Методические рекомендации для практических занятий

Тема 1 – Методы химических превращений, используемые в технике получения органических соединений (3 часа)

Цель: Закрепить знания обучающихся основами химических превращений промежуточных или конечных продуктов производства.

Задачи обучения: разобрать основные типы химических реакции, используемые для синтеза лекарственных веществ и применить в технике получения органических соединений.

Основные вопросы темы:

1. Реакции замещения в ароматическом ряду.

2. Процессы галогенирования. Сульфирование, нитрование, нитрозирование, гидроксилирование.

3. Восстановление, окисление, ацилирование, алкилирование.

Методы обучения и преподавания: разбор теоретических вопросов и выполнение практических заданий.

Литература:

1. Альбицкая В.Г., Гинзбург О.Ф., Коляскина З.Н., Купин Б.С., Павлова Л.А., Разумова Н.А., Ралль К.Б., Серкова В.И., Стадничук М.Д. Лабораторные работы по органической химии. Под ред. О.Ф. Гинзбурга, А.А. Петрова. М.: Высш. шк., 1967. – 295 с.

2. Майофис Л.С. Химия и технология химико-фармацевтических препаратов. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Медицина, 1964. – 625 с.

Контроль

1. Какие реакции замещения используются в практике получения лекарственных веществ?

2. Приведите конкретные примеры использования хлорпроизводных в синтезе промежуточных продуктов синтеза лекарственных веществ.

3. Охарактеризуйте понятие о п-сульфировании?

4. Какие ацилирующие средства используются в процессе ацилирования лекарственных веществ? Оцените природу использования ацилирующих агентов.

5.Какие реакции используются в процессе получения получении йодоформа, фенола, бензойной кислоты?

ПРИЛОЖЕНИЕ

Лабораторная работа 1 - Получение бензойной кислоты.

Толуол 10 г

Перманганат калия 34 г

Соляная кислота

Круглодонная колба на 1 л

Водяной холодильник

Колба Бунзена

Воронка Бюхнера

Стакан

Баня песчаная

Методика. В литровой колбе. Снабженной обратным холодильником, кипятят в течение 4 ч на песчаной бане 10 г толуола с 700 мл воды и 34 г мелкорастертого перманганата калия. Для равномерного кипения реакционной смеси в колбу бросают несколько кусочков пористого кирпича. После окончания реакции бесцветный* раствор охлаждают, выпавшую двуокись марганца отфильтровывают и дважды промывают кипящей водой (по 10-15 мл).

Фильтрат упаривают до объема 100-150 мл и подкисляют концентрированной соляной кислотой до кислой реакции по конго. При этом осаждается бензойная кислоты. ЕЕ отфильтровывают, промывают небольшим количеством холодной воды и сушат. Т.пл. 120-121⁰. Выход 70-80 % от теоретического [1].

[1]. Альбицкая В.Г., Гинзбург О.Ф., Коляскина З.Н., Купин Б.С., Павлова Л.А., Разумова Н.А., Ралль К.Б., Серкова В.И., Стадничук М.Д. Лабораторные работы по органической химии. Под ред. О.Ф. Гинзбурга, А.А. Петрова. М.: Высш. шк., 1967. – с. 139.

* Если реакционная смесь остается окрашенной, обесцвечивания достигают прибавлением нескольких капель спирта.

Реакции окисления используются для получения кислородсодержащих соединений. Окисление можно проводить кислородом воздуха и различными окислителями. Наиболее часто применяемым окислителем органических соединений является перманганат калия, окислительная способность которого зависит от среды. Для окисления применяют водные растворы перманганата калия различной концентрации в нейтральной, кислой или щелочной средах.

Лабораторная работа 2 – Использование реакции галогенирования при получении йодоформа.

Йодоформ – твердое кристаллическое вещество лимонно-желтого цвета с неприятным запахом. Порог ощущения его запаха 0,000006-0,00027 мг/л, летуч с водяным паром. Температура плавления 116-120 ⁰; удельная масса 4,003. В этиловом спирте при температуре 17-18⁰йодоформ растворяется 1:75, а в эфире 1:10. Хорошо растворим в ацетоне, мало – в бензине.

