Restaurování (2013) - Katedra organické chemie SamSTU. Katedra obecné, bioanorganické a bioorganické chemie Pedagogická a metodická práce. Publikační činnost
Po reorganizaci lékařského ústavu na Vojenskou lékařskou akademii (červenec 1939-1942) byl vedoucím katedry docent Vladimír Alekseevič Solomin, který katedru vedl až do listopadu 1962. Vydal učebnici „General and Anorganic Chemistry“, která se vyznačovala originální prezentací problematiky chemie a byla populární. Od roku 1963 do roku 1983 vedl katedru docent Viktor Ivanovič Batalin, který zajistil převedení vzdělávacího procesu katedry na moderní úroveň jak po stránce pedagogické, tak metodické a vědecké a položil základy specializované výuky chemie na nově otevřené fakulty – dětské, zubní a farmaceutické.
vedoucí katedry obecné, bioanorganické a bioorganické chemie profesor N. P. Avvakumova
V souladu s novým učebním plánem dostala od 1. září 1982 katedra nový název - Katedra bioanorganické a biofyzikální chemie. Od 1. září 1983 do 1. září 2008 vedl katedru Albert Ivanovič Agapov, absolvent Leningradské státní univerzity, který byl zároveň organizátorem a prvním děkanem Farmaceutické fakulty SamSMU, nyní čestným profesorem SamSMU. V akademickém roce 1985-86 byl na katedru převeden kurz organické chemie, dříve vyučovaný na katedře biochemie, a katedra se stala známou pod názvem Katedra obecné, bioanorganické a bioorganické chemie.
Od září 2008 vede katedru absolventka I. absolventské třídy Farmaceutické fakulty, čestná absolventka univerzity, doktorka biologických věd, profesorka Nadezhda Petrovna Avvakumova. Během svých studentských let vedla 5 let komsomolskou organizaci Farmaceutické fakulty a v roce 1975 byla vyfotografována u praporu vítězství.
Na výuce se podílejí vysoce kvalifikovaní pedagogičtí a laboratorní pracovníci: 2 profesoři, 4 docenti, 4 starší učitelé; stupně je 100 %, průměrný věk zaměstnanců je 52 let.
Výchovná práce katedry
Vzdělávací práce je zaměřena na realizaci modelu osobnostně orientovaného a pokročilého vzdělávání odborníků, přispívajícího k získávání odborných znalostí a osobního rozvoje. Výuka chemie je realizována na vysoké vědecké a pedagogické úrovni s využitím tradičních i moderních metod výuky a sledování znalostí studentů.
Katedra zajišťuje výuku studentů různých fakult prezenční, kombinované i kombinované formy studia. Katedře obecné, bioanorganické a bioorganické chemie jsou přiřazeny tyto disciplíny základních učebních plánů:
- Specializace "Všeobecné lékařství": chemie;
- Specializace "Pediatrie": chemie;
- Specializace „Lékařská a preventivní péče“: obecná a bioorganická chemie;
- Specializace "Stomatologie": chemie;
- Specialita "Farmacie": obecná a anorganická chemie;
Vzdělávací proces se uskutečňuje v souladu s cíli a dovednostmi stanovenými Státními vzdělávacími standardy jednotlivých odborností a oblastí přípravy. Cíle a získané dovednosti v konkrétních oborech přidělené katedře jsou stanoveny v pracovních programech, vzdělávacích a tematických plánech pro příslušné obory a odpovídají požadavkům Státních norem.
Zvláštností výuky oboru na katedře je její medicínské a biologické zaměření. Učební plán zahrnuje vybrané úseky obecné, bioanorganické, bioorganické, fyzikální, koloidní a analytické chemie, které organicky propojeny v podstatě tvoří kurz „Chemické základy životně důležitých procesů těla“, nezbytný pro formování přírodovědného myšlení lékařské specialisty. Tento kurz pokládá základy pro pochopení principů medicíny založené na důkazech. Každá sekce (modul) tohoto kurzu vybavuje studenty medicíny znalostmi, které potřebují k pochopení a zvládnutí podstaty a mechanismu procesů probíhajících v těle na molekulární úrovni.
Pracovníci katedry obecné, bioanorganické a bioorganické chemie
Výuka probíhá s využitím multimediálních projektorů; Všechny chemické laboratoře jsou vybaveny potřebným zařízením a činidly.
Mnoho práce odvádějí pracovníci katedry v rámci fakulty předuniverzitní přípravy: poskytují poradenskou pomoc učitelům chemie v hodinách medicíny, účastní se olympijského hnutí školáků „Budoucnost medicíny“, a zajistit výuku v rámci přípravných kurzů na SamSMU.
Vědecká práce katedry
V současné době se podařilo zformovat jednotné vědecké směřování katedry „Studium struktury, vlastností a biologické aktivity specifických organických látek léčivého bahna a přípravků na jejich bázi“, které je v současnosti relevantní, patentovatelné a inovativní. V této oblasti byly dokončeny dvě doktorské disertační práce (A. I. Agapov, 1999 a Avvakumova N. P., 2003) a obdrženo 8 kandidátských disertačních prací, 13 patentů a 4 granty, z toho 2 mezinárodní.
V rámci vědeckého kongresu v Tomsku v roce 2010 byla katedra uznána jako vedoucí centrum v Ruské federaci pro studium biologické aktivity huminových látek.
Profesorovi A. I. Agapovovi bylo uděleno nejvyšší ocenění AMTS Ruské federace za rozvoj teorie a praxe používání huminových přípravků - Zlatá medaile A. Čiževského.
Katedra v rámci tvůrčí spolupráce realizuje své projekty společně s mnoha univerzitami v zemi: Moskevská státní univerzita, Státní univerzita Samara, BSU, BSMU (Ufa), Státní lékařská akademie Kemerovo (Kemerovo). Oddělení provádí experimentální výzkum s vědeckými centry: Výzkumný ústav „Ústav experimentální medicíny a biotechnologie“ (Samara); "Ústav petrochemie a katalýzy RAS" (Ufa), NPO "Khimavtomatika" (Moskva).
Po celou dobu existence katedry se její zaměstnanci aktivně stýkají se studenty v rámci studentské vědecké společnosti. Studenti spolu s pedagogy úspěšně provádějí vědeckou a experimentální práci, jejímž výsledkem jsou četné diplomy, granty a certifikáty.
Aktivisté studentského vědeckého kroužku a mladí vědci katedry vystupují na různých mezinárodních, celoruských a regionálních konferencích.
Vzdělávací práce
Katedra obecné, bioanorganické a bioorganické chemie školí studenty pediatrické a farmaceutické fakulty. Učitelé dohlížejí na vzdělávací, výzkumnou, kulturní a vzdělávací práci, podílejí se na organizaci různých výstav a koncertů. Probíhají společné návštěvy divadel a probíhají diskuse o aktuálních aktuálních problémech. Nejvýraznější události studentského života se odrážejí v nástěnných novinách „Our Curated Sponsored Flow“. Na základě výsledků zimního soustředění, které je prvním ve studentském životě prvňáčků, jsou zasílány děkovné dopisy rodičům žáků, kteří dostali známku „výborně“. Realizované akce přispívají k všeobecné kulturní a mravní výchově studentů.
MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ A VĚDY RUSKÉ FEDERACE FEDERÁLNÍ STÁTNÍ ROZPOČTOVÉ VZDĚLÁVACÍ INSTITUCE VYSOKÉHO ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ „STÁTNÍ TECHNICKÁ UNIVERZITA SAMARA“ Katedra organické chemie M.V. LEONOVÁ, Y.N. KLIMOCHKINSKÉ METODY RESTAURACE V ORGANICKÉ SYNTÉZE Vzdělávací a metodická příručka Státní technická univerzita Samara Samara 2012 1 Vydáno rozhodnutím redakční a nakladatelské rady SamSTU MDT 542.9+547.2, 547.3, 547.6 Leonova M.V., Klimochkin Yun. Redukční metody v organické syntéze: vzdělávací příručka./ M.V. Leonova, Yu.N. Klimochkin - Samara, Samar. Stát tech. univ. 2012. 111 s.: ill.1 Uvažují se redukční reakce různých tříd organických sloučenin. Jsou uvedeny charakteristiky některých redukčních činidel a hydrogenačních katalyzátorů a jsou uvedeny pokyny pro výběr redukčních metod. Jsou uvedeny metody syntézy organických sloučenin různých tříd založené na redukčních reakcích. Pro studenty vysokých škol studujících chemicko-technologické obory a specializace. M.V. Leonova, Yu.N. Klimochkin, 2012 Samara State Technical University, 2012 2 OBSAH Úvod …………………………………………………… 1. Charakteristika redukčních činidel …………………... 5 7 2 . Redukce uhlovodíků……………………….. 3. Redukce halogenovaných uhlovodíků.. 4. Redukce alkoholů, fenolů a etherů.. 5. Redukce aldehydů a ketonů………………. 18 29 33 37 6. Redukce karboxylových kyselin a jejich derivátů 7. Redukce sloučenin obsahujících dusík……….. 8. Redukce sloučenin obsahujících síru………. 50 59 72 9. Příprava redukčních činidel a redukčních katalyzátorů …………………………………………………………... 10. Experimentální část ………………………… …. 11. Bezpečnostní opatření …………………………………… 12. Otázky pro sebekontrolu …………………………………... 82 101 105 Bibliografie ………………… …… …... Přílohy ……………………………………………………… 108 109 3 74 SEZNAM ZKRATEK Ac – acetyl Alk - alkyl Ar – aryl AcOH – kyselina octová Bu – butyl BuOH - butanol t-Bu – terc.butyl t-BuOH – terc.butanol 9-BBN - 9-borabicyklononan BINAP - 2,21-bis(difenylfosfino)-1,11-binaftyl Et – ethyl EtOH - ethanol Hal – halogen Het – hetaryl Kt – katalyzátor LTBA - lithium tris(terc-butoxy)aluminiumhydrid LTMA - lithium tris(methoxy)aluminiumhydrid Me – methyl Ph – fenyl Pr – propyl i-Pr – isopropyl i-PrOH – isopropanol THF – tetrahydrofuran Ts – tosyl (4-CH3C6H4SO2) Glyme – 1 ,2-dimethoxyethan DEG - diethylenglykol DIBAL-N - diisobutylaluminium hydrid Diglyme - diethylenglykol dimethylether DMF - N,N-dimethylformamid 4 ÚVOD Redukce je běžnou metodou pro přípravu mnoha organických sloučenin jak v laboratoři, tak v průmyslu. Redukční a oxidační reakce jsou charakterizovány procesem přenosu elektronů, přičemž oxidace je ztráta elektronů sloučeninou a redukce je zisk elektronů. Proto během procesu redukce redukční činidlo daruje jeden nebo více elektronů. Redukce v organické syntéze zahrnuje především dva typy reakcí: a) reakce, v jejichž důsledku se snižuje oxidační stav uhlíkových atomů v organických sloučeninách v molekulách. Tyto reakce mohou probíhat buď s vytěsněním kyslíku (s uvolněním vody), nebo bez vytěsnění kyslíku; b) reakce doprovázené poklesem oxidačního stavu N, S, P a dalších atomů v organických sloučeninách. Redukční reakce jsou chemické přeměny, které vedou ke snížení oxidačního stavu atomu nebo atomů představujících reakční centrum původní sloučeniny. Při výpočtu oxidačního stavu je každý sdílený elektronový pár zcela přiřazen elektronegativnějšímu z partnerských atomů a pár vazebných elektronů mezi atomy stejného prvku se mezi ně rozdělí. Náboj zbývající na atomu je obvykle považován za jeho oxidační stav. Vznik vazby mezi atomem uhlíku a jakýmkoliv elektronegativnějším atomem je spojen se zvýšením jeho oxidačního stavu o jedničku a naopak vznik vazby s méně elektronegativním atomem je spojen se snížením oxidačního stavu o jednu. jeden. Následují oxidační stavy atomů uhlíku v některých molekulách: 5 OH H -4 C C H H H H O O -2 H C0 H H H C +2 O H Látky, které jsou dobrými donory elektronů (alkálie, kovy alkalických zemin, zinek, cín, železo, kovové amalgámy) jsou používané jako redukční činidla, kovové soli v nejnižším oxidačním stavu, komplexní hydridy kovů, hydrazin, organohořečnaté sloučeniny, sulfidy a siřičitany alkalických kovů, dithioničitan sodný atd.). Redukčním činidlem je také vodík v době separace nebo v přítomnosti katalyzátoru. U široké škály redukčních metod závisí volba konkrétní metody na povaze výchozího substrátu, podmínkách izolace konečného produktu, jeho stabilitě a možnosti obnovení dalších funkčních skupin. Stejnou látku lze redukovat několika způsoby. V závislosti na povaze redukované látky a očekávaném výsledku se použijí vhodná redukční činidla a reakční podmínky. Současně je možné volbou podmínek a činidel provádět redukci různými rychlostmi a získat různé produkty. Navrhovaný manuál si nečiní nárok na kompletní prezentaci materiálu o restaurátorských metodách. Zde jsou uvedeny metody nejpoužívanější v laboratorní praxi. V této příručce je pro usnadnění a lepší porozumění studentům metod redukce organických sloučenin uveden teoretický materiál v následujícím pořadí. Nejprve jsou uvedeny charakteristiky a použití redukčních činidel. Dále jsou uvažovány způsoby redukce hlavních tříd organických sloučenin: uhlovodíky, halogenderiváty, alkoholy a fenoly, aldehydy a ketony, karboxylové kyseliny a jejich deriváty, sloučeniny obsahující dusík a síru. V praktické části 6 jsou uvedeny způsoby výroby hydrogenačních katalyzátorů používané v laboratorní praxi, některá redukční činidla a způsoby redukce různých tříd organických sloučenin. 1. CHARAKTERISTIKA REDUKČNÍCH ČINIDEL 1. Alkalické kovy a kovy alkalických zemin mají nízký ionizační potenciál a snadno předávají elektrony. Používají se v systémech kov - kapalný amoniak nebo amin, kov - alkohol, ale někdy i v aprotických rozpouštědlech. Často se používají amalgámy alkalických kovů a kovů alkalických zemin. Redukují karbonyl, sloučeniny obsahující dusík a sloučeniny s konjugovanými vazbami. 2. Cín, zinek, železo a některé další kovy, stejně jako jejich soli v nejnižším oxidačním stavu v kyselých, alkalických nebo neutrálních vodných médiích, jsou nejdostupnějšími činidly, která se často používají při získávání v průmyslu a v laboratorních podmínkách širokou škálu sloučenin obsahujících kyslík, síru a dusík. 3. Hydridy boru a hliníku. Pro získání v laboratorní praxi se používají: diboran B2H6; boranové komplexy s aminy R3N. BH3 (kapaliny nebo krystalické látky); komplex boranu s dimethylsulfidem BH3. SМе2; boranový komplex s tetrahydrofuranem; dibromboran použitý jako komplex s dimethylsulfidem - HBBr2. SМе2; selektivní hydroborační činidlo - 9-boracyklononan (9-BBN). 7HB 9-BBN Diboran se obvykle připravuje reakcí borohydridu sodného s etherátem fluoridu boritého. THF 3 NaBH 4 + 4 BF 3 o 2 B 2H6 + 3 NaBF 4 0 - 10 C V současné době existuje hotové činidlo – zředěný roztok diboranu v tetrahydrofuranu, který je nutné skladovat při 0 °C. Toto činidlo je velmi aktivní, ale extrémně hořlavé. Boranové komplexy s R3N aminy. BH3 je nehořlavý, ale s alkeny reaguje pouze při zvýšených teplotách (100°C). Mezi hydridy hliníku je nejběžnějším činidlem pro redukci násobných vazeb DIBAL-N diisobutylaluminiumhydrid (i-C4H9)2AlH. V průmyslu se získává z 2-methylpropenu, hliníkového prášku a vodíku. o H3C CH2 4 + 2 Al + 50 - 70 C 3 H2 H3C 50 - 60 àòì 2 ((ÑH3)2CHCH2)2AlH DIBAL-N Jako činidlo lze DIBAL-N použít samostatně nebo ve formě 1M roztoku v toluenu. Ve svém jednotlivém stavu je látka samozápalná, proto by se měla zpracovávat v atmosféře argonu nebo dusíku. Jako rozpouštědla pro reakce s DIBAL-N se používají ether, benzen, toluen a cyklohexan. Tetrahydrofuran tvoří s tímto činidlem komplex. DIBAL-N se snadno přichytí na trojnou vazbu uhlík-uhlík i při nízkých teplotách. Dvojné vazby C=C8 podléhají hydroaluminaci mnohem pomaleji, což umožňuje převádět alkyny, zejména terminální, na alkeny. DIBAL-N navíc snadno obnovuje mnoho funkčních skupin (COOR, CN atd.). 4. Komplexní hydridy kovů - LiAlH4, NaBH4 a další jsou schopné redukovat organické sloučeniny mnoha tříd. Komplexní hydridy kovů jsou nukleofilní povahy, dodávají vodík spolu s párem elektronů, tj. hydridovým iontem. V redukované sloučenině napadají elektrofilní centrum. Nejčastěji používaným lithiumaluminiumhydridem je LiAlH4. Toto činidlo bylo objeveno v roce 1947 a připravuje se v etheru podle následujícího schématu: 4LiH + AlCl3 → LiAlH4 + 3LiCl Lithiumaluminiumhydrid se obvykle používá jako roztok nebo suspenze v absolutním etheru nebo tetrahydrofuranu, protože reaguje s protickými rozpouštědly. LiAlH4 je velmi dobře rozpustný v etheru (35 g činidla na 100 g etheru). K dosažení takové rozpustnosti je nutný prodloužený var s přebytkem etheru. Komplexní alkoxyaluminiumhydridy se získávají reakcí lithiumaluminiumhydridu s vypočteným množstvím alkoholu: LiAlH4 + 3 CH3OH → LiAl(OCH3)3H + 3 H2 LTMA Když je lithiumaluminiumhydrid vystaven přebytku terc-butylalkoholu, pouze lithium tris( Získá se terc-butoxy)aluminiumhydrid (LTBA). LiAlH4 + t-BuOH → LiAl(O-t-Bu)3H + 3 H2 přebytek LTBA 9 Alkoxyaluminiumhydridy jsou velmi selektivní redukční činidla. Například LTBA redukuje karbonylovou skupinu a,p-nenasycených aldehydů bez ovlivnění vazby C=C. Kromě toho je LTBA, užívaný v ekvivalentním množství, schopen redukovat aldehydovou skupinu bez ovlivnění ketonové skupiny. Borohydrid sodný byl získán v roce 1943. o 4 NaH + B(OCH3)3 250 C NaBH 4 + 3 NaOCH3 Tento komplexní hydrid se ukázal jako velmi vhodný pro redukci různých funkčních skupin. Účinně redukuje aldehydy, ketony a chloridy kyselin. Redukce NaBH4 se může provádět jak v alkoholech, tak ve směsi voda-alkohol. Reaktivita tohoto redukčního činidla je však nižší než reaktivita lithiumaluminiumhydridu a redukce se často provádí v alkalickém prostředí, což zvyšuje stabilitu NaBH4 v alkoholech a vodně-alkoholických roztocích. V závislosti na struktuře výchozí sloučeniny se komplexní hydridy kovů berou v množství rovném ekvivalentu hydridu. Hydridový ekvivalent je množství redukčního činidla (včetně aktivního vodíku), vyjádřené v molech, potřebné k redukci 1 molu původní sloučeniny. Například LiAlH4 používá k redukci čtyři atomy vodíku a jeho jeden hydridový ekvivalent je 0,25 mol. Produkty redukce sloučenin různých tříd lithiumaluminiumhydridem a jeho hydridovým ekvivalentem jsou uvedeny v tabulce 1. 