Синтез и свойства а-метилстирола

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Российский  Государственный Университет нефти и газа имени И.М. Губкина

Кафедра органической химии и химии нефти


 

 

 

 

Курсовая  работа

по синтетическим  методам органической химии

на тему:

«Синтез и свойства α-метилстирола».

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

студентка группы ХТ-08-1

Куныжева  Ф.Р.

Проверила:

доц. Стоколос О.А.

 

 

 

Москва

2010

Содержание

  1. Введение

 

  1. Теоретическая часть

2.1. Формула соединения и его  названия 

2.2 Физические свойства

2.3. Химические свойства

2.4. Методы получения

а) первая стадия

б) вторая стадия

3. Экспериментальная часть

3.1. Первая стадия синтеза

  1. Уравнение основной и побочной реакции
    1. Расчет и таблица характеристики количеств исходных реагентов и продуктов реакции
  1. Описание синтеза
  2. Константы полученного соединения, выход продукта реакции
    1. Вторая стадия реакции
  3. Уравнение основной и побочной реакции
    1. Расчет и таблица характеристики количеств исходных реагентов и продуктов реакции
  1. Описание синтеза
  2. Константы полученного соединения, выход продукта реакции

 

4. Выводы

 

5. Использованная  литература

 

 

 

 

1. Введение

Цель данной работы – применить  на практике все теоретические знания по курсу органической химии, а также  показать навыки работы с различными приборами. Целью литературного  синтеза является изучение свойств  и методик получения α-метилстирола, выбор наиболее оптимального способа получения заданного вещества, исходя из доступности сырья, энергетических и трудовых затрат, легкости получения целевого продукта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Теоретическая часть

2.1. Формула соединения и его названия

C6H5-C(CH3)=CH2

 

                                                               

 

1)α-метилстирол

2)изопренилбензол

 

 

 

 

 

2.2 Физические свойства

Метилстирол (изопренилбензол), С6Н5–С(СН3)=СН2:

- подвижная бесцветная жидкость с резким специфическим запахом;

-т.кип. 165,38оС;

-т. пл. -23,14оС;

-d20 0,9106 г/см3;

- nD 1,5386;

-Растворимость α-метилстирола в воде 0,01% по объему, воды в α-метилстироле - 0,056%, смешивается в любых соотношениях с ацетоном , СCl4, бензолом, н-гептаном и этанолом.

 

 

2.3. Химические свойства

 

а) Реакции по бензольному кольцу

 

1)Галогенирование

2)Нитрование

 

 

 

3)Сульфирование

 

 

4)Алкилирование  по Фриделю-Крафтсу

 

 

 

5)Ацилирование  по Фриделю-Крафтсу.

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Методы получения

а) Получение ацетона.

I. Из пропанола-2.

3 CH3-CH(OH)-CH3  + Na2Cr2O7  +  4H2SO4   →

3 CH3-CO-CH3 + Na2SO4 +Cr2(SO)4 + 7H2O

В круглодонную колбу вставляют двурогий форштосс, соединенный с обратным холодильником и капельной воронкой. В колбу наливают 20 мл пропанола-2. Затем в небольшом стакане растворяют 22,8 г дихромата натрия в 60 мл воды и осторожно при помешивании приливают 20 мл конц. серной кислоты. Полученный раствор хромовой смеси помещают в капельную воронку и осторожно небольшими порциями(по 1-2 мл) прибавляют в колбу. Последующие порции хромовой смеси приливают постепенно при встряхивании колбы и после некоторого ее остывания. Когда вся хромовая смесь будет прибавлена, колбу нагревают на кипящей водяной бане в течение 10 мин. Затем реакционную смесь в колбе охлаждают, переливают в колбу Вюрца с нисходящим холодильником и отгоняют ацетон на водяной бане в предварительно взвешенную колбочку, собирая фракцию, кипящую в пределах 55-580С. Выход ацетона около 10 г, т.кип. 56,24оС.[2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) Получение α-метилстирола.