Производство йодоформа из ацетона сводится к двум химическим стадиям: получению раствора гипохлорита натрия и получению йодоформа с применением операций отстаивания, разделения, декантации, центрифугирования, промывки водой, спиртом и сушки.

1. Хлоратор из нержавеющей стали или эмалированный. Лучше из антихлор- или монельметалла, снабженный мешалкой, барботером и рубашкой, наполняют 30 %-ным раствором едкого натра. Хлораторы могут быть соединены попарно. В первый пропускают из баллона газообразный хлор через барботер, а второй служит абсорбером для непоглощенного хлора. Процесс идет с выделением тепла. Аппарат охлаждают, не допуская подъема температуры выше 30 ⁰. По окончании хлорирования в первом аппарате хлор пропускают во второй, а первый используют как абсорбер, заливая в него предварительно раствор едкого натра. Полученный раствор гипохлорита натрия доводят водой до удельной массы 1,21-1,27.

2. Получение йодоформа ведут в аппарате из нержавеющей стали, снабженном рассольным охлаждением. Туда подают раствор гипохлорита натрия и ацетон, а из мерника предварительно загружают раствор натрия или калий йодида. В начале процесса появляется интенсивно желто-коричневое окрашивание, которое может наблюдаться и при избытке гипохлорита натрия. Это обусловлено выделением свободного йода, что совершенно нежелательно, так как ведет к получению, помимо йодоформа, и йодатов (переходящих впоследствии в маточный раствор, снижающих выход йодоформа и приводящих к непроизводительным затратам дорогостоящего натрий йодида).

Рекомендуется вести загрузку реагирующих веществ следующим образом. Растворы гипохлорита и ацетона подают в реактор равномерно и одновременно, и процесс ведут с тщательным перемешиванием и охлаждением аппарата рассолом. Температура реакционной смеси не должна превышать 10 ⁰. Все время наблюдают за реакционной смесью и регулируют подачу растворов так, чтобы окраска была интенсивно-желтой, а не коричневой.

Для определения конца реакции в фильтрат реакционной массы, разлитой в две пробирки, добавляют: в одну пробирку 10-15 капель раствора гипохлорита натрия, а в другую – 3-5 капель ацетона. В случае невыпадения осадка йодоформа в обеих пробирках реакцию считают законченной. Эту пробу повторяют через час, а затем после 30 мин отстаивания маточник сифонируют через ткань и спускают и канализацию. Технический йодоформ после отстаивания, разделения и декантации засасывают в специальный отстойник – аппарат с мешалкой, где промывают 3-4 раза очищенной водой, а затем – раствором хлороводородной кислоты для удаления солей кальция и железа, после чего вновь промывают очищенной водой и передают на центрифугу, где снова промывают водой, затем спиртом. Влажный йодоформ сушат на противнях в калориферной сушилке при 50 ⁰. Сухой продукт просеивают на электровибрационном сите. Фасуют препарат в банки оранжевого стекла. Отсевы подвергают размолу в фарфоровой шаровой мельнице [2].

[2]. Майофис Л.С. Химия и технология химико-фармацевтических препаратов. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Медицина, 1964. – с. 221-223.

Лабораторная работа 3 – Использование реакции гидроксилирования в производстве фенола.

Анилин 9,3 г

Серная кислота (d=1,84) 10 мл

Нитрит натрия 7,3 г

Эфир 60 мл

Стакан фарфоровый на 250 мл

Круглодонная колба на 500 мл

Воронка капельная

Мешалка

Установка для перегонки с водяным паром

Установка для перегонки фенола с коротким воздушным холодильником

В толстостенный стакан наливают 50 мл воды, при тщательном перемешивании осторожно приливают 190 мл концентрированной серной кислоты и добавляют 9,3 г свежеперегнанного анилина. Раствор охлаждают до 0 ⁰, постепенно добавляя к нему 75 г мелко раздробленного льда при сильном перемешивании, чтобы частично выделяющийся сернокислый анилин был мелкокристаллическим.