5. Alkoholy v přítomnosti alkoholátů hlinitých (RO)3A1 se používají k redukci aldehydů a ketonů (reakce Meerwein-Ponndorf-Verley). 10 6. Hydrazin H2N–NH2 je redukční činidlo skupin –NO, -NO2, C=O, působící rovněž na dvojnou vazbu uhlík-uhlík. Redukčním činidlem není samotný hydrazin, ale produkt jeho přeměny - diimid (HN=NH). Vyrábí se oxidací hydrazinu, nejčastěji peroxidem vodíku za přítomnosti síranu měďnatého jako katalyzátoru. Tabulka 1 Sloučeniny redukované LiAlH4 Výchozí sloučenina Redukční produkt Aldehyd RCHO Keton R2C=O Chlorid kyseliny RCOCl Ester R1CO2R2 Alkohol RCH2OH Alkohol R2CHOH Amid RCONR2 (terciární) Amid RCONHR (sekundární) Amid RCONH2 (primární) Nitril OCNxi kyselina RCOOH RNO 2 (alifatické) Halogenidy RHal Spotřeba LiAlH4 (ekvivalent hydridu) 1 1 Alkohol RCH2OH 2 Alkohol R1CH2OH+R2OH 2 Terciární amin RCH2-NR2 nebo aldehyd RCHO Sekundární amin RCH2NHR Primární amin RCH2NH2 Primární amin RCH2NH2OH2 nebo NH2NH2 AminoRCH2OH2 nebo aldehyd 3 Amin RNH2 atd. 6 Uhlovodík RH 1 11 1 3 4 2 1 3 7. Donory hydridových iontů – používají se k redukci terciárních alkoholů a dalších sloučenin, které mohou snadno tvořit karbeniové ionty. Nejčastěji se v praxi organické syntézy používá triethylsilan a organokřemičitý oligomer GKZh-94: CH3 Si O H n 8. Redukční činidla obsahující síru. V průmyslu se používá sulfid sodný Na2S, hydrosulfid sodný NaHS, polysulfid sodný Na2Sn (n=2,3...). V di- a trinitro sloučeninách tato činidla selektivně redukují jednu nitroskupinu bez ovlivnění ostatních. Siřičitan sodný Na2SO3 se používá pro redukci diazoniových solí na odpovídající arylhydraziny. Dithioničitan sodný Na2S2O4 redukuje azosloučeniny na aminy. Používá se také pro redukci nitrososloučenin a nitrosloučenin, chinonů a disulfidů. 9. Jodovodík HJ. Toto činidlo se často používá v laboratorní praxi pro redukci alifatických alkoholů a etherů. 10. Molekulární vodík – v přítomnosti katalyzátorů se používá k redukci různých organických sloučenin. Přidání vodíku k organickým sloučeninám se nazývá hydrogenace. Hydrogenaci lze provádět za podmínek heterogenní a homogenní katalýzy. K heterogenní hydrogenaci obvykle dochází na pevném povrchu kovového katalyzátoru a je způsobena aktivací molekul činidla při interakci s povrchem. Redukce vodíkem může být doprovázena hydrogenolýzou. Hydrogenolýza (destruktivní hydrogenace) je porušení vazby uhlík-uhlík, uhlík-heteroatom (N, S, O atd.) nebo heteroatom-heteroatom v organických sloučeninách pod vlivem vodíku. Obvykle se provádí v přítomnosti hydrogenačních katalyzátorů. Produkty hydrogenace jsou uvedeny v tabulce 2. sloučeniny různých tříd Tabulka 2 Sloučeniny (funkční skupina) redukované katalytickou hydrogenací Redukovaná sloučenina (funkční skupina) Redukční produkt RCOCl RCHO, RCH2OH RNO2 RNH2 RCCR RCH=CHR, RCH2CH2R RCHO RCH2OH RCH=CHR RCH2CH2R RCOR RCH(OH)R, RCH2R RCN RCH2NH2 RCOOR1 RCH2OH (R1OH) RCONHR1 RCH2NHR1 C6H6 C6H12 ROH RH RCOOH RCH2OH 13 Katalyzátory pro heterogenní hydrogenaci jsou chemické prvky s neúplnými d-slupkami, nejčastěji kovy skupiny VIII.) (Nikel – nikl) periodického systému Ni aR – aktivní a univerzální katalyzátor . Často se používají tzv. skeletální katalyzátory nebo Raneyovy katalyzátory. Je známo sedm druhů takových katalyzátorů, které jsou označeny W1, W2, …….W7. Jsou připraveny ze slitiny niklu a hliníku v poměru 1:1 (slitina Raney), obsahující malé množství titanu (pro zvýšení křehkosti). Slitina je rozdrcena a poté ošetřena alkálií. V tomto případě se hliník vymyje a uvolněný vodík je adsorbován niklem: NiAl2 + 6NaOH + 6H2O → Ni + 2Na3 + 3H2 houbovitý Dobře připravený Raneyův nikl je samozápalný a musí být skladován pod vrstvou rozpouštědla. Po použití se odfiltruje z reakční směsi (kov by neměl zůstat suchý) a rozpustí se ve zředěné kyselině dusičné (bouřlivá reakce!). Aktivita Raneyova niklu do značné míry závisí na podmínkách hydrogenace a může se měnit v dosti širokých mezích zaváděním vhodných látek do reakční směsi. Zvýšení aktivity se dosahuje především použitím chloridu palladnatého a platiny jako aktivátorů. Částečné snížení aktivity Raneyova niklu za účelem jeho použití pro selektivní hydrogenaci lze dosáhnout zavedením octanu zinečnatého a piperidinu, pyridinu nebo chinolinu, směsi kyseliny nikotinové, morfolinu a pyridinu atd. b) Pt, Pt/C, PtO2.H2O (Adamsův katalyzátor) – platinové katalyzátory, které umožňují hydrogenaci většiny funkčních skupin. 14 Platinová čerň se v laboratorní praxi získává redukcí kyseliny chloroplatičité formaldehydem. H 2 PtCl 6 + H2O CH 2 O KOH Pt černý prášek Vzniklá čerň se promyje destilovanou vodou. Při získávání tohoto katalyzátoru je nutné přísně dodržovat podmínky pro získání černě, jinak může dojít k neaktivní formě katalyzátoru. Pro hydrogenaci je vhodnější použít Adamsův katalyzátor PtO2. H2O. Získává se fúzí kyseliny chloroplatičité s dusičnanem sodným při 500-550 °C. H2PtCl6 + NaNO3 → PtO2 žlutohnědý Po ukončení uvolňování NO2 se slitina ochladí a promyje vodou. Výsledným oxidem je PtO2. H2O je dobře zachována a její redukce vodíkem na platinu probíhá přímo v reakční nádobě. Platinu na nosiči na uhlíku Pt/C lze připravit reakcí soli Na2PtCl6 s borohydridem sodným v přítomnosti nosiče, například: Na 2 PtCl 6 NaBH 4, C-forma Pt/C o C2 H5OH, 25 C c) Pd, Pd/C, Pd/ CaCO3 a další – palladiové katalyzátory. S volnými kovovými katalyzátory není příliš snadné manipulovat a vyžadují zvláštní opatření během skladování. Navíc se katalytických procesů účastní pouze tenká povrchová vrstva kovu, proto je vhodné nanést tenkou vrstvu katalyzátoru na substrát - „nosič“. 15 Používají se různé nosiče: aktivní uhlí, oxid hlinitý, oxid křemičitý, sírany a uhličitany barya, vápníku a dalších kovů, azbest, pemza, křemelina atd. Například vypočítané množství roztoku síranu sodného se přidá do roztoku chlorid barnatý a poté roztok Na2PdCl4, který se adsorbuje na povrchu síranu barnatého. Následuje klasická redukce na kov, například formaldehydem. Na2PdCl4 + CH2O + 3NaOH → Pd + HCOONa + 4NaCl + 2H2O Velmi aktivním katalyzátorem je palladium na uhlíku Pd/C. Úlohou inertního nosiče je zvětšit kontaktní povrch kovu nebo jiné aktivní složky katalyzátoru s reagujícími látkami. Proto specifický povrch samotného nosiče a jeho struktura ovlivňují aktivitu katalyzátoru. Navíc lze jeho aktivitu, selektivitu a stabilitu často zvýšit přidáním malého množství jiných kovů, solí, oxidů nebo minerálních kyselin nazývaných promotory (aktivátory). Někdy jsou nosičové katalyzátory komplexní kompozice: Pd/CaCO3 + Pb(OCOCH3)2 – Lindlarův katalyzátor je účinný pro selektivní hydrogenaci trojných vazeb na cis dvojné vazby; Pd/BaSO4 + S8/chinolin - katalyzátor Rosenmund. d) oxid (MgO, ZnO, Cr2O3, Fe2O3 atd.), komplexní oxid (ZnO + Cr2O3, CuO + Cr2O3, CuO + CuCg2O4), sulfid (FeS, CoS, Re2S7, MoS2, NiS, WS2 atd.) používané v průmyslu .) a vícesložkové katalyzátory, včetně sloučenin titanu, vanadu, hliníku, hořčíku, zinku. 16 Adkinsovým katalyzátorem je chromit měďnatý, komplexní anorganická sloučenina o složení Cu2Cr2O5, která se používá pro katalýzu v organické syntéze. Homogenní hydrogenace. Některé komplexy přechodných kovů jsou schopné katalyzovat hydrogenaci alkenů a alkynů. Protože tyto komplexy jsou rozpustné v organických rozpouštědlech a jsou ve stejné fázi s výchozími činidly, nazývá se taková hydrogenace homogenní. Katalyzátory pro homogenní hydrogenaci jsou: (Ph3P)3RhCl – Wilkinsonův katalyzátor; IrCl(CO)(Ph3P)2 - katalyzátor Vaska et al Při hydrogenaci alkenů nebo alkynů v přítomnosti komplexů přechodných kovů nejsou ovlivněny skupiny NO2, COOR, CN, C(O)R, např.: Ph CH CH. NO 2 + H2 (PPh 3) 3RhCl CH 3COC 2H5 Ph CH2 CH2 NO 2 44 % Výhody homogenní hydrogenace oproti heterogenní jsou: - lepší reprodukovatelnost výsledků; - absence hydrogenolýzy vazeb C-O a C-N; - vysoká selektivita; - necitlivost na katalytické jedy. Použití chirálních ligandů umožňuje asymetrickou hydrogenaci vazeb C=C, C=O nebo C=N. Jedním z nejpoužívanějších chirálních ligandů pro tento účel je 2,21bis(difenylfosfino)-1,11-binaftyl (BINAP). 17 PPh2 PPh2 (R)-(+)-BINAR 2. REDUKCE UHLOVODÍKŮ Redukční reakce uhlovodíků lze rozdělit na dva typy: 1. Adice vodíku přes násobné vazby: CH CH H2 CH2 CH2 H2 CH3 CH3 2. Reakce s vodíkem doprovázené štěpením vazeb uhlík-uhlík (destruktivní hydrogenace nebo hydrogenolýza). Těchto reakcí jsou schopné uhlovodíky s otevřeným řetězcem, cykloalkany a aromatické sloučeniny s postranním řetězcem. Alkany a cykloalkany. Hydrogenolýza alkanů se obvykle provádí na průmyslových reformovacích katalyzátorech, například Pt/Al2O3 při 285 °C, což vede k jejich přeměně na uhlovodíky s nižší molekulovou hmotností. Během hydrogenolýzy mohou být rozbity jakékoli vazby C-C v molekulách alkanů. Obsah methanu v reakčních produktech se významně zvyšuje se zvýšením stupně rozvětvení uhlovodíku a následně se zvýšením počtu methylových skupin. Hydrogenolýzu alkanů za použití ethanu jako příkladu lze znázornit následujícím schématem: CH3 H2 CH3 Kt 2 CH4 Vlivem vodíku v přítomnosti katalyzátoru dochází v molekulách cykloalkanu k otevření kruhu. Katalytická hydrogenolýza cyklopropanů probíhá velmi snadno. Cyklobutan je méně reaktivní a otevírání kruhu během hydrogenolýzy nastává za přísnějších podmínek. H2/Ni 80°C H2/Ni 180°C H2/Ni 300°C Alkeny a dieny K adici vodíku přes izolovanou dvojnou vazbu uhlík-uhlík v přítomnosti vzácných kovů a Raneyova niklu obvykle snadno dochází při teplotě 20 -25 °C a tlaku vodíku 1 - 4 atm. Reakční rychlost závisí na struktuře sloučeniny a v řadě alkenů a cykloalkenů klesá s rostoucím stupněm substituce ethylenového fragmentu (Lebedevovo pravidlo). Ethylen se hydrogenuje nejrychleji a u jeho homologů rychlost reakce v důsledku screeningového efektu substituentů spadá do tohoto pořadí: 19 R H2 C CH2 CH2 > > R R R > CH2 > R R > R R R R R > R Stereochemický výsledek hydrogenace do značné míry závisí na povaze katalyzátoru a reakčních podmínkách. C H H katalyzátor C CH katalyzátor C H CH CH katalyzátor Ve výše uvedených diagramech je vidět, že se oba atomy vodíku přibližují k atomům uhlíku dvojné vazby z povrchu kovového katalyzátoru. A obvykle k adici dochází pouze na jedné straně dvojné vazby. V tomto případě je molekula substrátu přivrácena k povrchu katalyzátoru zpravidla svou prostorově méně zakrytou stranou. Pokud se alken váže na katalyzátor dostatečně silně, pak se v důsledku hydrogenace tvoří převážně synadiční produkt*. Při méně silné vazbě alkenu na povrch katalyzátoru však dochází k přidávání vodíku v krocích. Po přidání prvního atomu vodíku může dojít jak ke změně polohy molekuly substrátu na povrchu katalyzátoru, tak k různým izomerizačním procesům. V tomto případě může být převládajícím směrem reakce antiadice. Stereochemický výsledek hydrogenace se může lišit v závislosti na použitém katalyzátoru. Platinové katalyzátory tedy produkují hlavně syn-adiční produkt a při použití palladiového katalyzátoru často vzniká antiadiční produkt. Například, když se 1,2-dimethylcyklohexen hydrogenuje na Pt02 v kyselině octové při 25 °C a atmosférickém tlaku, vytvoří se produkt obsahující 82 % cis izomeru a 18 % trans izomeru. Když se tlak vodíku zvýší na 500 atm, obsah cis izomeru se zvýší na 95 %. ___________________________________________________________________ *Synová adice – když jsou dva fragmenty činidla přidány na stejnou stranu vícenásobné vazby. V případech, kdy jsou atomy nebo skupiny atomů přidány na různých stranách násobné vazby, dochází k antiadici. Termíny syn- a anti- jsou významově ekvivalentní termínům cisi trans-. Je třeba vzít v úvahu, že výrazy syn- a anti- se vztahují k typu připevnění a výrazy cis- a trans- ke struktuře substrátu. H CH 3 H2, Pd/CH2, PtO 2 H o AcOH, 25 C H3CH 73 % trans-1,2-dimethylcyklohexan H o AcOH, 25 C H3C CH3 1,2-dimethylcyklohexen H3C CH3 82 % cis-1,2 -dimethylcyklohexan Hydrogenace 1,2-dimethylcyklohexenu na Pd/C vede ke vzniku směsi izomerů 1,2-dimethylcyklohexanu, ve které převažuje trans izomer (73 %). Hydrogenační reakce je exotermická. Důležitou vlastností většiny hydrogenačních reakcí je jejich reverzibilita (dehydrogenace). Redukce alkenů na odpovídající alkany může být provedena za použití diimidu NH=NH. Diimid lze získat dvěma hlavními metodami: oxidací hydrazinu peroxidem vodíku 21 v přítomnosti iontů Cu2+ nebo reakcí hydrazinu s Raneyovým Ni. CH3 CH3 NH2NH2 H CH3 Ni - Raney CH3 H cis-1,2-dimethylcyklopentan 1,2-dimethylcyklopenten Charakteristickým rysem této metody je, že proces redukce probíhá jako syn adice. Nepřímá metoda hydrogenace nenasycených sloučenin zahrnuje interakci alkenů s hydridy boru. Tato metoda se nazývá hydroborace. Reakce diboranu B2H6 s alkenem probíhá jako syn adice na dvojnou vazbu, např.: CH3 CH3 CH3 H + B2H6 BH2 CH3 CH3 CH3 H H) B 3 B H H CH3 Následný rozklad vzniklého tris(2-methylcyklohexyl)boranu s kyselina octová vede k uhlovodíku: CH3 H CH3 AcOH 3 + B(OAc) 3)3 B Pokud je alken nesymetrický, pak se atom boru váže přednostně na nejméně substituovaný atom uhlíku (nejvíce hydrogenovaný), tzn. proti Markovnikovově vládě. 22 H3C CH CH2 B2H 6 H3C CH2 CH2 BH2 ..... (H3C CH2 CH) B 23 Tento směr sčítání je způsoben především prostorovými efekty. Vlivem kyselin v alkylboranech dochází ke štěpení vazby C-B, přičemž proton napadá atom uhlíku s částečně záporným nábojem: (R CH2 + CH2)3 B 3 R CH2 CH3 Ke štěpení C-B vazba, je to nejúčinnější kyselina octová, protože atom boru má tendenci vytvářet vazby s kyslíkem. Dieny s přímým řetězcem hydrogenují rychleji než olefiny. V závislosti na struktuře dienu může být vodík přidán nejprve do polohy 1,4 nebo současně do polohy 1,2 a 1,4. Úplná hydrogenace vede k alkanům. 1.2H2C CH CH CH2 H2 H3C CH2 CH CH2 H2 1,4- H3C CH CH H3C CH2 CH2 CH3 CH3 Konjugované dieny podléhají adičním reakcím snadněji než nekonjugované dieny. Hydrogenace konjugovaných dienů za heterogenní katalýzy obvykle vede k alkanům. Je možné selektivně redukovat dien za vzniku alkenu působením sodíkového amalgámu ve vodně-alkoholickém prostředí nebo se sodíkem v kapalném amoniaku. V tomto případě se tvoří 1,4-adiční produkty (E- a Z-izomery): 23 Na NH3 kapalný. CH2 CH CH CH2 CH3 CH Na (Hg) CH CH3 H2O, EtOH 1,3-butadien 2-buten Alkyny Redukce acetylenových uhlovodíků může probíhat zcela na nasycené sloučeniny nebo částečně na sloučeniny ethylenu. Kompletní hydrogenace se obvykle provádí za mírných podmínek (25 °C, 1 – 5 atm) na palladiu, platině a aktivních niklových katalyzátorech: CH3 C CH H2 Kt CH3 CH CH2 H2 CH3 CH2 CH3 Kt Částečná hydrogenace acetylenů je mnohem praktičtější důležitost. V tomto případě jsou nejvhodnějšími katalyzátory palladiové katalyzátory, částečně deaktivované octanem olovnatým (Lindlarův katalyzátor), a niklové katalyzátory (skeletové atd.). Například: R 1 R 2 H2, kàò. Lineární R 1 R 2 o EtOH, 0-20 C H H cis-alken Rychlost hydrogenace trojné vazby na těchto katalyzátorech je vyšší než u dvojné vazby, zatímco na jiných katalyzátorech takový rozdíl není, nebo se dvojná vazba hydrogenuje při. vyšší rychlost (zejména pokud se jedná o terminálovou komunikaci). Alkyny lze také redukovat roztoky kovů v kapalném amoniaku. Tento proces je stereoselektivní a produkty 24 redukce disubstituovaných alkynů jsou alkeny mající konfiguraci E (trans-), například: CH3 CH2 C C CH2 COOH H CH3 CH2 Li C C THF, NH3 CH2 COOH H Tato metoda úspěšně doplňuje katalytickou hydrogenaci , který produkuje alkeny se Z -konfigurací (cis-). Hydridy hliníku se používají k redukci alkynů v organické syntéze. Adice hydridů hliníku na násobných vazbách se nazývá hydroaluminační reakce. Nejoblíbenějším činidlem pro tyto reakce je diisobutylaluminiumhydrid - (i-C4H9)2AlH (DIBAL-N). Charakteristickou vlastností tohoto činidla je snadná adice na trojnou vazbu uhlík-uhlík, a to i při nízkých teplotách. Dvojné vazby podléhají hydroaluminaci mnohem pomaleji. To umožňuje, aby alkyny, zejména terminální alkyny, byly převedeny na alkeny. RC CH + (i-Bu)2AlH -20oC toluen R H H CH 3OH Al(i-Bu)2 R H H H Při redukci hydridy hliníku se atom hliníku přednostně váže s méně substituovaným atomem uhlíku. Arény Stabilita aromatického systému určuje jeho nižší reaktivitu během hydrogenace ve srovnání s olefiny. Relativní rychlosti hydrogenace benzenu, cyklohexenu a dvojné vazby ve styrenu jsou tedy: 25 900 150 1 Benzen se hydrogenuje mnohem obtížněji než nenasycené uhlovodíky. Předpokládá se, že přidávání atomů vodíku přicházejících z povrchu katalyzátoru k adsorbované molekule probíhá ve stupních. První fáze přichází s absorpcí energie. Následující stupně jsou exotermické a jejich rychlost je mnohem vyšší než u prvního stupně. V důsledku toho je nemožné izolovat meziprodukty (cyklohexadien a cyklohexen) během hydrogenace benzenu. 