 

I. Из ацетона.

 

 

В круглодонную колбу помещают 3,3 г магниевых стружек, активируют их йодом, для чего в колбу бросают кристаллик йода, нагревают колбу колбонагревателем до появления фиолетовых паров йода и дают колбе охладиться. Затем в колбу помещают 20 мл абсолютного эфира и 2-3 мл бромбензола. В случае необходимости колбу подогревают на водяной бане до начала реакции, а затем из капельной воронки при перемешивании по каплям добавляют оставшийся бромбензол(всего 22 г), растворенный в равном объеме абсолютного эфира Прибавление регулируют таким образом, чтобы эфир в колбе равномерно кипел. По окончании добавления бромбензола колбе дают охладиться, помещая ее в баню с ледяной водой, и к реакционной смеси по каплям добавляют 7,3 г абсолютного ацетона в равном объеме абсолютного эфира. После этого реакционную колбу нагревают еще 30 мин для завершения реакции, затем охлаждают до комнатной температуры и разлагают образовавшийся алкоголят диметилфенилкарбинола 5%-ной серной кислотой. Органическое вещество экстрагируют эфиром(3 раза порциями по 10 мл),объединенные эфирные вытяжки помещают в перегонную колбу с дефлегматором, эфир отгоняют на водяной бане, остаток нагревают на масляной бане до 190-200oC,причем происходит дегидратация карбинола и отгоняется метилстирол. Дистиллят отделяют от воды, сушат хлористым кальцием и снова перегоняют.Получают 15,5 г (90 % от теоретического) метилстирола, т.кип. 162-165оС.[3]

 

II. Из ацетофенона.

К эфирному раствору 0,3 моль метилмагниййодида  постепенно прибавляют из капельной  воронки при перемешивании 36 г свежеперегнанного ацетофенона. По окончании реакции смесь кипятят 1 час на электроплитке с закрытой спиралью и после охлаждения выливают в смесь 200 г льда,10 г NH4Cl и 50 мл 2 н. раствора HCl. Эфирный слой отделяют, водный экстрагируют эфиром (2 раза по 75 мл). Объединенные эфирные вытяжки промывают 50 мл 2 н. раствора Na2S2O3, водой (2 раза по 100 мл) и сушат над прокаленным K2CO3. Эфир отгоняют и остаток перегоняют в вакууме. Выход около 25 г (60 % от теоретического).

В круглодонной колбе емкостью 150 мл смешивают 25 г диметилфенилкарбинола с 50 мл уксусного ангидрида и кипятят смесь 1 час с обратным холодильником. Затем реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры и выливают в 300-400 мл воды. Органический слой отделяют, водный экстрагируют эфиром (2 раза по 50 мл). Эфирные вытяжки и органический слой объединяют, промывают водой до нейтральной реакции, сушат над прокаленным MgSO4 и перегоняют в вакууме, собирая фракции с т.кип. до 60оС при 14 мм. рт. ст. и 60-94оС при 14 мм. рт. ст. Вторую фракцию, представляющую из себя исходный спирт, еще раз подвергают дегидратации. Объединенные фракции с т.кип. < 60оС при 14 мм. рт. ст. перегоняют повторно при атмосферном давлении. Выход около 12 г (55 % от теоретического),т. кип. 162оС.[4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Экспериментальная часть

3.1. Первая стадия синтеза

3.1.1. Уравнения основной и побочной  реакции

Основная  реакция:

3 CH3-CH(OH)-CH3  + Na2Cr2O7  +  4H2SO4   →

3 CH3-CO-CH3 + Na2SO4 +Cr2(SO)4 + 7H2O

 

3.1.2. Расчет и таблица характеристики количеств исходных реагентов и продуктов реакции

Пропанол-2:

Дихромат  натрия:

Серная кислота:

Ацетон:

 

1) Расчет  по уравнению реакции (или расчет  теоретического количества реагентов,  необходимых для получения 6 г ацетона).

 

А) Для синтеза 3 моль ацетона необходимо 3 моль пропанола-2:

3*58 г ацетона -      3*60 г пропанола-2

                6 г  -    x г

X=6,2 г пропанола-2 или 0,103 моль

 

Б) Для синтеза 3 моль ацетона необходим 1 моль дихромата  натрия:

3*58 г ацетона -     1*262 г дихромата натрия

                6 г  -    x г

X=9,03 г дихромата натрия или 0,034 моль

 

В) Для синтеза 3 моль ацетона необходимо 4 моль серной кислоты:

3*58 г ацетона -     4*98 г серной кислоты

                6 г  -    x г

X=13,5 г серной кислоты или 0,138 моль

           2) Перерасчет количеств веществ по практикуму.

В практикуме Птициной для получения 10 г ацетона используют 20 мл(15,7 г) пропанола-2, 22,8 г дихромата натрия и 20 мл(36,8 г) серной кислоты.

