кетоны, модифицировать эфир с образованием различных производных. Целый ряд дополнительных возможностей для синтеза обеспечивают еноляты АУЭ, которые способны подвергаться алкилированию и ацилированию с образованием разнообразных замещенных ацетоуксусного эфира. В отличае от натриймалонового эфира эти реакции могут протекать как по атому гидроксильного кислорода, так и по соседнему углеродному атому. Механзм реакций SN₂ в качестве нуклеофила выступает енолят – ион.

 

Направление замещения определяется несколькими факторами. Наиболее важным является природа реагента R – X. Чем более мягкой кислотой будет уходящая группа «Х», тем легче будет идти реакция по мягкому реакционному центру – атому углерода. Это и происходит при алкилировании енолята – аниона алкил – йодидами и – бромидами.

Возможности применения АУЭ в синтезах разнообразных продуктов расширяются благодаря его способности подвергаться расщеплению в двух направлениях. При нагревании с разбавленными растворами щелочей или кислот происходит распад образующейся после гидролиза ацетоуксусной кислоты с образованием кетонов. Обработка концентрированными растворами щелочей приводит к образованию из АУЭ двух молекул уксусной кислоты (кислотное расщепление):

 

Механизм кислотного расщепления состоит в нуклеофильной атаке гидроксил-ионом карбонильного углерода, несущего частичный положительный заряд. После присоединения гидроксида неустойчивый продукт распадается:

5. Кето- енольная таутомерия АУЭ

Ацетоуксусная кислота и ее эфир(ацетоуксусный эфир) существует в виде двух таутомерных форм – кетонной и енольной. Таутомерные формы находятся в состоянии динамического равновесия, одна из таутомерных форм способна самопроизвольно переходить в другую. При комнатной теппературе равновесие устанавливается при содержании 92,5% кетонной(а) и 7,5 енольной(б) формы.

 

CH₃-C- CH₂-CH₂-C –OC₂H₅                 CH₃-C=CH-C-OC₂H₅

 

 

         O                 O        а)                    OH     O         б)

 

         В различных растворителях содержание енольной формы различно: чем более полярен растворитель, тем больше содержание кетонной формы.

 

 

 

 

 

 

 

• Сложноэфирные конденсации

Сложные эфиры в присутствии металлического натрия способны енолизироваться; образующиеся енолы дают с натрием соответствующие еноляты, например:

                                                                                                           O-C₂H₅

2СН₃-C-O-C₂H₅ + 2Na             2 CH₂=C

                                                                  ONa

O

Двойная связь в таких енолятах исключительно реакционно способна, обуславливая их склонность к разнообразным реакциям присоединения; в частности, легко происходит присоединение другой молекулы сложного эфира:

 

                                                                        O-C₂H₅                                              O-C₂H₅

CH₃-C-O-C₂H₅ + CH₂=C                              CH3-C-O-CH2-C     ONa

 

       O                                  ONa                       O                   O-C₂H₅

 

Из полученного продукта присоединения путем отщепления алкоголята натрия образуется ацетоуксусный эфир:

 

                                                  O-C₂H₅

CH₃-C-O-CH₂-C     ONa               CH₃-C-CH₂-C-O-C₂H₅

 

 

       O                    O-C₂H₅                           O          O

 

Эта реакция имеет большое значение и позволяет получать конденсацией двух молекул сложного эфира соответствующие эфиры b-кетокислот. Аналогичным образом при конденсации эфиров дикарбоновых кислот получаются циклические кетонокислоты, а при конденсации эфиров с енолятами кетонов образуются b-дикетоны.

Ацетоуксусный эфир имеет большое применение при различных синтезах, так как его натриевое соединение легко взаимодействует с галоидными алкилами, образуя продукты замещения водорода в группе CH₂ на соответствующие радикалы, например:

 

2СH₃-C-CH₂-C-O-C₂H₅ +2Na         2CH₃-C=CH-C-O-C₂H₅ +H₂

 

 

               O         O                                         ONa   O

 

CH₃-C=CH-C-O-C₂H₅ +2C₂H₅Br         CH₃-C-CH - C-O-C₂H₅

         ONa   O                                               O C₂H₅ O

Полученный продукт может подвергаться так называемому кетонному и кислотному разложению. При нагревании с минеральными кислотами имеет место кетонное разложение с образованием метилпропилкетона:

 

CH₃-C-CH – C - O-C₂H₅ +H₂O         CH₃-C-CH₂-C₂H₅             +CO₂ + C₂H₅OH

       O C₂H₅ O                                          O

 