3 H2 N i Pro hydrogenaci benzenu, jeho homologů a derivátů se používají platinové a rhodiové katalyzátory, v některých případech vysoce aktivní druhy skeletálního niklu při teplotách 25 - 50 °C a tlaku vodíku 1 - 3 atm. Homology benzenu se hydrogenují nižší rychlostí než samotný benzen. U alkenylbenzenů se nejprve redukuje postranní řetězec. V závislosti na reakčních podmínkách a katalyzátoru může být provedena úplná hydrogenace aromatického kruhu a postranního řetězce nebo selektivní hydrogenace postranního řetězce: C2H5 4 H2 CH CH2 Ni 26 H2 Cu C2H5 Aromatické uhlovodíky s kondenzovanými jádry se hydrogenují postupně, přičemž vazby jednoho kruhu jsou nasyceny jako první. Hydrogenace naftalenu probíhá v následujících fázích (se střední izomerizací 1,4-dihydronaftalenu na stabilnější 1,2-izomer): 8 1 7 H2 2 6 H2 3 4 5 1,4-dihydronaftalen a 1,2-a rozsah 3 H2 Při hydrogenaci anthracenu do poloh 9 a 10: 8 9 1 7 2 6, nejprve se přidá 6 H2 H2 3 5 10 4 Redukce aromatických kruhů systémem kov-amoniak je nejpoužívanější metodou redukce v syntéza organické hmoty. Roztoky kovů v kapalném amoniaku působí jako činidla dostatečně silná pro redukci aromatického kruhu a zároveň dostatečně specifická, aby zajistila, že redukce nastane pouze částečně na dihydrobenzeny (cyklohexadieny). Tento typ reakce je známý jako Birchova redukce. Snadnost redukce klesá v pořadí: antracen > fenantren > naftalen > difenyl > benzen Samotný benzen nelze redukovat alkalickým kovem v kapalném čpavku a jeho redukci na 1,4-dihydrobenzen lze úspěšně provést pouze v přítomnosti donor protonu, který je účinnější než amoniak, jako je ethanol: Na, EtOH NH3 (æ) Tento typ redukce je také pozorován u substituovaných derivátů benzenu. Chemoselektivita je jedinečnou vlastností Burchovy redukce, protože hlavními produkty jsou nekonjugované dieny. Při nahrazení sodíku lithiem se zvyšují výtěžky dienových produktů. Při použití lithia se obnovy dosáhne i v případech, kdy sodík není účinný. Při této metodě se na konci reakce přidává alkohol. Pro zvýšení rozpustnosti výchozího materiálu se k reakční směsi často přidává ether nebo tetrahydrofuran. Reakční mechanismus v prvním stupni zahrnuje přenos elektronu z kovu na aromatickou sloučeninu za vzniku radikálového aniontu (1). Protonací tohoto radikálového aniontu alkoholem vznikne radikál (2), který pak získá další elektron, čímž vznikne anion (3). Protonace posledně jmenovaného alkoholem vede k cyklohexadienu (4). 28 H H. . + M = Li, Na. ROH - RO M NH3 - H H . + H-. M H H H H (2) ROH NH3 - RO H H H (1) H - H (3) H (4) Birchova reakce se zpomaluje v přítomnosti elektron-donorových substituentů v molekule aromatické sloučeniny, protože komplikují první pomalý stupeň reakce - přenos elektronu z alkalického kovu na molekulu aromatická sloučenina. V tomto případě substráty obsahující elektron-donorový substituent tvoří 1-substituovaný 1,4-cyklohexadien. O O Na CH3 CH3 NH3(æ) 80 % Redukce substrátů se substituenty přitahujícími elektrony vede ke vzniku 3-substituovaného 1,4cyklohexadienu. - COOH ÑOO Na Na , NH3(æ) + COOH H3 O EtOH 29 + Je třeba poznamenat, že většina akceptorových skupin se za podmínek Birchovy reakce sama redukuje, a to především. Významná část příkladů Birchovy redukce aromatických derivátů obsahujících skupiny přitahující elektrony je proto spojena s redukcí aromatických kyselin nebo jejich amidů. V případech, kdy je jako zdroj protonů použit octan amonný, je amidová skupina redukována na aldehyd. 3. OBNOVA HALOGENOVÝCH DERIVÁTŮ Uhlovodíků Hydrogenolýza halogenových derivátů snadno probíhá na různých katalyzátorech. Při hydrogenolýze halogenderivátů má rozhodující význam povaha vazby uhlík-halogen (typ halogenu) a reakční podmínky, především teplota. Obecně se odolnost vůči hydrogenolýze vazby uhlík-halogen mění v tomto pořadí: jod-< бром- < хлор- < фторпроизводные Йод- и бромалканы легко восстанавливаются на скелетном никелевом катализаторе в присутствии гидроксида калия при температуре 25оС и атмосферном давлении. Хлориды в этих условиях подвергаются гидрогенолизу медленнее. Алкилфториды восстановить с приемлемыми выходами даже в жёстких условиях практически не удаётся. В случае непредельных галогенпроизводных восстановительное дегалогенирование протекает особенно легко, если атом галогена находится в аллильном или пропаргильном положении. При этом во всех случаях восстанавливается и кратная связь. 30 R CH CH CH2Br H2 R CH2 CH2 CH3 Ni В ароматических соединениях атом галогена в бензильном положении замещается водородом намного легче, чем атом галогена, находящийся в ароматическом кольце. Дегалогенирование может быть осуществлено без восстановления бензольного кольца. Прекрасным катализатором гидрогенолиза галогенпроизводных разных типов является никель Ренея. Дегалогенирование арилгалогенидов проводят в присутствии щёлочи и обычно при температуре 25оС и давлении 1 – 3 атм: Br OH OH H2 o Ni, 25 C O CH3 O CH3 Арилгалогениды на оксиде платины при температуре 50-70оС и давлении 3 атм не только подвергаются гидрогенолизу, но и полностью гидрируются, давая циклоаланы с выходом 70-95%, например: R H2 PtO2, EtOH, 55oC, 3атм R=Br, Cl При действии комплексных гидридов металлов на первичные и вторичные алкилгалогениды происходит замещение галогена водородом: H3C CH2 LiAlH 4 CH2 Br ýôèð 31 H3C CH2 CH3 Бензил- и аллилгалогениды при действии алюмогидрида лития претерпевают восстановительное расщепление легче, чем арилгалогениды. Это иногда позволяет провести процесс селективно. Cl Cl LiAlH 4 ýôèð CH3 Br Присутствие электронодонорных заместителей в орто- или параположении арилгалогенидов оказывает положительное влияние на скорость реакции. Неактивированные арилфториды и арилхлориды не восстанавливаются комплексными гидридами металлов, а арилбромиды и арилйодиды легко восстанавливаются. Это дает возможность селективно восстанавливать полигалогенпроизводные, например: Cl LiAlH 4 Cl ýôèð I Общим методом дегалогенирования является обработка субстрата металлическим литием и третбутиловым спиртом в тетрагидрофуране. Эта восстанавливающая система замещает галоген в алкильных, винильных, аллильных, ароматических галогенидах. Данным методом удается удалить даже галоген, находящийся в голове моста бициклической системы и восстановить геминальные дигалогенпроизводные, например: 32 Cl Cl Li + t - BuOH THF Другой способ замещения галогена на водород заключается во взаимодействии галогенпроизводного с магнием в эфире и последующим гидролизом полученного реактива Гриньяра: R Hal + Mg H2O R MgHal ýôèð R H реактив Гриньяра Особенно легко таким образом реагируют алкилгалогениды, аллил- и бензилгалогениды. Галогенпроизводные алифатического ряда восстанавливаются йодистым водородом так же хорошо, как и спирты: R R I + HI H + I2 Легче всего реагируют йодиды, а некоторые хлорпроизводные практически не взаимодействуют с йодистым водородом. 4. ВОССТАНОВЛЕНИЕ СПИРТОВ, ФЕНОЛОВ И ПРОСТЫХ ЭФИРОВ Спирты и фенолы весьма устойчивы к действию восстановителей. Они часто являются конечными продуктами восстановления различных карбонильных соединений. Для каталитического восстановления спиртов наиболее эффективными катализаторами являются никель Ренея, медные и железные катализаторы при температуре 250 – 300оС: 33 H2 OH H3C Ni H3C CH3 Алифатические спирты в лабораторной практике удобнее восстанавливать до алканов действием йодистого водорода. Это классический метод замещения гидроксильной группы водородом (дезоксигенирование). Реакция осуществляется в две стадии. На первой стадии идёт замещение гидроксила на атом водорода: R OH + HI R I + H2O На второй стадии происходит восстановление йодистого алкила второй молекулой йодистого водорода с образованием алкана и иода: R H + R I + HI I2 Недостатком этого метода является использование большого избытка достаточно дорогого реагента - йодистого водорода. Бензиловые спирты восстанавливаются легче, чем алифатические. По способности к восстановлению их можно расположить в следующий ряд: HO C > HO CH > CH2OH K redukci fenolů dochází za těžších podmínek. Fenoly nejsou redukovány chemickými redukčními činidly, využívají se hlavně katalytické redukce a směr reakce je určen podmínkami hydrogenace a katalyzátorem. V průmyslu se cyklohexanol vyrábí ve významném množství hydrogenací fenolu, který se používá při výrobě polymerních materiálů. Proces redukce fenolu na cyklohexanol vodíkem se provádí na niklovém katalyzátoru za zvýšeného tlaku vodíku (1,5-2,5 MPa) a teplotě 140-150°C: OH OH 3H2, Ni/Cr 2O 3 o 140-150 C fenol cyklohexanol Neúplná redukce je také možná fenol na cyklohexanon. Reakce se provádí na palladiovém katalyzátoru: OH O OH 2H 2 Pd/Al 2O3 o 110-140 C 88-92 % fenol cyklohexanon Terciární mastné aromatické alkoholy se téměř kvantitativně redukují na uhlovodíky působením zinku v kyselině octové: Zn OH trifenylkarbinol + 2 CH 3COOH trifenylmethan 35 (CH 3COO) 2Zn + H2 O Primární a sekundární mastné aromatické alkoholy se působením sodíku v alkoholu redukují na odpovídající uhlovodíky: Na OH CH2 EtOH difenylkarbinol (benzhydrol) difenylmethan Terciární, jakož i benzylové a allylalkoholy, jsou účinně redukovány při působení silanů v přítomnosti Lewisových kyselin: R3 COH BF3 + R3 C R"3 SiH R3 CH Dalším příkladem redukce terciárních alkoholů donory hydridových iontů je reakce 1-alkyl- 1-cyklohexanol s triethylsilanem v kyselině trifluoroctové za vzniku uhlovodíku: R (C 2H5)3SiH OH R CF 3COOH Redukce etherů adifatická řada nastává štěpením vazby C-O Například působením jodovodíku v kyselině octové při zahřívání se ethery štěpí za vzniku směsi alkoholů a alkylhalogenidů. 36 O H3 C HI OH H3 C CH3 + Redukce oxiranů vodíkem na odpovídající alkoholy, např.: H2 O H3 C I vede k H3 C o Ni, 100 C OH Redukce oxiranů lithiumaluminiumhydridem vede k otevření kruhu s tvorba sekundárního nebo terciárního alkoholu. Reakce spočívá v nukleofilním útoku hydridového iontu na nejméně substituovaném atomu uhlíku: CH3 O CH3 o 1. LiAlH 4, THF, O C OH 2. H2 O 83 % V nenasycených etherech se vodík přidává přes násobnou vazbu: O O H2 CH3 o Ni, 20 C vinylfenylether fenetol Hydrogenace difenyletheru probíhá za drsných podmínek: O OH H2 o Fe, 485 C 37 + 5. REDUKCE ALDEHYDŮ A KETONŮ Redukce aldehydů a ketonů se vyznačuje širokou škálou metod, proto je pro usnadnění materiál v této části uveden v závislosti na typu použitého redukčního činidla. Katalytická hydrogenace Za podmínek katalytické hydrogenace se aldehydy redukují na primární alkoholy a ketony se redukují na sekundární alkoholy. Všechny kovové katalyzátory jsou vhodné pro redukci karbonylových sloučenin vodíkem. Nejúčinnější jsou platina a aktivní druhy skeletálního niklu. Na těchto katalyzátorech, stejně jako na rhodiu a rutheniu, se většina aldehydů a ketonů hydrogenuje při teplotě 25 °C a tlaku 1 - 4 atm. U méně aktivních odrůd Raneyova niklu je dosaženo dostatečné rychlosti redukce při teplotách do 100 - 125oC a tlacích do 100 atm: O H2 H O R OH PtO2 (Ni), 25oC, 3 atm HO H2 CH3 R Ni, 25-30o C, 1-3 atm CH3 R =Me, Ph Při částečné hydrogenaci ,-nenasycených aldehydů a ketonů reaguje pouze vazba C=C: O H2 R H O o Pd/Al 2 O3, 25 C, 2 àòì 38 R H 88 % Reaktivita aldehydů a ketonů během redukce je způsobena elektronickými a prostorovými faktory. Aldehydy se tedy redukují snadněji než ketony a formaldehyd se redukuje snadněji než acetaldehyd. Úplnou hydrogenací (2 mol vodíku) ,-nenasycených aldehydů a ketonů na Raneyově niklu vzniká nasycený alkohol: O H2 H OH Ni, 125oC, 100 atm krotonaldehyd 94% butanol-1 Pokud je karbonylová skupina spojena s aromatický kruh, pak vzniklý během hydrogenace, alkohol pak může podstoupit hydrogenolýzu za stejných podmínek: O H2 Ar Kt R OH Ar H2 Kt Ar CH2 R + H2 O R Mnoho aromatických karbonylových sloučenin na chromitu mědi nebo Raney niklu podléhá hydrogenolýze, např. příklad: O H2 CuCr2O4, EtOH, 175oC, 100-150 atm difenylketondifenylmethan Katalyzátory jako rhodium a ruthenium umožňují minimalizovat hydrogenolýzu vazby C-O. 39 OH OH O CH3 H2 (3 atm), 5%Rh/Al2O3 C2H5OH, 50oC CH3OH 78% Při hydrogenaci na platino-rhodiových katalyzátorech v ethanolu nebo kyselině octové při teplotě 20-90oC a tlaku do 5 atm. redukuje se také benzenový kruh : H3С O H3C H2 OH RhO2 - PtO2, EtOH (AcOH) 94% acetofenon 1-fenylethanol Pro redukci aromatických ketonů se nejčastěji používají katalyzátory jako palladium na uhlíku a chromit měďný, protože hydrogenace aromatický kruh se na těchto katalyzátorech vyskytuje velmi pomalu. Při parciální hydrogenaci aromatických nenasycených ketonů dochází k redukci pouze na vazbě C=C: O CH CH C CH3 H2 O CH2 CH2 C CH3 Pt/C Vícenásobná vazba uhlík - uhlík tedy interaguje s vodíkem rychleji než karbonylová skupina. Redukční aminace 40 Pokud se hydrogenace aldehydů a ketonů provádí v přítomnosti amoniaku, primárních nebo sekundárních aminů, pak se místo alkoholů získají odpovídající primární, sekundární nebo terciární aminy (redukční aminace). Pro tyto účely se obvykle používají skeletální niklové (40-150°C, 3-150 atm) nebo platinové (25°C, 1-3 atm) katalyzátory. R1 O R2 NHR 3R4 R1 NR 3R4 R2 R1 H2 OH CH NR 3R4 + H2 O R2 Kt R4 =H (R 3 =R 4 =H) - H2 O R1 C R2 NR 3 H2 Kt R1 CH NR 3 R2 Předpokládá se že meziprodukty jsou zde azomethiny nebo enaminy. Při provádění redukční aminace je třeba vzít v úvahu možnost vedlejších reakcí, včetně tvorby aminů s vyšším než stanoveným stupněm alkylace. Výhodná produkce aminu s požadovaným stupněm alkylace je určena poměrem činidel. Pro získání monoalkylačních produktů se aminová složka obvykle bere v přebytku. Z alifatických aldehydů se pro katalytickou redukční aminaci dobře hodí pouze sloučeniny obsahující více než pět atomů uhlíku, zatímco nižší aldehydy během reakce snadno tvoří kondenzační produkty (jako jsou aldoly). Reakce probíhá hladce v případě alifatických a aromatických ketonů a aromatických aldehydů. Redukční aminace aldehydů nebo ketonů může být také provedena působením mravenčanu amonného nebo formamidů (Leukart-Wallachova reakce): 41 O R C O + R H C N R1 R2 R3 R2 CH N - CO2 R1 R3 Reakce se provádí při 50-200 ° C v kyselině mravenčí nebo octové nebo bez rozpouštědla. Výtěžky finálních produktů jsou 70-75 %. Terciární aminy se získávají nejlépe podle Leuckart-Wallacha. Při výrobě primárních nebo sekundárních aminů se jako vedlejší produkty vždy tvoří vysoce alkylované aminy. Modifikace Leuckart-Wallachovy reakce - získání Nmethylovaných aminů reakcí primárních nebo sekundárních aminů s formaldehydem a kyselinou mravenčí (Eschweiler-Clarkova reakce). 