А) Для синтеза  10 г ацетона берется 15,7 г пропанола-2:

10 г ацетона -      15,7 г пропанола-2

                6 г  -    x г

X=9,42 г пропанола-2 или 0,157 моль

 

Б) Для синтеза  10 г ацетона берется 22,8 г дихромата натрия:

10 г ацетона -      22,8 г дихромата натрия

                6 г  -    x г  

X=13,68 г дихромата натрия или 0,052 моль

 

 

В) Для синтеза 10 г ацетона берется 36,8 г серной кислоты:

10 г ацетона -      36,8 г серной кислоты

                6 г  -    x г  

X=22,08 г серной кислоты или 0,225 моль

 

 

 

Характеристики  и количества исходных веществ

Назван. реактива

Брутто фор-мула

Мол. масса

Основные константы

Количества исходных реагентов

 

по уравнению р-ии

по методике

изб.,

моль

г

моль

г

мл

моль

  

Пропанол-2

C3H8O

60

82,4

-89,50

0,7851

6,2

0,103

9,4

12,0

0,157

0,0003

Дихромат натрия

Na2Cr2O7

262

-

357,60

2,52

9,0

0,034

13,7

-

0,052

-

Серная кислота

H2SO4

98

330,0

10,37

1,84

13,5

0,138

22,1

12,0

0,225

0,0040


 

3) Расчет  теоретического выхода:

     Расчет ведем по дихромату натрия, находящемуся в недостатке, т.е. заведомо прореагировавшему полностью.

3*58 г ацетона -      1*262 г дихромата натрия

                x г  -    13,68 г

X=9,08 г

 

Теоретически мы должны получить 9,08 г ацетона.

 

 

 

3.1.3. Описание синтеза

1) В круглодонную колбу вставили двурогий форштосс, соединенный с обратным холодильником и капельной воронкой. В колбу налили 12 мл пропанола-2.

2) Затем в  небольшом стакане растворили 13,68 г дихромата натрия в 36 мл  воды и осторожно при помешивании  прилили 12 мл конц. серной кислоты.  Полученный раствор хромовой  смеси поместили в капельную  воронку и осторожно небольшими  порциями(по 1-2 мл) прибавили в колбу.

3) Последующие порции хромовой смеси прилили постепенно при встряхивании колбы и после некоторого ее остывания. Когда вся хромовая смесь была прибавлена, колбу стали нагревать на кипящей водяной бане в течение 10 мин.

4) Затем реакционную смесь в колбе охладили, перелили в колбу Вюрца с нисходящим холодильником и отогнали ацетон на водяной бане в предварительно взвешенную колбочку, собрав фракцию, кипящую в пределах 55-580С.

 

 

 

 

 

3.1.4. Константы полученного соединения, выход продукта реакции

 

Название вещества

Константы вещества

Выход вещества

по синтезу

по литературным данным

г

% масс

от указ. в методике

от теор.

Ацетон

57

1,3571

56,24

1,3590

5,6

90

59


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2. Вторая стадия синтеза

3.2.1. Уравнение основной и побочной  реакции

Основные  реакции:

 

 

 

 

3.1.2. Расчет и таблица характеристики количеств исходных реагентов и продуктов реакции

Ацетон:

Магний:

Бромбензол:

α-метилстирол:

 

1) Расчет  по уравнению реакции (или расчет  теоретического количества реагентов,  необходимых для получения 12 г α-метилстирола).

 

А) Для синтеза 1 моля α-метилстирола необходим 1 моль ацетона:

58 г ацетона -      119 г α-метилстирола

                x г  -    12 г

X=5,8 г ацетона или 0,1 моль

 

Б) Для синтеза 1 моля α-метилстирола необходим 1 моль магния:

24 г магния -     119 г α-метилстирола

                x г  -    12 г

X=2,4 г магния или 0,1 моль

 

В) Для синтеза 1 моля α-метилстирола необходим 1 моль бромбензола:

157 г бромбензола -     119 г α-метилстирола

                x г  -    12 г

X=15,8 г бромбензола или 0,1 моль

 

 

 

2) Перерасчет  количеств веществ по практикуму.

В практикуме Голодникова для получения 15,5 г α-метилстирола используется 3,3 г магния, 22 г бромбензола и 7,3 г ацетона.