При нагревании с концентрированным раствором щелочи происходит кислотное разложение и получаются уксусная и масляная кислоты:

CH₃- C-CH - C-O-C₂H₅ +2NaOH       CH₃-C-ONa +C₂H₅-CH₂-C-ONa + C₂H₅OH

            O C₂H₅ O                                         O                            O

 

 

 

 

 

 

1. Экспериментальная часть

Методика эксперимента

         В круглодонную колбу емкостью 250 мл. помещают 25,2 г этилацетата и быстро вносят в колбу 2,5 г мелконарезанного металлического натрия. Затем колбу соединяют с обратным холодильником, верхний конец которой закрыт хлоркальциевой трубкой. Вначале водород выделяется очень медленно, но через некоторое время реакция начинает идти бурно. После того, как реакция замедлится колбу осторожно нагревают до слабого кипения реакционной смеси в течение 3-х часов до почти полного растворения натрия. Жидкость в колбе охлаждают и осторожно при помешивании добавляют 30 мл 50%-ной уксусной кислоты, затем еще 70мл, так как среда должна быть кислой. Потом добавляют равный объем раствора поваренной соли (для лучшего отделения эфирного слоя) и отделяют верхний слой, состоящий из смеси ацетоуксусного и уксусноэтилового эфиров, от водного слоя. Для лучшего отделения верхнего слоя добавляют петролейный эфир -15 мл. Провели экстракцию 3 раза( вытравливание газа).Затем провели фракционную перегонку. Очистку проводили при

 

Рисунок 1 – прибор для фракционной перегонки

• Баня, 2- кипелки; 3- перегонная колба; 4- дефлегматор; 5- насадка Вюрца;

6- термометр; 7- холодильник Либиха; 8- аллонж с отводом; 9- хлоркальциевая трубка; 10- колба-приемник.

 

 

 

 

Основная реакция и расчет необходимых количеств исходных веществ:

                   О             Na                                  О

2CH₃-C                             CH₃- C - CН₂ –С               + С₂Н₅ОН

                  О-С₂Н₅                                              О-С₂Н₅

                                                  О

          

                                                                                                                                                                                                                       

• Находим количество вещества этилацетата по следующей формуле:

 

Экспериментально соотношение между этилацетатом и натрием

0,1212:0,1078. Согласно уравнению реакции стехиометрическое соотношение этилацетата и натрия составляет 2:1.

Получаем, что натрий находится в недостатке. По уравнению:

 

• Находим теоретическую массу АУЭ

Переводя массу в мл получаем :

, отсюда

 

 

• В результате можем определить выход продукта реакции:
• Определили показатель преломления АУЭ:

 

Идентификация

 

        После окончания синтеза провели идентификацию полученного вещества: прилили несколько миллилитров хлорного железа, через некоторое время появилась сине-фиолетовая окраска комплексной железной соли енольной формы.При добавлении бромной воды бром присоединяется к енольной форме и раствор обесцвечивается. Через несколько секунд окраска появляется снова, так как равновесие смещается и вновь появляется енольная форма. При дальнейшем добавлении бромной воды окраска исчезает.

 

 

Заключение

В результате проделанной работы были сделаны следующие выводы:

проведя обзор научной литературы провели синтез ацетоуксусного эфира методом фракционной перегонки. Провели идентификацию полученного вещества, что свидетельствует о его наличие. Выход ацетоуксусного эфира составил 84,7 %, что свидетельствует о качестве выполненной работы.

 

 

 

Список использованных источников

1. Нейланд О.Я.Органическая химия : учебник / Нейланд О.Я.- Москва,1989 г.
2. Дерябина Г.И., Потапова И.А., О.Н. Нечаева. Практикум по органической химии. Часть I. Методы очистки и идентификации органических соединений. Учебное пособие. − Самара: «Универс-Групп», 2005. − 84 с.
3. Ким Д.Г. Органические реакции / Д.Г. Ким. – Челябинск , 1999. – 40 с.
4. http://c-books.narod.ru/pryanishnikov1_2_21.html#enol_form
5. http://revolution.allbest.ru/chemistry/00381559_0.html

 

 

 

[1] Следует иметь в виду, что определения содержания какой-либо из таутомерных форм в равновесной смеси химическими методами возможно только в том случае, когда используемый реагент взаимодействует с определяемой формой существенно быстрее, чем происходит переход одной формы в другую.

[2] АУЭ – ацетоуксусный эфир

 

Скачать: aue.docx