100o C R2 N H + CH2 O + HCO OH R2 N CH3 Redukce komplexními hydridy kovů Komplexní hydridy kovů se častěji než jiná činidla používají v laboratorní praxi k redukci aldehydů a ketonů. Lithiumaluminiumhydrid a borohydrid sodný redukují alifatické aldehydy a ketony na primární a sekundární alkoholy: O H3 C LiAlH 4 ýôèð H3C CH2 OH H O H3 C CH3 LiAlH 4 ýôèð OH H3 C CH3 Při redukci lithiumaluminiumhydridem vzniká komplexní iont AlH4- působí jako hydridový nosič -ion, který je 42 nukleofilním činidlem karbonylové skupiny: ve vztahu k atomu CO R R uhlík R R AlH4- R na C O - H2O R C OH H H Redukce ,-nenasycených aldehydů a ketonů s lithiumaluminiumhydridem nebo borohydridem sodným v závislosti na struktuře substrátu, přírodním činidle a reakčních podmínkách může nastat buď na karbonylové skupině, nebo s redukcí jak karbonylové skupiny, tak dvojné vazby. Tato činidla zpravidla redukují převážně karbonylovou skupinu bez ovlivnění dvojné vazby: O LiAlH4 HO ... 2 ester H OH krotonický aldehyd krotylalkohol V některých případech vede použití těchto redukčních činidel ke směsi dvou produktů. O OH NaBH 4 + EtOH 2-cyklohexenon OH 2-cyklohexenol 59 % cyklohexanol 41 % V případě, že je dvojná vazba konjugována na aromatický kruh, může nastat redukce lithiumaluminiumhydridem jak na dvojné vazbě, tak na karbonylové skupině: 43 OH LiAlH4 ether cinnamaldehyd OH hydroskořicový alkohol Alkoxyhydridy hlinité jsou výhodnými činidly pro redukci nenasycených aldehydů a ketonů na odpovídající nenasycené alkoholy. Například lithium tris(terc-butoxy)aluminiumhydrid (LTBA) redukuje karbonylovou skupinu α,β-nenasycených aldehydů bez ovlivnění dvojné vazby. O H LiAl (O-t-Bu)3 H cinnamaldehyd OH skořicový alkohol LTBA, užívaný v ekvivalentním množství, je schopen redukovat aldehydovou skupinu bez ovlivnění ketonové skupiny: O H LiAl (O-t-Bu)3 H OH O O Redukce rozpuštěním kovů Před zavedení do laboratorní praxe takových redukčních činidel, jako jsou komplexní hydridy kovů, ketony byly působením sodíku v ethanolu přeměněny na odpovídající alkoholy: 44 OH O Na EtOH + 65 % Mechanismus redukce rozpouštěním kovů je přenos elektronu z kovu na organický substrát a lze jej znázornit diagramem: . R + O R Na CH R" O R - R" R" R. . O Na - Na+ - . O N a+ -NaOEt- R" R CH O H3O+ - R" EtO H R CH OH R" Takové reakce zahrnují dva po sobě jdoucí přenosy elektronů a dva přenosy protonů. Clemmensenova redukce Když amalgamovaný zinek působí na aldehydy a ketony v kyselině chlorovodíkové, redukují se na uhlovodíky (Clemmensenova metoda): O R R CH2 2 Zn/Hg, 4HCl + 2 ZnCl2 45 + H2O Zinkový prach se předběžně upraví zředěnou kyselinou chlorovodíkovou k čištění povrchu a poté roztokem chloridu rtuťnatého HgCl2. Nejlepších výsledků se dosáhne, když se reakce provádí ve dvoufázovém systému „kyselina chlorovodíková - toluen“. Mnoho a-substituovaných ketonů podléhá redukční eliminaci substituentu za podmínek Clemmensenovy reakce: R CH C R" X O Zn/Hg HCl, R CH2 C O R" R CH2 CH2 R" X=Cl, Br, I, OH, OR" , OCOR" V případě α, β - nenasycených karbonylových sloučenin se současně redukuje vazba C=C, např.: sloučeniny Zn/Hg, COOH HCl, COOH O. Clemmensenova metoda dává dobré výtěžky uhlovodíků při redukci mnoha aldehydy a alifatické a mastné aromatické ketony. Redukce podle Kizhner-Wolf V případě, že jsou aldehydy a ketony v kyselém prostředí nestabilní, provádí se redukce podle Kizhner-Wolfovy metody. Nejprve se připraví aldehydový nebo ketonhydrazon a poté se zahřeje s alkálií ve vysokovroucím rozpouštědle. 46 N2H 4 R R O 1 R ÄÝÃ, R 1 N NH2 R KOH, H 2O R 1 + CH2 N2 V moderní modifikaci Kizhner–Wolffovy redukce není hydrazon izolován v individuálním stavu. Reakce probíhá podle následujícího schématu: N2 H 4 R R R O 1 -H 2 O R 1 HO - R R N NH2 R N NH 1 - - CRN NH 1 H2 O R R 1 H H2 O R R H C H R 1 H - N 2 R N 1 - N HO - R H RN NH 1 Metoda použitelná pro aldehydy i ketony. V případě aldehydů však nejsou výtěžky reakčních produktů vždy uspokojivé. Kizhner-Wolffova metoda má řadu omezení. Pokud je substituent v a-poloze ke karbonylové skupině, pak je substituent během reakce eliminován. Pokud je karbonylová skupina stíněna velmi objemnými substituenty, Kizhner-Wolfova redukce nebude fungovat. Redukce za přítomnosti alkoxidů kovů Redukce aldehydů a ketonů na alkoholy může být provedena za přítomnosti alkoxidů hliníku (reakce Meerwein – Ponndorff – Verley): 47 R OH C O ((CH3)2CHO)3Al + RR1CHOH + H3C CH3 H3C R10 CH3 Reakce se obvykle provádí zahříváním karbonylové sloučeniny s isopropylátem hlinitým v bezvodém isopropanolu. Reakce je reverzibilní, proto je pro dosažení vysokých výtěžků nutné odstranit vzniklý aceton z reakční koule. Meerwein–Ponndorff–Verleyova reakce se vyznačuje vysokým stupněm specifičnosti a během redukce zůstávají dvojné a trojné vazby uhlík-uhlík nedotčeny. Nitroskupina a atomy halogenu se za těchto podmínek také neredukují. Například redukce krotonaldehydu probíhá při zachování dvojné vazby C=C: O O i-PrOH H3C H ((CH3)2CHO)3Al krotonaldehyd H3C OH + H3C CH3 krotylalkohol Dvojité vazby uhlík - uhlík v nenasycených aldehydech a ketonech mohou být v případě potřeby obnovit působení sodného amalgámu ve vodně-alkoholovém roztoku nebo zinku v kyselině octové. Cannizzarova reakce Aromatické a alifatické aldehydy neschopné enolizace vlivem bazických katalyzátorů (hydroxidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin) jsou disproporcionovány za vzniku karboxylových kyselin a alkoholů (Cannizzarova reakce). Reakce 48 zahrnuje dvě molekuly aldehydu: jedna z nich je oxidována, druhá je redukována. O 2 R C - O HO H + R C H R CH2 OH OH U enolizovatelných aldehydů je rychlost aldolové reakce mnohem větší než rychlost Cannizzarovy reakce, takže prakticky dochází pouze k první z těchto reakcí. Předpokládá se, že reakce probíhá následovně: O C H + H C C H C + H O- O- OH OH H OH O O OС - HOC + O C H H A H + O C B 1) V prvním stupni nukleofilní adice hydroxidového iontu na uhlíkový atom karbonylu. . 2) Následuje přenos hydridového iontu ze vzniklého alkoxidového iontu na karbonylový atom jiné molekuly aldehydu. 3) Ve třetím stupni se proton přenese z kyseliny na alkoxidový iont. Výsledná molekula kyseliny a alkoholátový iont A jsou převedeny v důsledku výměny protonů do stabilnějšího páru: molekula alkoholu a anion kyseliny B. Pokud se Cannizzarova reakce provádí se směsí aldehydu a formaldehydu, pak formaldehyd vždy působí jako donor iontu hydride49 a oxiduje se na kyselinu mravenčí (Cannizzarova křížová reakce): O HO H CH2 O + - HO H H O + H OH Vysvětluje se to tím, že formaldehyd váže hydroxidový iont snadněji než jiné aldehydy, které mají sníženou elektrofilitu karbonylového uhlíkového atomu. Redukční vazba podle McMurryho Specifickou metodou redukce karbonylových sloučenin je tvorba alkenů působením sloučenin titanu na aldehydy a ketony v nižších oxidačních stavech. Tato metoda se nazývá McMurryho reduktivní kombinace. Když jsou aldehydy a ketony vystaveny činidlu, které se získá redukcí solí titanu (III nebo IV) kovovým zinkem v pyridinu, zdvojnásobí se, například: O Zn + TiCl4 = 90 % Redukce chinonů Chinony jsou svou povahou konjugované cyklické diketony. Mají vysoký oxidační potenciál a velmi snadno se redukují různými činidly až na 50 dihydroxyaromatických sloučenin. Největší praktický význam mají benzochinony, naftochinony a antrachinony. Přeměna benzochinonů na dvouatomové fenoly vede k získání energie, neboť dochází k přeměně struktury cyklického dienu na aromatickou: O OH _ + 2H+ 2e _ (- 2e) O OH 1,4-benzochinon hydrochinon Ke snížení chinony v laboratorní praxi se používá jodovodík, siřičitan sodný, dithioničitan sodný, zinek v ledové kyselině octové, chlorid titaničitý a řada dalších redukčních činidel. 6. OBNOVA KARBOXYLOVÝCH KYSELIN A JEJICH DERIVÁTŮ Karboxylové kyseliny Redukce karboxylové skupiny je možná na alkoholy a uhlovodíky. Protože se aldehydy redukují mnohem rychleji než kyseliny, nejsou přítomny v konečných reakčních produktech. V mnoha případech je redukce karboxylových kyselin obtížná. Proto se doporučuje přeměnit je na estery nebo chloridy kyselin, které se redukují mnohem snadněji. Schopnost redukovat karboxylové kyseliny a jejich deriváty se tedy liší v řadě: RCOO-< RCOOH < RCONR1 < RCN < RCOOR1 < RCOHal 51 Металлические катализаторы гидрирования малоэффективны при восстановлении карбоксильной группы. Вместо них успешно применяют оксидные катализаторы (катализаторы Адкинса), обладающие селективной адсорбционной способностью к кислородсодержащим соединениям. Процесс проводят при высоких температурах 100-300оС и высоком давлении 200-300 атм. Этот метод имеет значение в промышленности для получения высших первичных спиртов с прямой углеродной цепью, а в лаборатории их восстановление чаще всего осуществляют другим путем. При гидрировании карбоновых кислот образующиеся спирты дают сложные эфиры, восстановление которых протекает гораздо легче. 2 H2 R COOH -H2O R CO O H R CH2 OH - H2 O R COOCH2R 2 H2 2 R CH2 OH В практическом отношении такой процесс имеет существенное преимущество, так как устраняется стадия получения сложного эфира. Непредельные карбоновые кислоты и их эфиры можно гидрировать по трём направлениям: 1. по двойной углерод – углеродной связи с образованием предельных кислот; 2. по карбоксильной группе с сохранением двойной связи (получение непредельных спиртов); 3. по обеим функциональным группам с получением предельных спиртов. H2 R CH CH R C H2 C H2 (C H2)n C O O H 2 H2 -H2O (C H2)n C O O H R (C H2)n+2 C H2O H 2 H2 - H O 2 R CH 52 CH (C H2)n C H2 O H H2 Ароматические карбоновые кислоты можно восстановить до соответствующих спиртов или до карбоновых кислот циклогексанового ряда: 2 Н2 . CH2OH CuO Cr2O3, 250 o C COOH 3 H2 COOH Ni, 160 o C Ароматическое кольцо бензойных кислот гидрируется значительно труднее, чем ядро бензола или фенола. Наиболее часто в лабораторной практике для восстановления карбоксильной группы применяют алюмогидрид лития. Восстановление идет в более жестких условиях, по сравнению с восстановлением альдегидов и кетонов. Обычно реакцию проводят при кипячении в тетрагидрофуране: CH3 O CH3 o LiAlH 4 , THF, 40 C OH H3 C H3 C CH3 OH CH3 92% Карбоновые кислоты реагируют с алюмогидридом лития согласно следующему уравнению: LiAl(OCH2R)4 + 2 LiAlO2 + 4 H2 4 RCOOH + 3 LiAlH4 LiAl(OCH2R)4 + 4 H2O 4 RCH2OH + LiAl(OH)4 Таким образом, один гидридный эквивалент алюмогидрида лития расходуется на реакцию с активным атомом водорода кислоты и два эквивалента – на восстановление карбоксильной группы в гидроксильную. Причина инертности карбоновых кислот 53 заключается во-первых, в низкой растворимости их литиевых солей в эфире, во-вторых, в пониженной электрофильности углеродного атома карбоксильной группы. Боргидридом натрия карбоновые кислоты не восстанавливаются. Восстановление карбоксильной группы под действием диборана в тетрагидрофуране осуществляется в очень мягких условиях и не затрагивает некоторые функциональные группы (NO2, CN, COOR). Поэтому этот метод в некоторых случаях оказывается предпочтительнее. O2N o 1. B 2 H6 , THF, 20 C CH 2 COOH 2. H2 O, H O2N + CH 2 CH 2 OH 95% В непредельных кислотах алюмогидридом лития двойные связи практически не восстанавливаются. Однако когда двойная связь сопряжена с ароматическим кольцом, она может восстанавливаться: LiAlH4 CH3CH=CH CH=CHCOOH эфир CH3CH=CH-CH=CHCH2OH 92% CH CH CO OH CH2 C H2 C H2O H LiA lH4 эфир 85% коричная кислота гидрокоричный спирт Сложные эфиры Для гидрирования сложных эфиров в спирты, как и для карбоновых кислот, применяют высокотемпературные оксидные 54 катализаторы Адкинса (хромит меди, реже хромит цинка). В промышленности этим способом из жиров и жирных кислот получают высшие спирты, которые далее перерабатывают в моющие средства. Для восстановления сложных эфиров наряду с хромитными катализаторами применяется скелетный никель. В присутствии избытка этого катализатора эфиры гидрируются при температурах 25 – 125оС и давлении 350 атм с выходами не менее 80%. R COOC4H9 2 H2 R CH2OH + C4H9OH Ni Специфично протекает гидрирование бензиловых эфиров карбоновых кислот на палладиевых катализаторах при температуре 30оС и атмосферном давлении. Продуктами реакции являются соответствующая карбоновая кислота и толуол. O R H2 ÑH2 O CH3 o Pd/C, 30 C + RCOOH Гидрирование этилового эфира бензойной кислоты нельзя остановить на стадии образования бензилового спирта, поскольку гидрогенолиз последнего происходит гораздо легче, чем гидрирование сложного эфира. OH COOEt H2, (200 àòì) CH3 H2 ÑuCr 2O4 o ÑuCr 2O4, EtOH, 25 C + H2 O При получении спиртов восстановлением сложных эфиров комплексные гидриды металлов применяются чаще, чем другие восстановители. В тех случаях, когда целью является получение спирта из соответствующей кислоты, целесообразно восстановлению 55 подвергать не саму кислоту, а её метиловый или этиловый эфиры, так как в этом случае требуется меньший гидридный эквивалент. Восстановление сложных эфиров осуществляют в мягких условиях, при комнатной температуре. В качестве растворителя применяют абсолютный диэтиловый эфир или тетрагидрофуран. Предположительно реакция протекает в две стадии. На первой стадии идёт восстановление сложного эфира до полуацеталя соответствующего альдегида, который затем восстанавливается до первичного спирта. Выходы спиртов обычно высокие: O R CH2 O LiAlH 4 ýôèð CH3 R CH2 CH2 OH Циклические сложные эфиры – лактоны – при восстановлении алюмогидридом лития образуют диолы: O O LiAlH4, эфир H3O + HOCH2CH2CH2CH2OH 83% Боргидрид натрия восстанавливает лишь сложные эфиры фенолов, причём особенно хорошо в тех случаях, когда в ароматическом ядре содержатся электроноакцепторные группы. С другими сложными эфирами взаимодействие боргидрида натрия протекает слишком медленно. В присутствии избытка трехфтористого бора комплексные гидриды металлов восстанавливают сложные эфиры в простые, например: O R O NaBH4 + BF3 диглим, THF Аналогично идет реакция с лактоном: 56 R O 70% O O NaBH4 + BF3 диглим, THF O Сложные эфиры могут быть восстановлены до альдегидов при использовании реагента, обладающего высокой селективностью. Таким реагентом является ДИБАЛ-Н. Для того, чтобы предотвратить дальнейшее восстановление альдегида до первичного спирта, реакцию проводят при температуре -60, -78оС в растворе толуола и инертной атмосфере. H3C H3C CHCOOCH2CH3 ДИБАЛ-Н, толуол, -78 оС Н3О H3C + CHC H3C О Н 79% Фениловые эфиры карбоновых кислот можно восстановить до альдегидов таким мягким восстановителем, как трис(третбутокси)алюмогидрид лития (LTBA): O R O O LiAlH(O-t-Bu)3 R H Восстановление сложных эфиров можно проводить действием металлического натрия в абсолютном этаноле по методу Буво – Блана: RCOOCH2CH3 + 4 Na + 3 CH3CH2OH → RCH2OH + 4СH3CH2ONa Для восстановления по Буво-Блану в лаборатории применяют также изопропанол и циклогексанол. Этот метод дает особенно хорошие результаты при восстановлении эфиров алифатических 57 карбоновых кислот и имеет также промышленное значение для получения непредельных спиртов. В противоположность каталитическому гидрированию при восстановлении по Буво-Блану не затрагиваются двойные связи. Ангидриды и галогенангидриды карбоновых кислот Восстановление ангидридов карбоновых кислот протекает труднее. Реакция идет с выделением СО2: O H3C C O H3C H2 Cd, 280oC C O C CH3 + CO2 CH3 O уксусный ангидрид ацетон При использовании алюмогидрида лития восстановление обычно приводит к превращению ангидридов кислот в первичные спирты: O R O R 1. LiAlH4 2. H2O 2 R CH2 OH O На практике чаще используют восстановление циклических ангидридов дикарбоновых кислот, которые в зависимости от условий могут давать гликоли или лактоны. Так, комплексные гидриды металлов восстанавливают фталевый ангидрид до фталилового спирта (c, d). В других условиях (при этом, избегая избытка комплексных гидридов) удается восстановить фталевый ангидрид до фталида (a, b): 58 O a,b O O O O C H2O H c,d C H2O H а- NaBH4, ДМФА, 0-25оС, выход 97%; b - LiBHEt3, THF, 0oC, выход 76%; c - LiAlH4, эфир, 35оС, выход 87%; d - NaAlH2(OCH2CH2OCH3)2, PhH, 80оС, выход 88%. Из производных карбоновых кислот хлорангидриды относятся к наиболее легко восстанавливаемым соединениям. Каталитическое восстановление водородом хлорангидридов карбоновых кислот приводит к альдегидам (реакция Розенмунда): O R O H2 C R Pd/C Cl + HCl C H В качестве катализатора обычно используют палладий на носителе (BaSO4, CaCO3, BaCO3, уголь, асбест). Легкость гидрогенолиза связи С-Cl при восстановлении хлорангидридов кислот по Розенмунду можно продемонстрировать на следующем примере: O O H2 Cl Pd/BaSO 4 + S 8 /õèíîëèí H Серу и хинолин добавляют с целью сделать катализатор менее активным. Следует отметить, что гидрогенолиз связи С-Cl идет 59 намного легче, чем восстановление карбонильной группы в альдегиде. Это достигается за счет снижения каталитической активности катализатора добавлением каталитических «ядов» (ртуть, сера, амины). Эти соединения образуют достаточно прочные связи с поверхностью катализатора, закрывая его активные центры. Восстановление хлорангидридов карбоновых кислот алюмогидридом лития до первичных спиртов протекает по следующей схеме: O 1. LiAlH4 Cl 2. H2O R R CH2-OH Методы восстановления других производных карбоновых кислот амидов и нитрилов рассматриваются в следующем разделе «Восстановление азотсодержащих соединений». 