BÁO CÁO TỔNG HỢP HÓA HỮU CƠ

Mục đích Minh họa một số tính chất đặc trưng của hydrocarbon bằng phản ứng sulfon hóa toluen với acid sulfuric đậm đặc.. Cơ sở lý thuyết - Phản ứng sulfon hóa là quá trình gắn nhóm sulfo

BÀI 1: PHẢN ỨNG SULFON HÓA ĐIỀU CHẾ para- TOLUEN SULFONATE NATRI

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

- Phản ứng sulfon hóa là quá trình gắn nhóm sulfon –SO3H vào phân tử hợp chất 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 0oC, toluen tạo thành acid meta và para sulfonic Còn ở 1700C tạo thành chủ yếu đồng phân para

Ngũ Thị Phụng Anh.MSSV:2064698

1

1 Tổng hợp para toluen sulfonate natri

Cho 5ml H2SO4 đđ vào bình cầu loại 100ml Cẩn thận thêm từng phần nhỏ toluen 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

Thêm vào từ từ tinh thể NaHCO3 (khoảng 12 - 13g) vào hỗn hợp dùng đũa thủy 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 1100C 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.Kết quả: dung dịch MnO4 mất màu tím

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: 100 40,92%

165,9

75,3

CH 3

O

O O

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

 Than hoạt tính có công dụng hấp phụ màu, mùi, hấp phụ các sản phẩm như: sulfon, polysulfon và các sản phẩm không mong muốn khác

 NaHCO3 trung hoà acid H2SO4 dư, tham gia tạo muối với acid para-toluen sulfonic, tạo thành muối para-toluen sulfonat natri

 Ngoài ra NaHCO3 kết hợp với NaCl cho Na+ tạo hiệu ứng ion chung, làm tăng khả năng tạo muối

3 Dùng đũa thủy tinh cọ vào thành cốc để tạo mầm kết tinh

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 NGHIỆM VỀ CHỨC RƯỢU:

PHẢN ỨNG ESTER HÓA: ĐIỀU CHẾ ESTER ACETATE

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 acid sulfuric đậm đặc Phản ứng ester hóa là phản ứng cân bằng có hằng số cân bằng KC =

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

Ngũ Thị Phụng Anh.MSSV:2064698

5

H 2 SO 4

(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

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

Cho hỗn hợp vào bình chiết, them từ từ dd NaHCO3 bão hòa đến hết bọt khí, vừa cho vừa lắc, đến khi dd tách thành 2 lớp rõ rệt Lấy ester ở trên vào bình tam giác 50ml, thêm vào 1g Na2SO4 khan, lắc nhẹ để yên, thu sản phẩm bằng ống Pasteur

H 3 C C OH

O

H +

H 3 C C OH OH

H 2 C C

H 3 C C OH 2 OH

O

CH 2 CH 2 CH(CH 3 ) 3

-H 2 O

H 3 C C OH

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

- Thêm vài hạt tinh thể NH2OH.HCl rồi trung hoà bằng 1ml dung dịch NaOH 10%

- Đun sôi 1-2 phút

- 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

12,135g rượu isomaylic → x x130 17,9g

88

135,12

=

=Khối lương thực tế thu được: 6,56g

Hiệu suất của phản ứng: 36,65%

067,9

56,

=

H

V Trả lời câu hỏi

1.Cơ chế phản ứng ester hóa :

Ngũ Thị Phụng Anh.MSSV:2064698

7

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

H 2 SO 4

2 Giải thích:

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: 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

Ngũ Thị Phụng Anh.MSSV:2064698

9

OH + CH 3 C

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 sấy khô Thêm tiếp 4ml anhyric acetic và 5giọt acid sulfuricđđ, dùng đũa thuỷ tinh khuấy 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

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

H +

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 Kết quả

Nhiệt độ nóng chảy của aspirin: 135oC

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

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

Hiệu suất phản ứng: 70%

5,0

35,

O

O C O

CH 3

COOH OCOCH 3

CH 3 +

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

Khối lượng của anhydric acetic:

=Vậy: số mol anhydric acetic ∼ 3 số mol aicd salycilic

Giải thích:

Vì đây là phản ứng thuận ngịch 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 anhdric acetic có nhóm CH3COO- - một bazơ trung tính nên dễ bị tách ra với sản phẩm

BÀI 4: 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

Sản phẩm cân được: 3.4713g

Định tính sản phẩm:

Đun nóng 0,1g sản phẩm trong 1ml HCl trong 3 phút Thêm 10ml nước làm lạnh, không có kết tủa tạo thành Thêm 0,05ml dd K2CrO4 5%, xuất hiện màu tím không chuyển qua màu đỏ

