tổng hợp hợp chất hóa hữu cơ

Axit sunfuric có tác dụng xúc tác phản ứng este hóa, nhưng nếu nồng độ quá cao thì lại có thể làm giảm khả năng phản ứng, vì khi đó xảy ra cả quá trình tạo ra ionoxoni của ancol, mà ion

Trang 1

Bài 1: Tổng hợp Trefol (Isoamyl salixylat)

GV hướng dẫn: Th.S Huỳnh Thị Việt Hà

Họ và tên: Ngô Mạnh Linh

- Dùng dư một trong các chất tham gia phản ứng, có nghĩa là tăng nồng độ củachất phản ứng Thông thường dùng dư ancol

- Giảm nồng độ chất tạo thành trong phản ứng bằng cách cất loại nước hoặc ester

ra khỏi hỗn hợp

Đặc biệt người ta dùng xúc tác để thúc đẩy phản ứng như axít sunfuric, nhựa traođổi ion, các muối axít kim loại

Phản ứng trong bài thực hành :

Trang 2

Sản phẩm là chất lỏng không màu có mùi hoa phong lan, cỏ ba lá không tan trongnước, tan tốt trong ete, cồn Sản phẩm có mùi ổn định, bền hóa học, dùng phổ biến

để phối hương cho dầu gội, xà phòng tắm, chất tẩy rửa dạng lỏng Nhiệt độ sôi 276– 277 oC ở 760 mmHg

Trang 3

Erlen (lắc nhẹ)

đá bọt

Thu phân đoạn có

t s = 270 – 280 o C

Cân tính hiệu suất

1 giọt

dung dịch Fe 3+ 10 ml cồn 96 o

0,5 ml

Lọ kín tối màu

Nhận xét màu & mùi Màu nâu

dd còn axit

salyxilic

Trang 4

Hình 1.1: Hệ thống sinh hàn hồi lưu

Hình 1.2: Hệ thống chưng cất Claisen

Ống chữ T

Nhiệt kế 300 o C

Co cổ 24/26 Sinh hàn bóng nhám 24/29

Bếp điện + lưới

amiăng

Bình cầu

Bình cầu Sinh hàn hồi lưu

Trang 5

Hình 1.3: Phễu chiết

3 Lịch trình thí nghiệm:

1 h 40 Bắt đầu đun bình cầu

2 h 40 Kết thúc đun Dung dịch thu được có màu vàng nhạt, mùi chua nhẹ

2 h 50 Cho vào phễu chiết chứa sẵn 10 ml nước cất

2 h 58 Cho 10 ml dd Na2CO3 (lần 1) Thấy có sủi trắng đục và phân lớp

Trên là dd sản phẩm, dưới là dd dưới trắng đục

3 h 14 Cho 10 ml dd Na2CO3 (lần 6) và thử quỳ  không đổi màu

3 h 17 Cho 10 ml dd Na2CO3 (lần 7) và thử quỳ  xanh nhạt

3 h 21 Cho vào Erlen có sẵn 5 mg MgSO4 khan

3 h 23 Gạn sản phẩm vào bình cầu

3 h 43 Có hiện tượng sôi

4 h 10 Hết giờ thực hành Tắt bếp, để bình cầu kín

Trang 6

4 Báo cáo kết quả thí nghiệm:

Dung dịch cuối có màu vàng nâu và mùi chua nhẹ

Chưa ra tinh chế ra sản phẩm cuối cùng nên không thể tính hiệu suất và đánh giá cảm quan được

5 Trả lời câu hỏi rút ra từ bài thực hành:

1) Vai trò của axit sunfuric trong phản ứng?

Axit sunfuric có tác dụng xúc tác phản ứng este hóa, nhưng nếu nồng độ quá cao thì lại có thể làm giảm khả năng phản ứng, vì khi đó xảy ra cả quá trình tạo ra

ionoxoni của ancol, mà ion oxoni này không có khả năng kết hợp với nguyên tử C củanhóm carboxyl

2) Tại sao phải rửa dd sản phẩm với dd Na 2 CO 3 cho đến khi đạt độ kiềm nhẹ khi thử quỳ ?

Để trung hòa hết lượng axit sunfuric còn lại trong dd sản phẩm, không cho nó xúc tác cho phản ứng tạo sản phẩm phụ trong những bước tinh chế sau

3) Tại sao phải cho MgSO 4 khan vào dung dịch sản phẩm?