7. ВОССТАНОВЛЕНИЕ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ Восстановление соединений, содержащих группы C=N, CN, NO2, N3, N2+, N=N, N=O, N-OH часто используется в лабораторной практике. В промышленности восстановление азотсодержащих соединений проводится главным образом для получения аминов, широко применяемых в качестве основного химического сырья. Для восстановления используются как водород в присутствии катализаторов, так и другие восстановители: комплексные гидриды металлов, щелочные металлы в спиртах, железо, цинк, олово, различные соли. Амины. 60 Амины бензильного типа легко подвергаются гидрогенолизу на таких катализаторах, как палладий на угле или никель Ренея, например: CH3 N CH3 CH3 H2 Ni Дезаминирование* четвертичных аммониевых проводить действием амальгамы натрия: C H3 + C H2N CH3 I H2O, 100 o C C H3 можно C H3 5% Na/Hg C H3 C H3 солей C H3 C H3 Замещение аминогруппы водородом в алифатических аминах применяется редко. Его можно провести обработкой соответствующего тозиламина О-гидроксиламинсульфокислотой в щелочной среде. RNH2 TsCl RNHTs NH2OSO3H водный NaOH RH + N2 _____________________________________________________________________ Дезаминирование* - удаление аминогруппы из молекул органических соединений, сопровождающееся замещением аминогруппы на другую группу или образованием кратной связи. 61 В лабораторной практике дезаминирование используется в тех случаях, когда амино- или диалкиламиногруппа не должна присутствовать в конечном продукте реакции, но необходима на промежуточных стадиях. Дезаминирование ароматических первичных аминов, как правило, проводят через стадию диазотирования с последующей обработкой иона диазония фосфорноватистой кислотой: COOH COOH COOH Br2 Br Br NH2 HNO2 Br COOH Br H3PO2 Br Br + N2 NH2 Br Br Br Нитросоединения Среди групп, содержащих азот, легче всего восстанавливается нитрогруппа. Для гидрирования алифатических нитросоединений применяют малоактивные катализаторы, главным образом медь и железосодержащие. Используя скелетный никель, гидрирование лучше проводить при низких температурах. Нитросоединения в присутствии никеля Ренея, активированного небольшим количеством гидроксида натрия, восстанавливаются с высоким выходом (98 - 99%) до аминов. R H2 NO 2 R NH2 Ni, NaOH Нитроалканы восстанавливают до алкиламинов комплексными гидридами металлов, железом или цинком в кислой среде, гидразином или серосодержащими восстановителями (Na2S, Na2S2O4). Восстановление нитроалканов алюмогидридом лития идет по следующей схеме: R NO 2 1. LiAlH 4 R 2. H 2O 62 NH2 + LiAl(OH) 4 Например, 2-нитробутан восстанавливается до 2-аминобутана с выходом 85%. NO 2 NH2 LiAlH 4 H3C CH3 H3C CH3 ýôèð Наибольшее распространение имеет восстановление нитроаренов. Каталитическое гидрирование ароматических нитросоединений имеет широкое промышленное применение (получение анилина, ароматических ди- и полиаминов). Оно проводится при 200-300оС на медьсодержащем катализаторе. N O2 o 3 H2, 200-300 C + щС щщ C u / A l2O 3 N H2 + 2 2 H2O При использовании таких катализаторов, как платина, палладий, никель, основная реакция (восстановление нитрогруппы) сопровождается гидрированием ароматического ядра, а также частичным отщеплением аминогруппы. Для восстановления ароматических нитросоединений чаще всего применяют металлы (олово, цинк, железные опилки) и соли металлов в присутствии кислот и водных растворов, например: 4 ArNO2 + 9 Fe + 4 H2O → 4 ArNH2 + 3 Fe3O4 ArNO2 + 3 SnCl2 + 6 HCl → ArNH2 + 3 SnCl4 + 2 H2O Восстановление осуществляется через ряд последовательно протекающих реакций. Во всех реакциях процесс восстановления 63 начинается с переноса электрона от восстановителя к молекуле нитросоединения. На ход реакции и природу конечного продукта значительное влияние оказывают рН среды и природа восстановителя. Нитросоединение прежде всего восстанавливается до нитрозосоединения, далее - в замещенный гидроксиламин. O H2 + N - N O - H2O O H2 нитрозобензол H2 NH OH NH2 - H2O фенилгидроксиламин При восстановлении металлом продуктом является первичный амин: в кислой среде конечным NH2 NO 2 9 Fe, 4 H2O 4 4 HCl + 3 Fe3O4 В нейтральной среде например, при взаимодействии нитробензола с цинковой пылью в водном растворе хлорида аммония, процесс восстановления может быть остановлен на стадии образования фенилгидроксиламина. NO2 NHOH Zn, NH4Cl (водн.) 65oC Наконец, у ароматических нитросоединений в щелочной среде процесс восстановления нитрозосоединения, а также гидроксиламина замедляется настолько сильно, что начинает преобладать другая реакция. Свободный арилгидроксиламин обладает высокой нуклеофильностью и поэтому может легко реагировать с арилнитрозопроизводным. Это приводит к азоксисоединениям, 64 которые могут быть гидразосоединений. далее восстановлены до азо- и NO NO 2 íèòðîçîáåíçîë HO + N N - O àçîêñèáåíçîë NHOH ôåíèëãèäðîêñèëàìèí N N àçîáåíçîë NH NH ãèäðàçîáåíçîë Каждое из этих производных азобензола в кислой среде легко восстанавливается до анилина. Амиды Амиды гидрируются в амины на хромите меди или никелевом катализаторе при температуре 210 - 300оС и давлении 100 - 350 атм: H O N H3C H 2 H2 o H Ni, 250 C ацетамид H этиламин 65 + H3C CH2 N H2O H O H 2 H2 N o CH3 H3C Ni, 250 C CH3 o CH3 H3C CH3 CH3 2 H2 N H2O метилэтиламин N-метилацетамид O + H3C CH2 N + H3C CH2 N Ni, 250 C H2O CH3 диметилэтиламин N,N-диметилацетамид N-Моно- и N,N-дизамещенные амиды в аналогичных условиях дают соответственно вторичные и третичные амины. Амиды карбоновых кислот с помощью алюмогидрида лития можно превратить в соединения трех типов: альдегиды, амины или спирты. При этом все реакции проходят через стадию образования полуаминаля соответствующего альдегида: H2O RCHO + R"2NH O-Al H3Li+ RCONR"2 LiAlH4 LiAlH4 RCHNR"2 RCH2NR"2 1. LiAlH4 2. H2O RCH2OH + R"2NH Полное восстановление амидов до аминов используется наиболее часто. На практике для восстановления амидов до аминов следует применять избыток LiА1Н4. N,N-Дизамещенные амиды уже при 25 - 30%-ном избытке LiА1Н4 восстанавливаются до аминов количественно и быстро. N-Монозамещенные амиды следует длительное время (12 - 20 ч) кипятить с 30-40%-ным избытком LiА1Н4. Возможность восстановления амидов с образованием альдегидов зависит от структуры амида, а также от условий реакции. Иногда 66 бывает достаточно смешать реагенты в обратном порядке при низкой температуре или использовать стехиометрическое количество LiА1Н4. Нитрилы Нитрилы восстанавливаются труднее, чем нитросоединения. Гидрирование нитрилов на металлических катализаторах (никель Ренея, кобальт, платина, палладий, медь и др.) идет до первичных аминов. H2 R C N o Pt, 25 C, 1-3 àòì R C N H H2 R CH2 NH2 H При гидрировании нитрилов в качестве побочных продуктов очень часто образуются вторичные и третичные амины. Восстановление нитрилов до аминов имеет практическое значение для тех случаев, когда нитрил дешевле и доступнее, чем соответствующие хлорпроизводные или спирты. В результате восстановления нитрилов алюмогидридом лития можно получить либо амин, либо альдегид. Полагают, что промежуточным продуктом восстановления является имин (RCH=NH) и, следовательно, если остановить реакцию на этой стадии, то после гидролиза получается альдегид; дальнейшее восстановление имина даст первичный амин: 2 LiAlH 4 4 R C ... H2O ... H2O 4 R CH2 NH2 N O LiAlH 4 4 R C H 67 Таким образом, теоретически на полное восстановление 1 моль нитрила в амин расходуется 0,5 моль LiА1Н4. Однако многие нитрилы требуют для восстановления большее количество реагента. Так, для полного восстановления нитрилов до первичных аминов рекомендуется применять не менее 200%-ного избытка LiА1Н4 и, кроме того, проводить процесс при низких температурах, так как при более высоких температурах могут образовываться вторичные амины. Ароматические и алифатические нитрилы могут легко превращаться в альдегиды под действием LiА1Н4 в зависимости от условий проведения реакции и порядка добавления реагентов. При восстановлении нитрилов натрием в этаноле образуются амины: 4 Na H3C C N H3C CH2 EtOH ацетонитрил NH2 + 4 CH 3CH 2ONa этиламин Под действием хлорида олова в солянокислой среде образуются продукты неполного восстановления – альдимины: SnCl 2, 2 HCl H3 C C N H3 C CH NH + SnCl 4 Оксимы Восстановление оксимов представляет собой наиболее удобный путь перехода от альдегидов и кетонов к аминам. Оксимы легко восстанавливаются каталитическим гидрированием над платиной или палладием, тогда как при использовании скелетного никеля требуется температура ~ 100оС. В лабораторной практике для восстановления оксимов чаще применяют алюмогидрид лития: 68 R N OH R R LiAlH4 NH2 ýôèð R Так, на восстановление 1 моль оксима требуется 0,75 моль LiА1Н4, при этом 0,25 моль гидрида расходуется на реакцию с активным водородом оксима. Рассматриваемая реакция является косвенным методом получения первичных аминов из соответствующих альдегидов и кетонов. Однако выходы первичных аминов часто бывают невысокими из-за возможности побочных процессов. В частности, арилкетоксимы образуют значительное количество вторичных аминов. Азометины Восстановление азометинов (оснований Шиффа) до вторичных аминов осуществляют каталитическим гидрированием над платиной или палладием: R CH N 1 R H2 R Kt CH2 NH 1 R Имины, основания Шиффа и другие соединения, содержащие связь С=N, восстанавливаются также под действием LiА1Н4 и NаВН4. Соли диазония Восстановление солей диазония в зависимости от условий и природы восстановителя может идти с образованием фенилгидразинов или ароматических углеводородов. Восстановление солей диазония удобнее проводить водным раствором 69 фосфорноватистой кислоты Н3РО2. Этот прием часто используется для удаления аминогруппы (см. раздел Амины (дезаминирование)). + N N Cl - H3PO2, H2O + o 10-25 C N2 + HCl + H3PO3 Восстановление солей диазония до углеводородов можно проводить действием формальдегида в щелочной среде: + N N Cl - CH2O + N2 + HCl + H2O + HCOONa NaOH Диазогруппа может быть замещена на водород действием этанола при нагревании. Однако процесс идет с образованием значительных количеств побочного продукта – фенетола. + N N Cl - O CH3 O C2H5OH + + o t C N2 + HCl + H3 C H ôåíåòîë Восстановление тетрафторборатов арилдиазония можно проводить действием боргидрида натрия при температуре не более 0оС: + N N BF4 N aBH4 MeO H и ли ДМФ А 70 Удобным методом получения арилгидразинов в лабораторных условиях является восстановление солей диазония хлоридом олова (II). Восстановление проводят в соляной кислоте при температуре 0– 10оС. + N N Cl - + NH NH3 Cl SnCl 2 - NH NH2 NaOH HCl H 2O + + NaCl H 2O ôåíèëãèäðàçèí Основным промышленным способом восстановления солей диазония является сульфит-бисульфитный метод. Сульфит натрия присоединяется по тройной связи диазогруппы, а затем бисульфит натрия по двойной связи бензолдиазосульфоната натрия. + N N Cl Na2SO3 N N SO3Na + NaCl H N N SO3Na HCl NaHSO3 . NH NH2 HCl SO3Na Нагреванием в концентрированной соляной кислоте динатриевой соли N,N1-фенилгидразиндисульфокислоты получают гидрохлорид фенилгидразина. По аналогичной схеме получают и другие замещенные фенилгидразины. Азиды Азиды можно восстановить в первичные амины водородом над металлическим катализатором или алюмогидридом лития: 71 + N H3C HC N - N H2N H2 COOC2H5 H3C CH COOC2H5 Pt этил-α-азидопропионат этил-α-аминопропионат Алифатические и ароматические азиды восстанавливаются алюмогидридом лития согласно следующему общему уравнению: 4 RN3 + LiAlH4 → LiAl(NHR)4 + 4 N2 На практике применяют избыток 1,2-1,5 моль LiAlH4 на 1 моль азида и восстановление проводят в кипящем эфире в течение нескольких часов. R N + N LiAlH4 - N R ýôèð NH2 R=Alk, Ar Боргидридом натрия азиды не восстанавливаются. Удобным методом восстановления азидов до первичных аминов является реакция с трифенилфосфином, протекающая через образование промежуточного фосфинимина, который под действием HBr в уксусной кислоте омыляется с образованием амина и оксида трифенилфосфина: P + R HBr N P -N 2 + N - N R NH2 + P 72 O N R CH 3COOH Азосоединения Восстановление связи N=N азосоединений легко протекает в условиях гидрирования: N H2 N NH o H2 NH Pd/C, 20 C азобензол гидразобензол NH2 2 8. ВОССТАНОВЛЕНИЕ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ Восстановление алифатических и ароматических сульфокислот проводят металлами в кислой среде. При этом образуются тиоспирты (тиолы) или тиофенолы: O R S Zn O R SH HCl OH R=Alk, Ph Сульфоксиды в отличие от сульфокислот более доступны нуклеофильной атаке, поэтому их можно с успехом восстанавливать как цинком в соляной кислоте, так и комплексными гидридами металлов до сульфидов (тиоэфиров): O Zn, 2 HCl S H3C CH3 S H3C CH3 73 + ZnCl2 + H2O Сульфоны гораздо устойчивее сульфоксидов. Они восстанавливаются под действием алюмогидрида лития при температуре 100оС в течение длительного времени. Продуктами восстановления являются сульфиды: O O 2 LiAlH 4 2 S H3C CH3 + S H3C CH3 LiAlO 2 + 2 H2O Меркаптаны (тиолы), сульфиды, дисульфиды, сульфоксиды, сульфоны можно восстановить до соответствующих углеводородов методом восстановительного обессеривания (десульфуризации). Восстановление, как правило, проводят водородом на никеле Ренея и других катализаторах. H2 H3C CH2 SH H3 C 2 H2 CH3 S + H3C CH3 Kt H2S 2 CH4 + H 2S 2 CH4 + 2 H2S + H 2S Kt H3C S S 3 H2 CH3 Kt O 3 H2 S H3 C CH3 O O S H3C CH3 2 CH4 Kt 4 H2 2 CH4 Kt 74 + H 2S + + H2 O 2 H2O К десульфуризации способны также гетероциклические соединения, например тиофен, бензотиазол, тиоиндиговые красители и т.п. Способность производных тиофена к десульфуризации используют для синтеза соответствующих алифатических соединений. Восстановление проводят на никеле Ренея в этаноле. H2 S R Kt H3C R + H 2S Восстановление серосодержащих соединений до углеводородов в нефтяных фракциях широко используется в промышленности (процесс гидроочистки). Дисульфиды легко восстанавливаются до тиолов цинком в уксусной кислоте (старый метод) или раствором щелочного металла в жидком аммиаке: R S S R 1)Na; жидк. NH3; -330C 2) H2O; NH4Cl 2 R SH 9. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ВОССТАНОВИТЕЛЕЙ И КАТАЛИЗАТОРОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ Гидразин гидрат ·SO4 + 2 KOH N2H4H2O + K2SO4 + H2O Реактивы: сульфат гидразина – 50 г (0,38 моль); гидроксид калия – 50 г (0,89 моль). 75 Смешивают 50 г сухого сульфата гидразина с таким же количеством порошкообразного КОН, добавляют 2,5 мл воды и перегоняют образующийся гидразин гидрат с нисходящим холодильником. Сначала перегонку проводят при слабом нагреве, однако к концу реакции для полного ее завершения необходимо смесь сильно нагреть. Гидразин гидрат, в котором еще содержится вода, очищают фракционной перегонкой. Чистый гидразин гидрат перегоняется в интервале 117-119оС. Гидразин, безводный N2H4 N2H4H2O N2H4 +H2O Маслянистая, сильно дымящая жидкость. Разъедает пробку, каучук и другие органические вещества. Затвердевает при 0 оС и кипит при 113,5оС. В склянках с притертыми пробками может сохраняться в течение неограниченно долгого времени. Горючее вещество. Смешивается с водой и спиртами. Взрывается в смеси с воздухом при нагревании. Реактивы: гидразин гидрат – 20 г, 19,4 мл (0,4 моль); гидроксид натрия – 20 г (0,5 моль). В колбу для фракционной перегонки с пришлифованной пробкой и пришлифованным термометром помешают 20 г гидразин гидрата и 20 г NaOH в гранулах. Колбу очень медленно нагревают на масляной бане, чтобы гидразин начал кипеть только через 2 ч. К этому моменту весь NaOH должен уже раствориться в жидкости. Температура масляной бани должна быть ~120оС. После начала перегонки колбу продолжают медленно нагревать, пока температура масляной бани не достигнет ~150оС. При этом отгоняется чистый безводный гидразин. 