 

 А) Для синтеза 15,5 г α-метилстирола  берется 3,3 г магния:

15,5 г α-метилстирола   -      3,3 г магния

                12 г  -    x г

X=2,5 г магния или 0,106 моль

 

Б) Для синтеза 15,5 г α-метилстирола  берется 22 г бромбензола:

15,5 г α-метилстирола   -      22 г бромбензола

                12 г  -    x г  

X=17 г бромбензола или 0,108 моль

 

 

В) Для синтеза 15,5 г α-метилстирола  берется 7,3 г ацетона:

15,5 г α-метилстирола   -      7,3 г ацетона

                12 г  -    x г  

X=5,6 г ацетона или 0,097 моль

 

 

 

 

 

Характеристики  и количества исходных веществ

Название реактива

Брутто формула

Мол. масса

Основные константы

Количества исходных реагентов

 

 

 

по уравнению р-ии

по методике

 

изб.

г

моль

г

мл

моль

моль

Магний

Mg

24

1090,0

649,0

1,378

2,4

0,1

2,5

-

0,106

0,009

Бромбен-зол

C6H5Br

157

156,0

-30,8

1,495

15,8

0,1

17,0

11,4

0,108

0,011

Ацетон

C3H6O

58

56,1

-95,0

0,789

5,8

0,1

5,6

7,0

0,097

-


 

 

3) Расчет  теоретического выхода:

Расчет  ведем по ацетону, находящемуся в недостатке, т.е. заведомо прореагировавшему полностью.

58 г ацетона -      119 г α-метилстирола

               5,6 г  -    x г

X=11,5 г

 

Теоретически  мы должны получить 11,5 г α-метилстирола.

 

3.1.3. Описание синтеза

1)  Собрали прибор, состоящий из круглодонной колбы, капельной воронки и обратного холодильника (рис.1).

2) В круглодонную колбу поместили  2,5 г  магниевых стружек, активировали их йодом, для чего в колбу бросили несколько кристалликов йода, нагрели колбу до появления фиолетовых паров и дали колбе охладиться.

3) Затем в  колбу поместили 20 мл абсолютного  эфира и 2-3 мл бромбензола.

При постоянном перемешивании добавили оставшийся бромбензол, растворенный в равном объеме абсолютного эфира.

4) По окончании добавления бромбензола колбе дали охладиться, поместили ее в баню с ледяной водой, и к реакционной смеси по каплям и при перемешивании добавили 5,6 г ацетона в равном объеме абсолютного эфира.

5) После этого реакционную колбу нагревали еще 30 мин для завершения реакции, затем охладили до комнатной температуры и разложили образовавшийся алкоголят диметилфенилкарбинола 5%-ной серной кислотой.

6) Органическое  вещество экстрагировали эфиром.

7) Эфир отогнали  на водяной бане (рис.2), а оставшееся вещество нагрели колбонагревателем до 190oC для получения продукта.

8)  Высушили  вещество хлористым кальцием.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схемы приборов:

Рис.1. Схема  прибора

 

 

1 – трехгорлая колба

2 – механическая мешалка

3 – обратный холодильник

4 – капельная воронка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Схема  прибора для отгона эфира

 

 

 

1 – перегонная колба

2 – прямой холодильник

3 – алонж

4 – приемник 

 

 

3.1.4. Константы полученного соединения, выход продукта реакции

 

Название вещества

Константы вещества

Выход вещества

по синтезу

по литературным данным

г

% масс

.

от указ. в методике

от теор.

α-метилстирол

162

1,5381

162-165

1,5384

7,5

62,5

65,2


 

 

  1. Вывод

В результате двух стадий был получен α-метилстирол, бесцветная жидкость.

Выход составил 65,2 %  от теоретически возможного.

Температура кипения совпадает с указанной  в литературных данных.

Также была найдена литература о методах  синтеза данного вещества, его  химических и физический свойствах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Список использованной литературы
  2. А.А. Петров, Х.В. Бальян,  “Органическая химия”, “Иван Федоров”, Санкт-Петербург, 2002, с. 314-334.
  3. O.A. Птицина, Н.В. Куплетская,  “Лабораторные работы по органическому синтезу”, “Просвещение”, Москва, 1979, с. 178-179.
  4. Г.В. Голодников, Т.В. Мандельштам,  “Практикум по органическому синтезу”, Издательство Ленинградского университета, Ленинград, 1976, с. 332-333.
  5. А.Е. Агрономов, Ю.С. Шабаров,   “Лабораторные работы в органическом практикуме”, Химия , Москва , 1974, с. 145-146.