MgSO4 khan có tính háo nước nên cho vào để hút nước (sinh ra trong trong phản ứng ester hóa) có lẫn trong sản phẩm

4) Tại sao khi mỗi khi đun sôi lại phải thêm vài viên đá bọt vào ?

Khi đun sôi dung dịch các chất phản ứng, ta thêm vài viên đá bọt vào hỗn hợp dung dịch, vì thành phần chính của đá bọt là oxit nhôm và oxit silic, nên có tác dụng phân tán nhiệt làm dung dịch sôi đều và nhiệt độ ổn định

5) Làm sao để nhận biết được axit salixylic còn lẫn trong sản phẩm ?

Lấy 1 giọt sản phẩm isoamyl salixylat cho vào dung dịch Fe3+ loãng Nếu có kết tủa màu nâu xuất hiện chứng tỏ trong dd sản phẩm isoamyl salixylat còn lẫn vết axit salixylic Do xảy ra phản ứng sau:

Trang 7

Phản ứng này đòi hỏi môi trường phải thật trung tính Nếu axit quá, màu kết tủa sẽ khó xuất hiện Nếu kiềm quá sẽ luôn luôn có kết tủa sắt (III) hidroxit màu nâu làm khó nhận màu.

Trang 8

Bài 3: Tổng hợp Isoamyl Acetat

Trang 9

2 Quy trình thí nghiệm:

Bình cầu + sinh hàn hồi lưu

40 ml axit axetic

2 viên đá

sunfuric đđ

30 ml ancol isoamylic

5 g MgSO 4 khan

Bình chưng cất Claisen

đá bọt

5 phút Lắc

10 ml dd NaCl bão hòa

Trang 10

Thu phân đoạn có

t s = 138 – 141 o C

Cân tính hiệu suất

10 ml cồn 96 o

0,5 ml

Lọ kín tối màu

Nhận xét màu & mùi Làm lạnh

Bình Wutz

Sinh hàn hồi lưu

amiăng

Trang 11

amiăng

Bình cầu

Trang 12

Ngày 23-9-2011

13 h 03 Chuẩn bị hóa chất

13 h 14 Bắt đầu đun bình cầu

13 h 25 Mẫu sôi ở 110oC Dung dịch từ từ chuyển sang màu đen

14 h 55 Lấy sản phẩm, có màu đen

15 h 10 Thêm nước lạnh và lắc phễu chiết Có hiện tượng phân lớp

15 h 18 Bỏ nước và thêm 10 ml Na2CO3 5% (lần 1)  Có hiện

tượng sủi bọt và phân lớp trên nâu đen – (dưới cam  trắng)

Thử quỳ  đỏ

15 h 26 Bỏ dưới trắng (dd Na2CO3) và thêm tiếp 10 ml Na2CO3 10%

(lần 2)  Có hiện tượng sủi bọt mạnh và phân lớp trên xanh tảo – dưới trắng

Thử quỳ  đỏ

(lần 3)  Có hiện tượng sủi bọt nhẹ và phân lớp trên cam – dưới trắng

Thử quỳ  không đổi màu

(lần 4)  Có hiện tượng sủi bọt nhẹ li ti và phân lớp trên cam nhạt– dưới trắng

Thử quỳ  xanh nhạt

15 h 44 Đổ nước muối vào dd  Sủi bọt trắng và phân lớp

15 h 50 Cho MgSO4 khan vào sản phẩm

Trang 13

4.1 Tính toán hiệu suất:

Khối lượng isoamyl axetat thu được: 14,4 g (0,11 mol)

Vì số mol ancol isoamylic < số mol phản ứng axit axetic (phản ứng theo tỷ lệ 1:1)nên hiệu suất phản ứng:

4.2 Đánh giá cảm quan:

Dung dịch sản phẩm thu được không màu, dễ bay hơi và có mùi của trái chuối

1) Tại sao phải thêm dung dịch NaCl bão hòa vào dung dịch trong phễu chiết?

Thêm NaCl bão hòa vào dung dịch để làm tăng tỉ trọng của nước trong dung dịch

để lớp ester phân lớp và được tách ra tốt hơn

2) Vai trò của hệ thống chưng cất Claisen?