76 Изопропилат алюминия Al(OCH(CH3)2)3 Al + 3 (CH3)2CHOH Al(OCH(CH3)2)3 + 3/2 H2 Реактивы: алюминий – 27 г (1 грамм атома); изопропиловый спирт – 300 мл (3,9 моль); сулема (хлорид ртути, HgCl2) – 0,5 г; четырёххлористый углерод – 2 мл. В литровой колбе с эффективным обратным холодильником, защищённым хлоркальциевой трубкой, смешивают 27 г алюминиевой фольги с 300 мл безводного изопропилового спирта и 0,5 г сулемы. Затем смесь нагревают с обратным холодильником. Как только смесь начнёт закипать, добавляют через холодильник 2 мл четырёххлористого углерода и нагревают до тех пор, пока не начнётся выделение водорода. После этого прекращают нагревание (в отдельных случаях бывает даже необходимо прибегнуть к охлаждению). Когда основная, бурная стадия реакции окончится, смесь снова кипятят до полного растворения алюминия (6 – 12 ч). Затем растворитель отгоняют, и остаток перегоняют под уменьшенным давлением, используя воздушный холодильник. Полученный продукт затвердевает обычно только через 1 –2 дня. Выход около 90 – 95% от теоретического. Ткип 130 – 140оС / 7 мм рт.ст., Тпл 118оС. Для проведения восстановления по Меервейну – Понндорфу – Верлею часто используют 1 М раствор изопропилата алюминия в безводном изопропиловом спирте. Этот раствор можно хранить в тщательно закрытой стеклянной пробкой склянке; снаружи пробку заливают парафином. 77 Триэтилсилан HSiCl3 + 3 CH3CH2MgBr (CH3CH2)3SiH а) Получение реактива Гриньяра. C2H5Br + Mg → C2H5MgBr Реактивы: магний – 19,1 г (0,78 грамм атома); этилбромид – 100 г (0,8 моль); диэтиловый эфир абсолютный – 400 мл. В трехгорлую колбу емкостью 2 л, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником и капельной воронкой с хлоркальциевыми трубками, помещают 19,1 г стружек магния и небольшое количество эфира (40-45 мл). Затем прибавляют 1-2 мл этилбромида. Через 10-15 мин происходит помутнение раствора и разогрев эфира. Если реакция не начинается, то в реакционную смесь добавляют несколько кристалликов иода, либо 0,5 мл 1,2-дибромэтана и слегка подогревают колбу теплой водой. После того как реакция началась, добавляют по каплям при перемешивании остальное количество этилбромида (суммарно 0,8 моль), растворенного примерно в 320-360 мл эфира. Добавление реагента ведут с такой скоростью, чтобы смесь умеренно кипела. После прибавления всего количества этилбромида реакционную смесь аккуратно подогревают на плитке в течение 30 мин до полного растворения магния. б) Получение триэтилсилана. Реактивы: трихлорсилан – 27,0 г (0,2 моль); этилмагнийбромид – 0,8 моль; диэтиловый эфир – 500 мл; 3%-ная соляная кислота. К свежеприготовленному раствору 0,8 моль этилмагнийбромида в 400 мл диэтилового эфира прибавляют при перемешивании и охлаждении 27,0 г (0,2 моль) трихлорсилана в 100 мл диэтилового эфира. Реакционную массу нагревают в течение 5 ч, затем обрабатывают 250 мл 3%-ной соляной кислоты. Органический слой 78 отделяют, сушат сульфатом натрия, эфир упаривают, а продукт перегоняют при температуре 107 – 108оС. Выход 20,8 г (90% от теоретического), n D20 1,4130. Амальгама натрия Реактивы: натрий – 6,9 г (0,3 грамм атома); ртуть – 340 г (1,69 грамм атома). В круглодонную колбу вместимостью 250 мл помещают 6,9 г аккуратно разрезанного на куски натрия (для амальгамы с содержанием 2 % масс. натрия) или 10 г (для амальгамы с содержанием 3 % масс. натрия). Через два боковых горла пропускают трубки для ввода и вывода азота. В среднее горло вставляют капельную воронку с 340 г (25 мл) ртути. После тщательного заполнения колбы азотом к натрию добавляют 10 мл ртути и колбу осторожно нагревают на открытом пламени до тех пор, пока не начнется реакция. Затем медленно приливают остальное количество ртути, при этом достаточно лишь слегка подогревать колбу. Когда вся ртуть будет перенесена в колбу, еще горячую расплавленную амальгаму выливают на чистую плитку и разбивают ее на куски (под тягой!), пока она еще теплая и хрупкая. Если натрия берут 1 % масс., то получают жидкую амальгаму. Амальгама цинка Реактивы: цинк – 15 г (0, 22 грамм атома); хлорид ртути (HgCl2) – 2,5 г (0,009 моль); вода – 50 мл. В круглодонную колбу ёмкостью 250 мл помещают 15 г цинка, приливают раствор 2,5 г хлорида ртути в 50 мл воды и оставляют стоять в течение 1 ч при частом перемешивании. Затем жидкость сливают, а цинк промывают несколько раз чистой водой. 79 Скелетный никелевый катализатор NiAl2 + 6 NaOH + 6 H2O Ni + 2 Na3 + 3 H2 Осторожно! При реакции выделяется водород, и работу следует проводить в хорошо действующем вытяжном шкафу. Катализатор пирофорен и на воздухе самовоспламеняется. Поэтому катализатор следует хранить под слоем спирта. Реактивы: никель-алюминиевый сплав – 10 г; гидроксид натрия – 16 г (0,4 моль). В стакан ёмкостью 1 л помещают 10 г никель-алюминиевого сплава и 100 мл дистиллированной воды. Затем прибавляют твёрдый гидроксид натрия с такой скоростью, чтобы вспенивание не происходило слишком бурно. Энергичное течение реакции начинается после некоторого индукционного периода, поэтому вначале следует проявить осторожность. Когда дальнейшее прибавление гидроксида натрия не будет больше приводить к заметному вскипанию (до этого момента необходимо добавить примерно 16 г), смесь выдерживают 10 мин при комнатной температуре и затем 30 мин на водяной бане при 70оС. По истечении указанного времени жидкость, находящуюся поверх осевшего на дно стакана никеля, тщательно декантируют и катализатор промывают дистиллированной водой, перемешивая и сливая воду с отстоявшегося осадка. Промывку ведут до достижения нейтральной реакции по фенолфталеину. Таким же образом затем вытесняют воду спиртом (20 – 30 мл). Катализатор хранят в стеклянной посуде под слоем спирта. Хотя катализатор можно хранить таким образом некоторое время, более целесообразно готовить его непосредственно перед употреблением (в количестве, необходимом для каждого конкретного синтеза), избегая заметного падения его активности при хранении. Активность 80 катализатора можно проверить, положив несколько крупинок его на лист бумаги: через 1 – 2 мин можно наблюдать самовозгорание катализатора. Палладий, сорбированный на угле PdCl 2 H2 Ñ-ïîðîøîê Pd/C Реактивы: дихлорид палладия – 0,5 г (0,03 моль); уголь активированный – 4 г; водород. В сосуде для гидрирования к 4 г активированного угля прибавляют водный раствор 0,5 г дихлорида палладия. Восстановление проводят на установке, показанной в разделе 10, рис.1. После того, как поглощение водорода закончится, катализатор отфильтровывают, промывают водой, спиртом и, наконец, эфиром. Полученный катализатор содержит 7% палладия, нанесённого на уголь. Получение платиновой черни по способу Вильштеттера H2PtCl6 + 8 KOH + 2 CH2O Pt + 2 HCOOK + 6 KCl + 6 H2O Реактивы: платинохлористоводородная кислота – 5 г (0,012 моль); формалин 40%-ный – 15 мл; гидроксид калия 50%-ный водный раствор – 28 мл. В коническую колбу, содержащую 5 г платинохлористоводородной кислоты, растворённой в 10 мл воды, добавляют 2 – 3 капли соляной кислоты и 15 мл 40%-ного раствора 81 формалина. Полученную смесь охлаждают до –10оС (лёд с солью) и, следя за тем, чтобы температура не поднималась выше 5оС, осторожно по каплям добавляют к ней 28 мл 50%-ного раствора гидроксида калия. Смесь нагревают при перемешивании в течение 30 мин при температуре 55 - 60оС. Выпавшую в осадок платиновую чернь несколько раз промывают водой. Затем быстро отфильтровывают на воронке Бюхнера, следя за тем, чтобы платина находилась под слоем воды. Затем отжимают между листами фильтровальной бумаги и помещают в вакуум-эксикатор. Через 2 - 3 дня эксикатор наполняют углекислым газом, в атмосфере которого катализатор хранят до момента использования. Аналогично получают палладиевую чернь. Выход около 1,8 г (75%). Перед употреблением катализатор необходимо активировать воздухом или кислородом путем встряхивания его в среде растворителя (этилового спирта, этилацетата и др.). Платиновую и палладиевую чернь нельзя приводить в контакт с такими взрывоопасными смесями, как воздух – метанол, воздух – бензол или воздух – водород. Получение двуокиси платины по способу Адамса H2PtCl6 + 6 NaNO3 Pt(NO3)4 + 6 NaCl + HNO3 Pt(NO3)4 PtO2 + 4 NO2 + O2 PtO2 + H2O PtO2H2O Реактивы: платинохлористоводородная кислота – 3,5 г (0,0086 моль); нитрат натрия – 35 г (0,41 моль). В фарфоровом тигле (можно в стакане из стекла пирекс) растворяют 3,5 г платинохлористоводородной кислоты в 10 мл воды и к раствору добавляют 35 г кристаллического нитрата натрия. Смесь осторожно нагревают горелкой и, перемешивая стеклянной палочкой, 82 выпаривают досуха. После этого температуру постепенно повышают до 350 – 370оС. масса расплавляется, выделяются бурые пары оксидов азота (тяга!) и образуется коричневая окись платины. При возможном вспенивании массы перемешивание необходимо усилить, не прекращая нагревания тигля. После того как через 15 – 20 мин. выделение газа значительно уменьшится и ещё через 15 – 20 мин. совсем прекратится, нагревание тигля следует продолжить ещё в течение 30 мин. до полного расплавления реакционной массы. Температура при этом достигает 500 – 550оС. Такая температура наиболее благоприятна для получения катализатора максимальной активности. По окончании расплавления массе дают охладиться, а затем обрабатывают её 50 мл воды. Получившийся быстро оседающий на дно тигля коричневый осадок окиси платины после трёхкратной декантации в тигле переносят на воронку, отмывают на фильтре до полного удаления азотнокислых солей (проба с дифениламином), отсасывают и сушат в эксикаторе до постоянного веса. Полученную окись платины (1,5 – 1,65 г), представляющую собой тяжёлый зернистый коричневый порошок, используют в качестве исходного материала для получения платиновой черни в виде тонкой суспензии. Для этого окись платины, находящуюся в растворителе, применяемом для гидрирования (этиловый спирт, этилацетат, ледяная уксусная кислота), восстанавливают водородом при комнатной температуре. 10. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Методика гидрирования Лабораторное гидрирование в жидкой фазе при атмосферном давлении осуществляется в колбе, снабженной насадкой Дрекселя. Перемешивание реакционной смеси достигается при помощи магнитной мешалки. Водород поступает в реактор из газовой бюретки (рис. 1), связанной резиновым шлангом с уравнительной склянкой 83 (напорным резервуаром). До подачи водорода в бюретку её заполняют водой, газовую линию от бюретки к реактору перекрывают, а линию от газометра с водородом к бюретке открывают. Рис. 1. Установка для каталитического гидрирования при атмосферном давлении: 1 – газометр; 2 – трёхходовой кран; 3 – газовый цилиндр (бюретка); 4 – уравнительная склянка; 5 – реакционная колба с насадкой Дрекселя; 6 магнитная мешалка. Воду вытесняют из бюретки водородом в уравнительную склянку, после чего водородный резервуар (газометр) отключают и открывают кран на газовой линии, соединяющей бюретку и реактор, в который помещены реагенты и который предварительно «промыт» водородом. Опуская уравнительную склянку, выравнивают уровень воды в ней и бюретке и тем самым устанавливают в системе давление, равное атмосферному. Измерив начальный объём водорода в бюретке, начинают гидрирование. 84 Гидрокоричная кислота (3-фенилпропионовая кислота) O O H2 OH Ni OH Реактивы: коричная кислота – 3,7 г (0,025 моль); никель Ренея – 0,5 г; водород (из баллона); этанол – 20 мл. Работа проводится в установке для каталитического гидрирования (рис. 1). Газометр, наполненный водородом, соединяют при помощи трехходового крана с газовым цилиндром, который заполняют водородом. Замечают объем газа, для чего уравнительную склянку устанавливают таким образом, чтобы уровень воды в ней был одинаков с уровнем воды в цилиндре. Затем переводят трехходовой кран в положение, при котором газовый цилиндр соединяется с реакционной колбой, и проверяют установку на герметичность. После этого, перекрыв соединение установки с колбой, вносят в нее коричную кислоту, этанол и 0,5 г никеля Ренея. Далее вытесняют воздух из реакционной колбы. Для этого ее соединяют с газовым цилиндром и медленно пропускают 200 – 300 мл водорода. Водород выходит под тягу через шланг, надетый на отводную трубку насадки Дрекселя. После промывки систему закрывают заглушкой, надетой на отводную трубку насадки Дрекселя, а трехходовой кран переводят в положение, при котором газовый цилиндр соединен с реакционной колбой. Отмечают исходный объем водорода в цилиндре, пускают в ход мешалку. Гидрирование можно считать оконченным, когда поглотится рассчитанное количество водорода. Реакционную массу фильтруют, этанол тщательно удаляют на ротационном испарителе. Остаток на холоде затвердевает. Продукт очищают 85 перекристаллизацией из разбавленной соляной кислоты (примерно 10%-ной). Выход 3,4 г (90% от теоретического). Тпл 47 - 49оС. Метилциклогексан. Восстановление 1-метилциклогексанола-1 триэтилсиланом CH3 CH3 (C 2H5)3SiH OH CF 3COOH Реактивы: 1-метилциклогексанол-1 – 15,1 г (0,13 моль); трифторуксусная кислота – 37,5 мл (0,49 моль); триэтилсилан – 30 мл; гексан – 40 мл; 20%-ный раствор гидроксида натрия - 120 мл. К раствору 15,1 г 1-метилциклогексанола-1 в 37,5 мл трифторуксусной кислоты прикапывают 30 мл триэтилсилана в 40 мл гексана при температуре не выше 25оС. Перемешивают 1 ч и выдерживают при 45-50оС в течение 50 ч. Затем реакционную массу охлаждают, нейтрализуют 120 мл 20%-ного раствора гидроксида натрия, кипятят 5 ч, органический слой отделяют, сушат сульфатом натрия. Гексан отгоняют, а остаток перегоняют, собирая фракцию при температуре 100-101оС. Выход: 11,6 г (92% от теоретического). Ткип 101оС, n20D 1,4220. Бензиловый спирт и бензойная кислота. Восстановление бензальдегида (реакция Канниццаро). Метод А. O H OH KOH O + 2 86 - + OK Реактивы: бензальдегид – 20 г, 19,2 мл (0,18 моль); гидроксид калия – 17 г (0,3 моль); хлористый метилен. В колбу на 100 мл помещают 20 г свежеперегнанного бензальдегида и охлаждённый раствор гидроксида калия (17 г в 10 мл воды). Смесь встряхивают до образования стойкой эмульсии (10 -20 мин) и оставляют в закрытой колбе на сутки. К образовавшейся массе добавляют 10 мл воды и из полученного раствора экстрагируют бензиловый спирт хлористым метиленом 2-3 раза по 20 мл. Вытяжки соединяют вместе и промывают 10 мл 40%-ного раствора гидросульфита натрия, затем водным раствором соды, сушат над безводным Na2SO4. Отгоняют сначала на водяной бане хлористый метилен, затем заменяют водяной холодильник на воздушный и перегоняют бензиловый спирт. Температура кипения спирта – 206оС. Выход бензилового спирта 8,2 г (84% от теоретического). Водно-щелочной раствор, оставшийся после экстрагирования эфиром бензилового спирта, подкисляют соляной кислотой. Выпавшую бензойную кислоту отфильтровывают и перекристаллизовывают из воды. Выход бензойной кислоты около 6,9 г (60% от теоретического). Бензиловый спирт. Восстановление бензальдегида (перекрестная реакция Канниццаро). Метод Б. O H OH H + OH O H 87 - + HCOOH Реактивы: бензальдегид – 20 г, 19,2 мл (0,18 моль); формалин (40%) – 40 мл; гидроксид натрия – 16 г (0,4 моль); гидросульфит натрия. В колбу, снабжённую обратным холодильником, вливают 19,2 мл бензальдегида, 50 мл воды и 40 мл формалина. При постоянном перемешивании добавляют раствор едкого натра (16 г NaOH в 24мл воды) и нагревают реакционную смесь до 700С. Затем колбу закрывают пробкой и оставляют стоять в течение суток. Жидкость разделяется на два слоя. Бензиловый спирт отделяют, промывают гидросульфитом натрия и водой, высушивают над безводным Na2SO4 и перегоняют. Температура кипения – 2060С. Выход 11,6 г (59% от теоретического). Бутанол-2. Восстановление метилэтилкетона натрием в эфире O H3C CH3 OH Na ýôèð âëàæí. H3C CH3 Реактивы: метилэтилкетон – 8,5 г (0,12 моль); металлический – 8 г (0,35 грамм атома); эфир – 60 мл; вода. натрий В двухгорлую колбу с обратным холодильником помещают 8,5 г метилэтилкетона, 16 мл воды и 15 мл эфира. При охлаждении колбы ледяной водой и непрерывном встряхивании постепенно добавляют в неё маленькими кусочками 8 г натрия (кусочки отрезают скальпелем на фильтровальной бумаге – см. меры предосторожности). Когда прибавлена половина всего натрия, можно вводить кусочки натрия большего размера и добавить ещё 8 мл воды. Когда весь натрий прореагирует, верхний слой отделяют в делительной воронке, а нижний (водный) один раз экстрагируют 40 мл эфира. Эфирные 88 вытяжки объединяют, промывают один раз водой, сушат над MgSO4, отгоняют эфир и собирают фракцию с температурой кипения 95 1010С. Выход 6,2 г (70% от теоретического). 