К охлажденной смеси из капельной воронки медленно, по каплям, при сильном перемешивании приливают охлажденный до 0 - 5⁰ раствор 7,3 г нитрита натрия в 30 мл воды. Температура реакционной смеси при этом не должна превышать 8 ⁰. Когда основная часть раствора нитрита натрия уже находится в реакционной смеси, прекращают его приливание и через 5 мин берут пробу на присутствие свободной азотистой кислоты. Для этого каплю раствора наносят на иодкрахмальную бумагу. Если на бумаге не появляется синее пятно, значит, нужно продолжать добавление раствора нитрита натрия. Одновременно надо следить за тем, чтобы раствор все время имел кислую реакцию (по конго). Наряду с присутствием свободной азотистой кислоты в растворе признаком конца реакции является полный переход сернокислого анилина в раствор.

Раствор соли диазония переносят в колбу на 500 мл и нагревают на водяной бане (температура бани 50-60 ⁰) до прекращения выделения азота (15-20 мин). Полученный фенол отгоняют с водяным паром до тех пор, пока проба дистиллята не перестанет давать помутнения с бромной водой. Дистиллят насыщают поваренной солью и фенол несколько раз извлекают эфиром (3 раза порциями по 20 мл). Эфирные вытяжки сушат безводным сульфатом натрия или магния. Эфир отгоняют и фенол перегоняют из маленькой колбы, собирая фракцию 179-183 ⁰. После охлаждения фенол должен закристаллизоваться.

Выход фенола около 6 г. Фенол вызывает при попадании на кожу ожоги. Поэтому при работе с ним следует соблюдать осторожность [3].

[3]. Альбицкая В.Г., Гинзбург О.Ф., Коляскина З.Н., Купин Б.С., Павлова Л.А., Разумова Н.А., Ралль К.Б., Серкова В.И., Стадничук М.Д. Лабораторные работы по органической химии. Под ред. О.Ф. Гинзбурга, А.А. Петрова. М.: Высш. шк., 1967. – с. 109-110.

Theme 1 - Methods of chemical reactions that are used in the technique of producing organic compounds (3 hours) Objective: to consolidate the knowledge taught the basics of chemical transformations of intermediate or final products of production. Learning objectives: to disassemble the basic types of chemical reactions used for the synthesis of drugs and techniques to apply in the preparation of organic compounds. The main issue in this topic: 1. Substitution reactions of the aromatic series. 2. Halogenation process. Sulfonation, nitration, nitrosation, hydroxylation. 3. Recovery, oxidation, acylation, alkylation.

Methods of teaching and learning: analysis of theoretical issues and case studies.

References: 1 Albitskaya VG, Ginsburg OF, Kolyaskina ZN, Kupin BS, LA Pavlova, Razumova NA, Rall KB, Serkova VI Stadnichuk MD Laboratory work in organic chemistry. Ed. OF Ginzburg, AA Petrov. Vysshaya. wk., 1967. - 295 p. 2 Maiofis LS Chemistry and technology of chemical and pharmaceutical products. 2nd ed., Rev. and add. - M.: Medicine, 1964. - 625 p. Сontrol 1. What substitution reactions are used in the practice of obtaining drugs? 2. Give specific examples of the use in the synthesis of chlorinated intermediates synthesis of drugs. 3. Describe the concept of p-sulphonation? 4. What acylating agents are used in the acylation of drugs? Appreciate the nature of the acylating agents. 5.What reactions are used during the process of obtaining iodoform, phenol, benzoic acid?

APPENDIX Lab 1 - Preparation of benzoic acid. Toluene, 10 g 34 g of potassium permanganate Hydrochloric acid Round-bottom flask to 1 liter Water cooler Bunsen flask Buchner funnel Glass Sand bath Technique. In liter flask. Equipped with a reflux condenser, boil for 4 hours on a sand bath 10 g of toluene and 700 ml of water and 34 g of potassium permanganate melkorastertogo. For a uniform reaction mixture in boiling flask throw a few pieces of porous brick. After the reaction is colorless * solution is cooled, the precipitated manganese dioxide was filtered off and washed twice with boiling water (10-15 ml). The filtrate was concentrated to a volume of 100-150 ml and acidified with concentrated hydrochloric acid to acid reaction to Congo. Thus precipitated benzoic acid. ITS is filtered, washed with a little cold water and dried. Mp 120-1210. Yield 70-80% of theory. [1] [1]. Albitskaya VG, Ginsburg OF, Kolyaskina ZN, Kupin BS, LA Pavlova, Razumova NA, Rall KB, Serkova VI Stadnichuk M . D. Laboratory work in organic chemistry. Ed. OF Ginzburg, AA Petrov. Vysshaya. wk., 1967. - With. 139.