Có tác dụng tách các cấu tử nhẹ, dễ bay hơi ra khỏi nhau dựa vào sự khác nhau vềnhiệt độ sôi của chúng Ta sử dụng hệ thống chưng cất để thu hồi ester isoamyl axetat

có độ tinh khiết cao và tách các tạp chất có trong isoamyl axetat ra bằng cách thu cácsản phẩm ở các phân đoạn nhiệt độ khác nhau Do ancol amylic có thể tan được trongisoamyl axetat, mà ancol này có Ts=132oC còn isoamyl axetat có Ts=141oC nên ta chỉthu lấy sản phẩm ester ở phân đoạn có nhiệt độ ổn định từ 138oC – 142oC

3) Tại sao phải làm lạnh sản phẩm trong thau nước đá?

Vì isoamyl axetat dễ bay hơi nên phải làm lạnh để nó ngưng tụ thành lỏng

4) Tại sao không nên không cho nhiều axit sunfuric?

Lượng axit H2SO4 thêm vào làm xúc tác không nên cho quá nhiều, vì nó có thể tạoester vô cơ với rượu và đặc biệt là tạo ion oxoni của ancol mà ion này lại không cókhả năng phản ứng

Trang 14

5) Tại sao không dùng NaOH để trung hòa axit sau phản ứng ester hóa?

- Dùng NaOH tạo ra một môi trường kiềm mạnh: sẽ thủy phân isoamyl axetat thuđược

- Dùng Na2CO3 tạo ra môi trường kiềm nhẹ và tạo ra khí CO2 thoát ra, đây vừa làdấu hiệu nhận biết, vừa không thay đổi pH của dung dịch đáng kể

6) Tại sao khi nhận xét màu và mùi của sản phẩm thu được không làm ngay mà lại lấy sản phẩm cho vào cồn?

Cồn rất dễ bay hơi nên nó sẽ lôi cuốn mùi của ester theo, giúp ta cảm nhận chínhxác được mùi của ester

Trang 15

Bài 11: Tách Bixin từ hạt điều

Công thức cấu tạo của bixin là:

Danh pháp IUPAC:

(2E,4E,6E,8E,10E,12E,14E,16Z,18E)-20-methoxy-4,8,13,17-tetramethyl-20-xoicosa-2,4,6,8,10,12,14,16,18-nonaenoic acid

Trong cơm của hạt điều có:

Hợp chất carotenoid (Bixin và Orelin): 4 – 6 %

Tinh dầu, tanin

Trang 16

Bixin dễ tan trong dung môi hữu cơ kém phân cực như: parafin, ete dầu hỏa, rất

dễ kết tinh trong axit axetic

Hệ thống chiết Soxhlet

50 g hạt điều khô giấy lọc 250 ml ete dầu hỏa

Đun cách thủy 2,5 h

t = 80 – 90 o C

Màu vàng dd rất nhạt

Hệ thống chưng cất thường

loại dung môi

Erlen

kết tinh

Sấy khô Nghiền mịn Xác định điểm

chảy

Trang 17

Hình 11.1: Hệ thống chiết Soxhlet.

Soxhlet

Sinh hàn hồi lưu

Bình cầu

Trang 18

12 h 31 Tiến hành chưng cất thường.

13 h 55 dd ở bình cầu ra màu đỏ đậm  ngừng đun

14 h 21 Thu hồi 125 ml ete dầu hỏa

Sản phẩm có sự phân lớp Dưới lỏng trong – trên đỏ đậmKhông tiến hành thí nghiệm nữa vì không có dụng cụ sắc ký cột

Chưa ra tinh chế ra sản phẩm cuối cùng nên không thể tính hiệu suất và đánh giácảm quan được

1) Tại sao phải dùng dung môi là ete dầu hỏa?

Bởi vì bixin là một chuỗi hydrocacbon dài có tính phân cực yếu mà ete dầu hỏa làchất không phân cực nên ete dầu hỏa sẽ là một dung môi tốt để hòa tan bixin

2) Vai trò của hệ thống chiết Soxhlet?

Trong quá trình chưng cất này dung môi ete – dầu hỏa từ bình cầu bên dưới liêntục bay hơi, khi bay lên gặp lạnh ở ống sinh hàn, dung môi ngưng tụ trở lại và rơixuống lại soxhlet, và làm thể tích dung môi chiết trong soxhlet tăng lên Khi lượngdung môi trong soxhlet vượt qua mức ống cong của ống dẫn thì dung môi cũ trongsoxhlet ( chứa bixin đã tách ra ) sẽ chảy về bình cầu Vì bixin có nhiệt độ bay hơi caonên nó sẽ ở lại trong bình cầu, còn ete – dầu hỏa sẽ lại được bay hơi tuần hoàn trở lạiliên tục để tiếp tục tách bixin từ hạt điều

3) Tại sao phải tiến hành đun cách thủy?

