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

 

2. 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

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

3. Описание синтеза
4. Константы полученного соединения, выход продукта реакции
2. Вторая стадия реакции
1. Уравнение основной и побочной реакции

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

3. Описание синтеза
4. 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. 165,38^оС;

-т. пл. -23,14^оС;

-d²⁰ 0,9106 г/см³;

- n_D 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. 56,24^оС.[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 190-200^oC,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. 162-165^оС.[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 60^оС при 14 мм. рт. ст. и 60-94^оС при 14 мм. рт. ст. Вторую фракцию, представляющую из себя исходный спирт, еще раз подвергают дегидратации. Объединенные фракции с т.кип. < 60^оС при 14 мм. рт. ст. перегоняют повторно при атмосферном давлении. Выход около 12 г (55 % от теоретического),т. кип. 162^оС.[4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 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