1-Фенилэтанол. Восстановление ацетофенона в присутствии изопропилата алюминия O HO CH3 CH3 O i-PrOH + Al(O- i-Pr) 3 H3 C CH3 Реактивы: ацетофенон – 12,2 г (0,1 моль); изопропилат алюминия – 20,4 г (0,1 моль); изопропиловый спирт – 100 мл; 3 М раствор H2SO4 – 200 мл. В колбе емкостью 200 мл с обратным холодильником, снабженным хлоркальциевой трубкой, смешивают 20,4 г изопропилата алюминия в 100 мл изопропилового спирта (приготовление изопропилата алюминия см. методику раздел 9) и 12,2 г ацетофенона. Реакционную смесь кипятят в течение одного часа, затем заменяют обратный холодильник на нисходящий и отгоняют образовавшийся ацетон и изопропиловый спирт со скоростью 5 капель/мин. Колбу с остатком жидкости охлаждают. Жидкость постепенно при перемешивании вливают в 175 мл охлаждённого 3 М раствора H2SO4, остаток жидкости из колбы смывают 25 мл охлаждённого 3 М раствора H2SO4 и добавляют к основной массе. Из полученной смеси 1-фенилэтанол экстрагируют несколько раз хлористым метиленом. Вытяжки продукта в хлористом метилене сушат над безводным К2СО3, 89 хлористый метилен отгоняют, а остаток перегоняют в вакууме. Температура кипения – 940С (12 мм рт. ст.). Выход 8,6 г (71% от теоретического). Этилбензол. Восстановление ацетофенона по Клемменсену O CH3 CH3 + 2 Zn + + 4 HCl 2 ZnCl2 + H 2O Реактивы: ацетофенон - 6 г (0,05 моль); цинк гранулированный 15 г (0,23 грамм атома); хлорид ртути – 2,5 г (0,009 моль); соляная кислота концентрированная – 10 мл; хлористый кальций. К амальгамированному цинку, приготовленному из 15 г цинка и 2,5 г хлорида ртути по методике (см. раздел 9), помещенному в круглодонную колбу емкостью 250 мл, прибавляют ацетофенон и приливают 30 мл разбавленной соляной кислоты, полученной смешением 10 мл концентрированной соляной кислоты с 20 мл воды. Колбу соединяют с обратным холодильником, нагревают на плитке до энергичного кипения жидкости и кипятят в течение 5 ч, добавляя каждый час по 7 - 8 мл кислоты. По окончании реакции образовавшийся этилбензол (плавающий на поверхности жидкости в виде бесцветного масла) быстро отгоняют с водяным паром, отделяют от воды при помощи делительной воронки, сушат хлористым кальцием и перегоняют из маленькой перегонной колбы с воздушным холодильником. Выход 4 г (75% от теоретического). Ткип. 136,3°С. 90 Циклогексанол. Восстановление циклогексанона боргидридом натрия O HO NaBH 4 i-PrOH Реактивы: циклогексанон – 9,8 г (0,1 моль); боргидрид натрия – 1,5 г (0,04 моль); изопропанол – 120 мл; соляная кислота; хлористый метилен; сульфат натрия. К раствору 9,8 г циклогексанона в изопропиловом спирте при комнатной температуре постепенно прибавляют при перемешивании боргидрид натрия. Для завершения реакции реакционную смесь оставляют на ночь. Затем осторожно приливают разбавленную соляную кислоту до прекращения выделения водорода. Получившийся раствор 5 раз встряхивают с небольшими порциями хлористого метилена; вытяжки сушат сульфатом натрия, растворитель отгоняют. Выход 8 г (80% от теоретического). Ткип. 160оС, n20D 1.4650. N,N-Фурфурилдиэтиламин. Восстановительное аминирование фурфурола O O H CH3 + (ÑH3CH 2)2NH + N HCOOH CH3 O 91 + CO 2 + H2 O Реактивы: диэтиламин - 52 мл (0,5 моль); фурфурол свежеперегнанный - 8.3 мл (0,1 моль); муравьиная кислота (85%) - 22 мл (0,57 моль); гидроксид натрия; хлористый метилен. В трехгорлую колбу 200 мл, снабженную механической мешалкой, капельной воронкой и обратным водяным холодильником, помещают 22 мл 85%-ного раствора муравьиной кислоты. Постепенно (в течение 2,5 - 3 ч) прибавляют из капельной воронки 52 мл диэтиламина. Прибавление диэтиламина вызывает бурную реакцию. Поэтому колбу с реакционной смесью охлаждают в бане с холодной водой. Когда реакция замедлится, обратный холодильник заменяют нисходящим, а капельную воронку - термометром и отгоняют жидкость, перегоняющуюся до 135°С. После охлаждения реакционной смеси до комнатной температуры к ней прибавляют 8,3 мл свежеперегнанного фурфурола. Колбу вновь соединяют с обратным холодильником и нагревают на масляной бане в течение 5 ч при температуре реакционной смеси 150°С. Затем смесь охлаждают до комнатной температуры, добавляют к ней 100 мл воды и переливают в круглодонную колбу емкостью 1 л. При охлаждении водой к реакционной смеси добавляют небольшими порциями 25 г твердого гидроксида натрия и перегоняют смесь с водяным паром. Отгоняют 250 - 270 мл жидкости. В дистилляте растворяют 25 - 30 г гидроксида натрия, при этом образуются два слоя. Верхний слой отделяют с помощью делительной воронки, а нижний (водный) три раза экстрагируют хлористым метиленом (порциями по 15 мл). Основной продукт реакции объединяют с вытяжками хлористого метилена, высушивают гидроксидом натрия. Отгоняют хлористый метилен на водяной бане и затем фурфурилдиэтиламин, собирая фракцию, кипящую при 169 - 172 °С. Выход 10,7 г (70 % от теоретического). Сильван. 92 Восстановление фурфурола по Кижнеру-Вольфу NH2 O O N2H4 N ýòèëåíãëèêîëü H O H o NaOH, t C -N2 CH3 O Реактивы: фурфурол – 25 г (0,26 моль); этиленгликоль – 125 мл; гидразин гидрат – 15 мл, 15,45 г (0,3 моль); гидроксид натрия – 4 г. В круглодонной колбе емкостью 250 мл смешивают cвежеперегнанный фурфурол с этиленгликолем и постепенно при встряхивании и охлаждении водой прибавляют 15 мл гидразин гидрата. При этом выпадает желтый кристаллический осадок гидразона фурфурола (иногда осадок не выпадает, но на выходе сильвана это существенно не сказывается). Смесь оставляют на 15 мин при комнатной температуре, затем прибавляют NаОН, присоединяют к колбе дефлегматор с нисходящим холодильником и нагревают 45 мин на масляной бане при 100°С. Затем в течение 1 ч температуру поднимают до 145°С, при этом отгоняются сильван и вода. Сильван отделяют от воды, сушат над NaОН и перегоняют. Выход 12,8 г (60% от теоретического); Ткип. 63 - 68,5оС; nD20 1,4345. Бензиловый спирт. Восстановление метилбензоата алюмогидридом лития O O OH CH3 1. LiAlH 4 2. HCl 93 Реактивы: метилбензоат – 12,5 г (0,092 моль); алюмогидрид лития – 2,1 г (0,055 моль); диэтиловый эфир – 50 мл; этилацетат – 5 мл; соляная кислота (4 М) – 60 мл; сульфат натрия. Алюмогидрид лития добавляют небольшими порциями при перемешивании в 30 мл сухого эфира и кипятят до тех пор, пока большая часть алюмогидрида не растворится. Затем по каплям добавляют раствор метилбензоата в 20 мл эфира со скоростью, обеспечивающей слабое кипение растворителя. После перемешивания и кипячения в течение 30 мин медленно добавляют этилацетат и затем 60 мл 4 М соляной кислоты (см. Примечание). Отфильтровывают осадок оксида алюминия, промывают небольшим количеством эфира. Органический слой отделяют от водного с помощью делительной воронки. Эфирные вытяжки сушат сульфатом натрия. Растворитель отгоняют. Бензиловый спирт перегоняют при 205 - 207оС. Выход 7,9 - 8,5 г (80 - 90 % от теоретического). Примечание. Алюмогидрид лития для восстановления часто берут в большом избытке от теории (2–4 - кратный избыток), хотя необходимость этого часто не подтверждается контрольными опытами. При разложении большого количества алюмогидрида лития даже медленное добавление воды и перемешивание необходимо производить очень осторожно, так как выделяющийся водород может вызвать бурное вспенивание. Использование 10%-ного раствора NaOH или хлористого аммония более удобно, поскольку выделяющаяся при этом гранулированная окись алюминия легко отфильтровывается. Для разложения избытка алюмогидрида лития часто используют этилацетат, т.к. при этом не выделяется водород и продукт восстановления (этанол) не мешает выделению конечного продукта. 4 СН3СOOC2H5 + LiAlH4 → LiOCH3 + Al(OCH3)3 + 4 C2H5OH Выделению продукта восстановления часто мешает объемный студенистый осадок гидроокисей, обработка которого избытком кислоты или щелочи 94 приводит к увеличению объемов и образованию эмульсий. Этого можно избежать последовательным добавлением к восстановленной смеси из n г алюмогидрида лития по каплям n мл воды, затем n мл 15%-ного раствора NaOH и 3 n мл воды (при перемешивании). Это приводит к образованию сухого гранулированного осадка, который можно легко отфильтровать и отмыть. Фенилгидроксиламин. Восстановление нитробензола в нейтральной среде NO 2 NHOH 2 Zn, NH 4Cl + o 3 H2O , 60 C 2 Zn(OH) 2 Реактивы: нитробензол - 6 г (0,048 моль); хлорид аммония - 3,5 г; цинковая пыль - 9 г (0,13 грамм атома); вода; хлорид натрия. В колбе вместимостью 250 мл растворяют хлорид аммония в 60 мл воды и добавляют 6 г нитробензола. Массу энергично перемешивают и постепенно, примерно в течение 20 мин вносят 9 г цинковой пыли. При этом температура не должна превышать 60 - 65оС. После добавления всей цинковой пыли смесь перемешивают еще 30 мин до окончания реакции – пока не исчезнет запах нитробензола. Теплый раствор фильтруют. Осадок промывают 30 мл горячей воды. Промывную воду и фильтрат объединяют, добавляют тонкоизмельченный хлорид натрия до насыщения и охлаждают смесью льда и соли в течение 60 мин. 95 Фенилгидроксиламин выделяется в виде тонких светло-желтых игл. Его отфильтровывают и сушат на воздухе. Перекристаллизовывают из бензола или петролейного эфира. Выход 2,5 – 3,2 г (до 60% от теоретического). Тпл 81оС (с разложением). Гидразобензол. Восстановление нитробензола в щелочной среде NO 2 Zn, NaOH 2 NH o NH t C Реактивы: нитробензол – 6 г (0,048 моль); гидроксид натрия – 10 г (0,25 моль); цинковая пыль – 17 г (0,26 моль); этиловый спирт. В двухгорлую колбу емкостью 250 мл, снабженную обратным холодильником, помещают 6 г нитробензола, 25 мл воды, 13 мл спирта и 10 г едкого натра. Все перемешивают и через боковое горло вносят небольшими порциями цинковую пыль. После добавления очередной порции горло закрывают пробкой и прибор встряхивают. Цвет раствора сначала красный, затем желтый. Когда реакция приостанавливается, добавляют следующую порцию цинковых опилок. После прибавления всей цинковой пыли в колбу вливают 75 мл спирта и нагревают смесь на водяной бане до кипения. Раствор охлаждают на бане с ледяной водой. Гидразобензол выделяется в виде почти бесцветных кристаллов. Кристаллы отфильтровывают, затем на воронке промывают небольшим количеством 50%-ного спирта и сушат в эксикаторе. 96 Выход 3,4 г (77% от теоретического). Тпл 125оС. Анилин. Восстановление нитробензола в кислой среде NH2 NO 2 9 Fe, 4 H2O + 4 4 HCl 3 Fe3O4 Реактивы: нитробензол – 4 г (0,03 моль); соляная кислота 3%-ная – 15 мл; железные опилки – 7 г; гидроксид натрия – 0,4 г; хлорид натрия. В колбу вместимостью 250 мл, снабженную обратным холодильником, помещают 7 г железных опилок, 15 мл 3%-ной соляной кислоты и 4 г нитробензола. Реакционную массу доводят до кипения и кипятят 4-4,5 ч до исчезновения запаха нитробензола. По окончании восстановления в реакционную смесь прибавляют 0,4 г гидроксида натрия и отгоняют анилин с водяным паром. В дистиллят добавляют хлорид натрия, продукт экстрагируют хлористым метиленом. Вытяжки сушат 1 ч гидроксидом натрия и переносят в сухую колбу Вюрца. Растворитель отгоняют на водяной бане, следы растворителя – на воздушной бане (до 100-110оС). Анилин перегоняют с воздушным холодильником при 180-182оС. Выход 2 - 2,3 г (70 - 75% от теоретического). п-Толилгидразин, гидрохлорид NH2 + N NaNO 2 - + NH NH3 Cl SnCl 2 - NH NH2 . HCl 1. NaOH HCl HCl H3 C N Cl 2. HCl H3C H3 C 97 H3 C Реактивы: п-толуидин - 16,1 г (0,15 моль); концентрированная соляная кислота – 172 мл; нитрит натрия – 10,3 г (0,15 моль); хлорид олова – 62 г (0,32 моль); 40%-ный раствор NaOH; хлористый метилен; сульфат магния. В стакан емкостью 500 мл, снабженный мешалкой и термометром, помещают п-толуидин и 110 мл концентрированной соляной кислоты. Полученный раствор при перемешивании охлаждают в бане со льдом до 5°С и, поддерживая эту температуру, добавляют к нему из капельной воронки раствор 10,3 г NaNO2 в 30 мл воды. По окончании диазотирования раствор фильтруют через складчатый фильтр в охлаждаемую ледяной водой колбу и при интенсивном перемешивании приливают в стакан, содержащий охлажденный до 5°С раствор 62 г SnCl2 в 62 мл концентрированной НС1. Выпавший осадок отфильтровывают на воронке Бюхнера и хорошо отжимают. Затем суспендируют его в 250 мл воды и при охлаждении подщелачивают 40%-ным раствором NaOH до сильнощелочной реакции (рН 10 по универсальной индикаторной бумаге). Температура при прибавлении щелочи не должна превышать 10°С. Реакционную массу трижды экстрагируют хлористым метиленом порциями по 100 мл, вытяжки высушивают над прокаленным MgSO4 (оставляют на ночь). Затем в раствор п-толилгидразина в хлористом метилене пропускают ток сухого хлористого водорода. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают эфиром и высушивают в вакуум-эксикаторе. Выход 14,7 г (62% от теоретического); Тпл. 205 - 206 °С. N-Бензил-м-нитроанилин 98 O H H NO 2 N NO 2 NH NO 2 H2 C NaBH 4 + - H2 O MeOH H2 N Реактивы: бензальдегид – 2,5 г (0,023 моль); м-нитроанилин – 2,8 г (0,02 моль); бензол – 25 мл; метиловый спирт; боргидрид натрия – 0,75 г (0,02 моль). 1. Синтез N-бензилиден-м-нитроанилина. В колбу Вюрца емкостью 50 мл помещают бензальдегид, м-нитроанилин, 25 мл бензола и несколько кипелок, соединяют холодильник с алонжем и нагревают на электроплитке с закрытой спиралью до кипения. Используя в качестве приемника мерный цилиндр, отгоняют 22-24 мл бензола (обычно для этого требуется 25-30 мин). Остаток после охлаждения закристаллизовывается. Затем его перекристаллизовывают из минимального количества метилового спирта. Выход 2,3 г (45% от теоретического); Тпл. 70 °С. 2. Восстановление N-бензилиден-м-нитроанилина. Полученный N-бензилиден-м-нитроанилин помещают в трехгорлую колбу емкостью 50-100 мл, снабженную мешалкой, обратным холодильником и капельной воронкой, и вносят туда же 20 мл метилового спирта. В полученную смесь, охлажденную до -30°С, добавляют при перемешивании в течение 3 мин охлажденный до -30°С раствор 0,75 г NаВН4 в 15 мл метилового спирта (см. Примечание). Затем реакционную смесь кипятят с обратным холодильником в течение 15 мин и после охлаждения до комнатной температуры выливают при перемешивании в 50 мл воды. После стояния в течение 15 мин и периодического перемешивания выпавшие кристаллы 99 отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают их на фильтре водой и высушивают на фильтровальной бумаге. Выход 2,1 г (90% от теоретического). В случае необходимости продукт перекристаллизовывают из этилового спирта; Тпл 106-107 °С. Примечание: Раствор боргидрида готовят при -30°С не более чем за 5 мин. до применения, так как боргидрид натрия реагирует с метиловым спиртом; колбу с раствором нельзя плотно закупоривать (выделяется водород): NаВН4 + 4СН3ОН 4Н2 + СН3ОNa + В(ОСН3)3 п-Хлоранилин. Восстановление 4-нитрохлорбензола NO 2 NH2 H2 N NH2 Ni Cl Cl Реактивы: 4-нитрохлорбензол - 6,3 г (0,04 моль); гидразин гидрат - 4-6 г (0,08 – 0,12 моль); никель скелетный – 1 г; этанол (ректификат) – 140 мл. Осторожно! Гидразин является сильным ядом. Работу проводить только в хорошо действующем вытяжном шкафу. В круглодонной колбе вместимостью 250 мл, снабженной механической мешалкой и холодильником, готовят раствор 6,3 г (0,04 моль) 4-нитрохлорбензола в 140 мл этанола. К раствору добавляют 23-кратный мольный избыток гидразин гидрата, слегка подогревают содержимое колбы на водяной бане до 30-40оС и вносят небольшими 100 порциями суспензию скелетного никеля в спирте. При этом наблюдается вспенивание раствора. По мере протекания реакции (время может варьироваться от 5 до 60 мин) реакционная смесь желтого цвета становится почти бесцветной. Каждую следующую порцию катализатора прибавляют после того, как выделение газа (азота) уменьшится. Завершение реакции можно проконтролировать методом ТСХ. Элюент – хлороформ. После окончания процесса в реакционную колбу вносят еще немного катализатора, и раствор нагревают с обратным холодильником до кипения для удаления растворенных газообразных продуктов реакции. Горячий раствор фильтруют для освобождения от никеля (см. Примечание), кипятят с активированным углем и снова фильтруют. Охлажденный фильтрат выливают в большой избыток воды (~ 800 мл), осадок отфильтровывают и перекристаллизовывают из этанола. Выход 4,1 г (80% от теоретического). Тпл.71°С. Примечание: Сухой катализатор пирофорен и на воздухе самовоспламеняется. Поэтому фильтры со скелетным никелем нельзя бросать в корзину для бумаг! Все остатки использованного катализатора, в том числе и на фильтре, следует временно до полного уничтожения хранить под слоем воды. Восстановление 1-метилциклопентена 3 NaBH 4 + o 0 - 10 C 4 BF 3. OEt 2 + 3 NaBF 4 + CH3 CH3 6 2 B 2 H6 + B 2H 6 2 101 CH3 CH3COOH 3B 4 Et 2O 6 Реактивы: 1–метилциклопентен - 32,6 г (0,4 моль); боргидрид натрия – 3,8 г (0,1 моль); эфират трехфтористого бора – 14,6 г (0,13 моль); диглим (диметиловый эфир диэтиленгликоля) – 15 мл; ТГФ – 50 мл; уксусная кислота – 30 мл. Диборан, приготовленный из 3,8 г боргидрида натрия и 14,6 г эфирата трехфтористого бора в диглиме, током азота переводят в раствор 32,6 г 1-метилциклопентена в 50 мл тетрагидрофурана, поддерживая температуру 0оС. Реакционную смесь перемешивают в течение 1 ч и затем медленно прибавляют 30 мл уксусной кислоты. Продукт выделяют перегонкой, Ткип. 71.8оС. Выход 26 г (80% от теоретического). 11. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ Неаккуратная и небрежная работа, несоблюдение мер предосторожности могут привести к взрывам, возникновению пожаров и к несчастным случаям. Особенности работы с водородом Водород относится к горючим и взрывоопасным газам. Он поступает в лаборатории в баллонах, окрашенных в зелёный цвет. 1. Баллон рекомендуется устанавливать вне здания и в специальных металлических шкафах. При такой установке газ к рабочим местам подаётся по медным или стальным трубам. 2. Работу с водородом надо проводить под тягой, так как смесь водорода с воздухом взрывоопасна. Допустимое количество водорода в лабораторных помещениях не должно превышать 5 л (при давлении 150 атм). 3. Основная опасность, связанная с применением водорода, заключается в образовании взрывчатых водородно-воздушных смесей, 102 пределы взрываемости которых по объёмной доле водорода очень широки: 3,3 – 81,5%. Наибольшую опасность представляет смесь, образованная двумя объёмами водорода и 4,8 объёмами воздуха. Учитывая это, при работе с водородом следует проявлять особую осторожность. 4. Необходимо избегать утечек газа, тщательно проверяя герметичность всех соединений рабочей установки. Должно быть исключено также присутствие поблизости открытого огня и нагретых предметов. 5. Приступать к выполнению работ с использованием водорода следует после ознакомления с инструкциями по технике безопасности при работе с газовыми баллонами и водородом. Особые меры предосторожности при работе с катализаторами В сухом состоянии на воздухе скелетные катализаторы пирофорны, сильно раскаляются и способны зажечь окружающие предметы. Учитывая это свойство, их следует хранить под слоем жидкости (вода, спирт, жидкие углеводороды и др.) и при загрузке в реакционный сосуд вводить во влажном состоянии. Скелетные катализаторы, приготовленные описанными выше способами, особенно активны в процессах гидрирования при низких давлениях и температурах не выше 100оС. При более высоких температурах и давлениях количество катализатора не должно превышать 5% от количества акцептора водорода. Несоблюдение указанных условий иногда может привести к весьма бурному протеканию реакции и к резкому увеличению давления. Не следует пользоваться скелетным никелем в растворе диоксана при температуре выше 175оС, так как в этом случае реакция может сопровождаться взрывом. Остатки катализатора нельзя выбрасывать в ведро с мусором, так как, например, никель Ренея легко воспламеняется. 103 Особенности работы с комплексными гидридами металлов При работе с комплексными гидридами металлов необходимо выполнять следующие меры предосторожности. 1. Работать с комплексными гидридами металлов можно только в защитных очках и перчатках, следует тщательно защищать органы дыхания от попадания в них растворов и пыли. Растворы комплексных гидридов при попадании на кожу вызывают ожоги и приводят к дерматитам, если подвергавшиеся их действию участки кожи своевременно не промыть разбавленным раствором уксусной кислоты. Работать только под тягой! Рядом не должно быть огня или раскалённых предметов (например, электроплиток). 2. На воздухе при комнатной температуре комплексные гидриды металлов достаточно стойки. Алюмогидрид лития, вероятно, вследствие реакции его поверхностного слоя с влагой и углекислотой воздуха образует поверхностную защитную плёнку гидроксида алюминия, что предотвращает его разложение. Однако при продолжительном хранении он превращается в серый порошок, очень легко воспламеняющийся и способный взрываться. Такой препарат использовать не рекомендуется, и он подлежит уничтожению. 3. Комплексные гидриды металлов нужно тщательно защищать от попадания на них влаги. Только боргидрид и цианоборгидрид натрия медленно реагируют с водой. Напротив, алюмогидрид лития и многие другие гидриды при контакте даже с небольшим количеством воды могут возгораться и взрываться. Реакция алюмогидрида лития с водой может сопровождаться взрывом и идет по следующей схеме: LiAlH4 + 4 H2O → 4 H2 + LiAl(OH)4 Для хранения алюмогидрида лития лучше использовать стеклянные сосуды, которые закрываются резиновыми пробками или 104 плотно завинчивающимися крышками. Сосуды предварительно должны быть заполнены азотом. 4. Алюмогидрид лития может воспламеняться также при пересыпании с помощью стеклянных воронок и измельчении. Для измельчения целесообразно использовать обёрнутые алюминиевой фольгой ступки и пестики из твёрдой резины. Для пересыпания следует применять воронки из меди. 5. Разлитые реакционные смеси могут воспламеняться на воздухе после того как часть растворителя испарится, поэтому они должны быть тщательно засыпаны песком. 6. Для работы с комплексными гидридами металлов следует применять только свежеперегнанные, свободные от пероксидов растворители. Особенно опасны в этом смысле тетрагидрофуран и диалкиловые эфиры, из которых часто употребляется диглим. Реакция между пероксидами и алюмогидридами плохо контролируется, поэтому возможны взрывы. 7. При работе с алюмогидридом лития следует помнить, что при температуре выше 100оС он разлагается, выделяя водород, что может представлять опасность. Также алюмогидрид лития реагирует с ОН-, SH-, NH- и СН-кислотами: LiAlH4 + 4 ROH → 4 H2 LiAlH4 + 4 R2NH → 4 H2 LiAlH4 + 4 RC≡CH → 4 H2 + LiAl(OR)4 + LiNR2 + Al(NR2)3 + LiC≡CR + Al(C≡CR)3 8. При работе с комплексными гидридами металлов следует обеспечить отвод выделяющегося при их разложении водорода от близко расположенного пламени, электромоторов, которые могут давать искру и т.п. 9. Подлежащие уничтожению остатки комплексных гидридов металлов небольшими порциями смешивают с сухим эфиром, не 105 содержащим пероксидов, переносят в колбу с мешалкой и обратным холодильником и по каплям добавляют раствор сухого этилацетата в эфире, пока не прекратится кипение эфира. 10. Для тушения воспламенившегося гидрида очаги пожара рекомендуется засыпать песком, измельчённым мелом или поваренной солью. Применение воды, пенных и углекислотных огнетушителей запрещается. Особенности работы с металлическим натрием 1. Металлический натрий и его обрезки необходимо хранить под слоем керосина. Вынимать его из керосина следует маленькими порциями, отрезанными под слоем керосина. Пинцет должен быть сухим! 2. Керосин с поверхности кусочков металлов удаляется фильтровальной бумагой, на которой кусочек режут в стружку скальпелем, перенося каждую стружку пинцетом в реакционную колбу. Отходы металлического натрия и фильтровальную бумагу, на которой резали натрий, категорически запрещается выбрасывать в канализацию, в ведро с мусором и т.п. их следует уничтожать путём полного растворения всех следов натрия в этиловом спирте. После этого бумагу промывают водой и выбрасывают, спиртовой раствор сливают в склянку для отходов. 3. Нельзя допускать не предусмотренных работой соприкосновений натрия с водой или хлорсодержащими соединениями. Нельзя использовать водяные бани. На холодильник следует надевать предохранительную бумажную муфточку (из фильтровальной бумаги). Работать следует с масляной, глицериновой или песчаной банями. 4. В случае возгораний, вызванных работой со щелочными металлами, нельзя использовать воду, пенные огнетушители или углекислоту. Надо применять сухой песок, асбестовые одеяла, лопаты, совки. 106 12. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ 1. Какие реакции в органической химии называют восстановлением? 2. Какие восстановители используются в лабораторной практике? 3. Назовите восстановители на основе гидридов бора и алюминия. 4. Напишите реакции получения комплексных алкоксиалюмогидридов. 5. Какой гидридный эквивалент (по теории) необходимо использовать при восстановлении нитрилов до первичных аминов; до альдегидов? 6. Какие катализаторы гетерогенного гидрирования вы знаете? 7. В чем заключается преимущество гомогенного гидрирования по сравнению с гетерогенным? 8. Приведите примеры реакций гидрогенолиза, дайте определение. 9. Как влияет строение алкена на скорость гидрирования? 10. Приведите пример реакции гидроборирования. 11. Какой катализатор используется для гидрирования алкинов до цисалкенов? 12. Какой надо взять восстановитель, чтобы получить из бутина-2 трансбутен-2? 13. Почему в перекрёстной реакции Канниццаро из смеси двух альдегидов окислению подвергается формальдегид, а другой альдегид восстанавливается до спирта? 14. Каким восстановителем надо действовать, и в каких условиях, чтобы из ароматического нитросоединения получить ароматический амин? 15. Каким реагентом надо действовать, и в каких условиях, чтобы из нитробензола получить гидразобензол? 16. В каких случаях восстановление альдегидов или кетонов проводят по Клемменсену, а в каких по Кижнеру-Вольфу? 17. Напишите реакцию восстановления соли диазония сульфитом натрия. 18. Почему при работе с алюмогидридом лития посуда и реактивы должны быть тщательно высушены? 19. Напишите продукты реакций и назовите их: а) O O C H CH2 C 107 O CH3 LiAlH4 б) O CH3 N LiAlH4 CH3 в) CH3 O Li NH3 г) O OH Li NH3 д) C N LiAlH 4 20. Завершите следующие реакции: а) O H2/Pt EtOH б) O (CH3)3C C NaBH4 CH2Br i-PrOH в) O CH3(CH2)6C H Na EtOH г) OH H2 OH 108 Kt 21. Напишите продукт, который преимущественно образуется из м- нитротолуола в каждой из следующих реакций: а) Zn, NaOH – EtOH; б) Fe, NH4Cl (водн.); в) Zn, NaOH (водн.); г) H2/Pt; д) SnCl2, HCl Библиографический список 1. Практикум по органической химии / Под ред. академика РАН Н.С. Зефирова. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 568 с. 2. Боровлев И.В. Органическая химия: термины и основные реакции. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 359 с. 3. Дядченко В.П., Трушков И.В., Брусова Г.П. Синтетические методы органической химии: Учеб. пособ., Ч.1-2. – М.: Химмед, 2004. – 154 с. 4. Органическая химия: Учеб. пособ., Ч.4. – М.: Изд-во химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, 2002. – 143 с. 5. Органическая химия: Учеб. пособ., Ч.1. – М.: Изд-во химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, 2002. – 102 с. 6. Репинская И.Б., Шварцберг М.С. Избранные методы синтеза органических соединений: Учеб. пособ. – Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 2000. – 284 с. 7. Кери Ф., Сандберг Р. Углублённый курс органической химии. – М.: Химия, 1981. – 254 с. 8. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1988. – 592 с. 109 9. Пассет Б.В. Основные процессы химического синтеза биологически активных веществ. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2002. – 376 с. 10. Органикум: Практикум по органической химии: В 2 т. /Пер. с нем. – М.: Мир, 1979. – Т.2. 442 с. 11. Современные методы органического синтеза /Под ред. Б.В. Иоффе. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1980. – 232 с. 12. Терней А. Современная органическая химия: В 2 т. – М.: Мир, 1981. 13. Хайош А. Комплексные гидриды в органической химии. – Л.: Химия, 1971. – 624 с. 14. Физер Л., Физер М. Реагенты для органического синтеза. В 6 т. - М.: Мир, 1970-1975. 110 ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1 Реакционная способность различных функциональных групп в реакциях с комплексными гидридами металлов при температуре 0 – 25оС Реакция RCHO RCH2OH R2CO R2CHOH RCOCl RCH2OH Лактон диол Эпоксид спирт R1COOR2 R1CH2OH + R2OH RCOOH RCH2OH RCOO- RCH2OH RCONR2 RCHNR2 RCN → RCH2NH2 RNO2 RNH2 RHal RH RCH=CH2 RCH2CH3 Восстановитель LiAlH4 NaBH4 LiBH4 LiAlH(OMe)3 LiAlH2(OCH2CH2OMe)2 LiBHEt3 NaBH3CN диглим + + + + + + LiAlH(tOBu)3 ТГФ + + + - эфир + + + + + + метанол + + + - ТГФ + + + + + + + + + + + + эфир + + + + + - + + - + + + + - - - + + + + + + + + + + + - + + - - - - + + - + - + + - + - П р и м е ч а н и е. Плюсом обозначено наличие реакции, минусом – очень медленная реакция. 109 Приложение 2 Растворимость некоторых комплексных гидридов металлов при температуре 255оС (г на 100 г растворителя) Гидрид Растворитель H2O MeOH EtOH Et2O ТHF Диоксан Глим Диглим LiAlH4 LiBH4 NaBH4 NaBH3CN 55 212 13 28 0,1 37,2 0,1 0,06 - 7 0,8 - 5 5,5 17,6 - 2,5 20 Слабо растворим - 35 – 40 2,5 0 0 NaBH(OMe)3 2,5 16,4 Хорошо растворим - - - 1,64 - - LiAlH(O-tBu)3 - - - 2 36 - 4 41 110 111
Státní technická univerzita v Samaře Katedra organické chemie ZPRÁVA o stáži Místo stáže: LLC PKF "Vershina" Vedoucí praxe z podniku: Kondratyev V. A. Student III-xt-6 Anashkin Yuri
Cíl: Upevnění teoretických a praktických znalostí získaných studiem obecných odborných disciplín; Cíle: Seznámení s organizací práce v průmyslových podnicích Zvládnutí odbornosti laborant spektrální analýzy Studium regulační a informační literatury a dokumentace (GOST, TU aj.) Získání moderních představ o integrovaném využívání surovin a recyklaci odpadů
Produkty - Výroba hliníkových slitin dle požadavků GOST 1583-93 nebo dle specifikace zákazníka, včetně - Odlitky různých skupin složitosti o hmotnosti do 20 kg. - Výkovky různé složitosti, vyráběné v otevřených zápustkách na lisech pro ražení za tepla
PKF Vershina LLC vyrábí a prodává slitiny hliníku jakosti AK 12, AK 9 h, AK 7 h, AK 5 M 2, AK 9 M 2, AK 12 MMg. N, AK 12 M 2 Mg. N a mnoho dalších značek.
Laboratoř Spektrální laboratoř společnosti Vershina PKF LLC je vybavena modernizovaným komplexem pro provádění spektrální analýzy kovů a slitin odpovídající spektrofotometru DFS-500. Doba chemické analýzy je 5÷15 minut. Stabilita procesu a přesnost analýzy jsou zajištěny použitím vysokofrekvenčního argonu a vysoce kvalitních vzorků GSO v instalaci.
Atomová emisní spektroskopie Princip činnosti optického emisního spektrometru je založen na tom, že atomy každého prvku mohou vyzařovat světlo určitých vlnových délek - spektrálních čar. Aby atomy začaly vyzařovat světlo, musí být excitovány – teplem, elektrickým výbojem, laserem nebo nějakým jiným způsobem. Čím více atomů daného prvku je v analyzovaném vzorku (vzorku), tím jasnější bude záření odpovídající vlnové délky.
Podrobný průvodce používáním aplikace Microsoft Word
Shrnutí lekce o informatice „základní zařízení osobního počítače“
Bezplatný analyzátor pro nahrání katalogu produktů na sociální média
Snížení pingu ve World of Tanks