Quá trình chưng cất phải tiến hành đun cách thủy vì dung môi ete – dầu hỏa rất dễbay hơi và dễ cháy Nhiệt độ của quá trình đun cách thủy chỉ cần khoảng 60 – 70oC làdung môi ete – dầu hỏa đã bay hơi rồi

Trang 19

Bài 12: Tách Cafein từ phế liệu chè

Trang 20

Trong tự nhiên ankaloit có thể tồn tại ở dạng tự do, nhưng thường chúng tồn tại ởdạng muối với các axit hữu cơ ở trong cây như axit tactric Để tách ankaloit thôngthường người ta chuyển hóa ankaloit ở dạng muối về dạng bazo tự do bằng cách tẩmnguyên liệu với kiềm (như nước vôi trong, dung dịch amoniac ), sau đó dùng dungmôi hữu cơ như cloroform để chiết chúng.

Bình cầu + sinh hàn hồi lưu

28 g trà khô 250 ml nước vôitrong

Đun sôi 2,5 – 3 h

Erlen Lọc nóng

đun cạn

Bình chưng cất Nước Than hoạt tính

lọc than

Trang 21

Trang 22

Hình 12.2: Chưng cất đun cách thủy

13 h 00 Cho 28 g trà khô + 250 ml nước vôi trong vào bình cầu và

tiến hành đun sôi hồi lưu có ống sinh hàn

Trang 23

Chưa ra tinh chế ra sản phẩm cuối cùng nên không thể tính hiệu suất và đánh giácảm quan được

1) Tại sao phải cho nguyên liệu vào nước vôi trong?

Vì cafein là một loại ankaloit tồn tại ở dạng muối kết hợp với các axit hữu cơ nên muốn tách cafein được, người ta phải chuyển ankaloit ở dạng muối đó về dạng bazơ

tự do bằng cách ngâm nguyên liệu vào dung dịch kiềm như nước vôi trong

2) Tại sao phải chiết bằng cloroform?

Cafein là một loại chất có tính bazơ dễ tác dụng với các alkyl halogenua như là cloroform (CHCl3) Vì vậy cloroform được dùng làm dung môi để chiết

3) Tại sao phải kết tinh lại trong nước và than hoạt tính?

Than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng lớn sẽ hấp phụ chọn lọc lượng dung môi cloroform còn lại có trong sản phẩm Caffein là chất phân cực yếu nên dễ tách ra khỏinước khi được làm lạnh

Trang 24

Bài 5: Tổng hợp màu Parared

Trong phản ứng này, ion diazo được gọi là cấu tử diazo, còn các hợp chất thơmnhư phenol, amin được gọi là cấu tử azo, còn sản phẩm sinh ra có chứa nhóm–N=N– được gọi là hợp chất azo

Phản ứng tổng hợp Parared như sau:

β -naphtol

p-nitroanilinclorua

Trang 25

14 h 10 Cho 2 g β-naphtol + 25 ml NaOH 5%  màu xanh lam

(dung dịch 3)

14 h 17 Cho 1 g NaNO2 vào 5 ml nước  vàng cam (dung dịch 2)

14 h 23 Cho 1,5 g p-nitroanilin + 25 ml HCl đđ  màu cam nhạt

14 h 28 Cho dd 2 vào dd 1

14 h 45 Cho dd 3 vào dd 1+2  Quan sát thấy xuất hiện kết tủa màu

nâu đỏ Khấy đều dần dần  màu đỏ tươi (đậm)

15 h 10 Ngâm cách thủy ở 45oC, khuấy đều

Trang 26

15 h 27 Lọc sản phẩm ở áp suất thấp (lần 2).

15 h 40 Đem sản phẩm vào trong tủ hút làm khô

16 h 10 Cân sản phẩm, tính hiệu suất

Sản phẩm có màu đỏ tươi, mùi sáp ngai ngái Khi tay dính vết màu sản phẩm này

ta có thể rửa sạch bằng cồn etylic

Khối lượng parared đã tổng hợp được = 2,8 gam (0.0089 mol)

Số mol p-nitroanilin = 0.0109 mol; số mol NaNO2 = 0.029 mol; số mol β-naphtol

= 0.014 mol (HCl dùng dư) Phản ứng theo tỷ lệ 1:1nên hiệu suất tính theo nitroanilin

p-Hiệu suất của phản ứng tổng hợp màu Parared:

p nitroanilin phan ung

p nitroanilin ban dau

n H n

-

1) Viết các phản ứng theo giai đoạn trong bài thí nghiệm?