PP sắc kí bảng mỏng: Hòa tan 1 ít tinh thể của sản phẩm thu được vào 1-2ml etanol 960 trong ống nghiệm

Chuẩn bị một bảng mỏng silicagel tráng sẳn, dùng viết chì vẽ đường khởi hành và đường giới hạn của dung môi

Dùng ống mao dẫn chấm vào một vệt nhỏ của dung dịch lên bảng sắc kí, vết được

để khô trong khoảng 1- 2 phút

Ngũ Thị Phụng Anh.MSSV:2064698

13

Đặt bảng mỏng vào bình chạy sắc kí có chứa sẵn dung môi rửa giải (heptan: etylaxetat : etanol = 47: 47: 6) Khi mực dung môi đến đường giới hạn của dung môi, dùng kẹp lấy bảng mỏng ra khỏi bình và sấy khô ( bằng máy sấy tóc) cho khô bảng mỏng Đưa bảng mỏng vào đèn UV Dưới ánh sáng UV có màu nâu

III.Trả lời câu hỏi

1.Nhiệt độ nóng chảy của paracetamol : 169oC

C O

H 3 C

H 3 C

OH O C O

CH 3

3 Khối lượng paracetamol tính theo lý thuyết: 4,26g.

Khối lượng paracetamol thực tế thu được: 3,4713g

Hiệu suất của phản ứng:

%48,8110026,4

4713,

Bài 5 THỰC NGHIỆM VỀ CHỨC CACBONYL

PHẢN ỨNG ALDOL HÓA: ĐIỀU CHẾ BENZAL

Điều chế Benzal acetophenon

- Lần lượt cho 5ml dung dịch NaOH 10%, 3ml etanol, 1,5ml acetophenon 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

- 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 hỗn hợp ở nhiệt độ thường (25 - 30oC) một thời gian, thu lấy tinh thể rửa tinh thể với 5ml nước lạnh

- Tiếp tục rửa tinh thể với 5ml 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

III Kết quả

Số mol của acetophenon:

Khối lượng Benzal acetophenon tính theo lý thuyết là: 2,704g

Khối lượng Benzal acetophenon thu được là: 2,015g

Hiệu suất của phản ứng aldol hóa:

%5,74704,2

015,2

O Benzal acetophenon

IV Trả lời câu hỏi

1 Cơ chế phản ứng aldol hóa:

Ngũ Thị Phụng Anh.MSSV:2064698

17

to thường

C C

O

H 2 C H

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

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 6 TỔNG HỢP CHẤT MÀU VÀ POLYMER

I Mục đích

Điều chế phẩm nhuộm azo dựa vào cơ chế ghép cặp diazo và polyme (chất giả da

và nhựa Bakelit có nhiều ứng dụng quan trọng) trên cơ sở sự polyme hóa

II Thực hành

 Điều chế muối diazonium

- Cho 0,1g p-nitroanilin vào becher 100ml

- Thêm 20ml nước cất và 5ml HCl đậm đặc

- Khuấy kỹ trong khoảng 2-3 phút, nếu có phần rắn nào không tan, đem lọc, dùng erlen nhỏ (loại 50ml) để tromng chậu nước đá, hứng nước lọc Sau đó để yên erlen đó trong chậu nước đá thêm 5 phút nữa

- Tiếp theo cho vào 1,5ml dung dịch Natri nitrit (NaNO2) 1M

- Dùng đũa thủy tinh sạch, khuấy kỹ hỗn hợp này chất tạo thành là muối

diazonium Để erlen này vào chậu nước đá để chuẩn bị cho thí nghiệm sau

 Điều chế phẩm nhuộm AZO

- Chuẩn bị các dung dịch sau:

Becher 1: 0,1g β-Napthol + 12ml nước + 1ml NaOH 6MBecher 2: 0,1g phenol + 12ml nước + 1ml NaOH 6MBecher 3: 0,1g resorcinol + 12ml nước + 1ml NaOHBecher có chứa β-napthol cần được để vào nước nóng để β-napthol dễ tan

- Sau khi khuấy đều, đặt cả ba becher vào chậu nước đá, làm lạnh ở 5oC

- Thêm 9ml hỗn hợp muối diazonium đã làm lạnh (ở phần trên) vào mỗi becher

- Khuấy mỗi dung dịch, quan sát sự tạo thành phẩm nhuộm AZO trong mỗi trường hợp Ghi màu của phẩm nhuộm

 Điều chế chất giả da

- Dùng becher (loại 500ml) cho vào 10ml nước cất + 20ml H2SO4 đậm đặc

Ngũ Thị Phụng Anh.MSSV:2064698

19