Cho dung dịch 2 (dd NaNO2) vào dung dịch 1 (dd p-nitroanilin + HCl đđ):

Phản ứng trong dung dịch 3 (β-naphtol + NaOH 5%):

Cho tiếp dung dịch 3 vào dung dịch 1+2, sẽ xảy ra phản ứng tạo màu parared:

parared

(1)

(2)

(3)

Trang 27

2) Tại sao lại phải điều chỉnh pH của các phản ứng cho ổn định?

Ở phản ứng (1), chúng ta điều chỉnh pH ở mức 4-5 Ở phản ứng (2) và (3), chúng

ta điều chỉnh pH ở mức 8-9 Vì các phản ứng này xảy ra sự ghép nối trên vòng bezennên có nhiều hơn 1 vị trí xảy ra phản ứng sẽ làm sinh sản phẩm phụ Vì vậy cần điềuchỉnh pH một cách ổn định quanh một giá trị xác định để độ chọn lọc sản phẩm mongmuốn là cao nhất

3) Tại sao phản ứng diazoni hóa lại diễn ra ở nhiệt độ thấp (0 – 5 o C)?

Vì muối diazoni sinh ra không bền, dễ phân hủy, quá trình này sẽ tăng khi nhiệt độtăng Mặt khác, phản ứng diazo hóa là phản ứng tỏa nhiệt nên việc duy trì nhiệt độthấp là cần thiết để thúc đẩy phản ứng xảy ra thuận lợi

4) Nêu đặc điểm và tính chất của hợp chất màu Parared?

Parared còn gọi là pigment red 1, được tổng hợp ra 2 dạng parared màu đỏ ánhsáng vàng và parared dark màu đỏ ánh xanh Parared có nhược điểm là độ bền với ánhsáng và môi trường thấp nhưng dễ tổng hợp và giá thành thấp nên vẫn được sử dụngnhiều trên thị trường

Là chất rắn dạng bột mịn, màu đỏ, nhiệt độ nóng chảy: tnc= 147 - 1500C Đượctổng hợp từ p-nitroanilin và β-naphtol, công thức cấu tạo:

Trong hợp chất parared có nhóm sinh màu là nhóm azo –N=N- và nhóm nitro –

NO2, nhóm trợ sắc là nhóm –OH

Một số hình ảnh trong quá trình làm thí nghiệm:

Trang 28

Hình 1: Sản phẩm của phản ứng sau khi đun hồi lưu (15 h 05 ngày 23-9-2011)

Hình 2: Cho Na 2 CO 3 lần 1 (15 h 20 ngày 23-9-2011)

Trang 29

Trang 30

Bài 11:

Hình 5: Sản phẩm sau khi chiết loại dung môi trong hệ thống soxhlet (14 h 25 ngày 25-9-2011)

Bài 12:

Trang 31

Hình 7: Chiết tách caffein bằng dung môi cloroform lần thứ 2 (15 h 50 ngày 25-9-2011)

Bài 4:

Hình 8: Làm khô sản phẩm màu Parared (15 h 35 ngày 30-9-2011)

Trang 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[3] Hóa học hữu cơ; Trần Văn Thạnh – Bộ môn Hữu Cơ – trường ĐH Bách Khoa

tp Hồ Chí Minh; 1998; chương 13, trang 310 – 321; chương 15, trang 353 – 357

Internet:

[4] http://en.wikipedia.org/wiki/ isoamyl_axetat (ngày truy cập: 25-9-2011)

[5] http://en.wikipedia.org/wiki/ caffein (ngày truy cập: 25-9-2011)

[6] http://en.wikipedia.org/wiki/ bixin (ngày truy cập: 25-9-2011)

[7] http://en.wikipedia.org/wiki/ Para_Red (ngày truy cập: 25-9-2011)

[8] http://en.wikipedia.org/wiki/ ester (ngày truy cập: 28-9-2011)

[9] http://en.wikipedia.org/wiki/ chloroform (ngày truy cập: 28-9-2011)

Phần mềm:

[10] ChemBioDraw Ultra (ChemBio Office 2008 - Cambridge Soft) dùng để vẽcác phân tử và dụng cụ thí nghiệm

Định dạng
Số trang	32
Dung lượng	18,69 MB