* If the reaction mixture remains colored, bleaching achieved by adding a few drops of alcohol. Oxidation reaction used to produce oxygen-containing compounds. The oxidation can be carried out by atmospheric oxygen and various oxidants. The most commonly used organic oxidizer is potassium permanganate oxidation power of which depends on the medium. Used for the oxidation of aqueous solutions of different concentrations of potassium permanganate in neutral, acidic or alkaline media.

* Lab 2 - Using the halogenation reaction when receiving iodoform. Iodoform - crystalline solid lemon yellow with a foul odor. Threshold of feeling the smell 0,000006-0,00027 mg / l, volatile with steam. The melting point of 116-120 0, specific gravity 4.003. In ethanol at 17-18 0 iodoform dissolved 1:75 and 1:10 in the air. It is soluble in acetone, a little - in petrol. Iodoform production of acetone is reduced to two chemical steps of: obtaining a solution of sodium hypochlorite and getting iodoform using transactions settling, separation, decantation, centrifugation, washing with water, alcohol and drying. 1. Chlorinator stainless steel or enameled. Best of antihlor or monelmetalla equipped with a stirrer, bubbler and a jacket filled with 30% sodium hydroxide solution. Chlorinators can be joined together. On the first pass of the chlorine gas cylinder through the bubbler, and the second is the absorber unabsorbed chlorine. The process is to produce heat. The unit is cooled, preventing the temperature rise above 30 0. At the end of the first chlorination apparatus chlorine is passed in the second and the first is used as an absorber, filling it previously sodium hydroxide. The resulting solution of sodium hypochlorite was adjusted with water to a specific gravity 1,21-1,27. 2. Getting iodoform are in the unit, stainless steel, equipped with cooled brine. There with a solution of sodium hypochlorite and acetone, and from the measuring device to pre-load solution of sodium or potassium iodide. At the beginning of an intense yellow-brown color, which can be observed with an excess of sodium hypochlorite. This is due to the liberation of free iodine, which is totally undesirable, since it leads to the generation, besides iodoform and iodate (passing later in the mother liquor, reducing the output of iodoform and lead to the overhead of expensive sodium iodide). Recommended that a loading of reactants as follows. Hypochlorite and acetone into the reactor uniformly and at the same time, and the process is conducted with careful stirring and cooling apparatus brine. The reaction temperature should not exceed 10 0. All the while watching the reaction mixture and controls the supply of solutions so that paint was intensely yellow, not brown. To determine the end of the reaction in the filtrate of the reaction mixture, poured into two test tubes, add: one tube 10-15 drops of a solution of sodium hypochlorite, and in another - 3-5 drops of acetone. If nevypadeniya precipitate iodoform in both tubes reaction was considered complete. This test was repeated in an hour, and then after 30 minutes settling sifoniruyut liquor through a cloth and let down and drains. Technical iodoform after settling, separation and decantation suck in a special decanter - the unit with a mixer, where washed 3-4 times with purified water, and then - with a solution of hydrochloric acid to remove the calcium and iron, and then again washed with purified water and transfer to a centrifuge, where again washed with water, then alcohol. Moist iodoform dried on trays in an oven at 50 kalorifernoy 0. The dry product is screened for elektrovibratsionnom sieve. Packed product in banks orange glass. Screenings are subjected to grinding in a porcelain ball mill [2]. [2]. Maiofis LS Chemistry and technology of chemical and pharmaceutical products. 2nd ed., Rev. and add. - M.: Medicine, 1964. - With. 221-223.

Lab 3 - Using the hydroxylation reaction in the production of phenol. 9.3 g of aniline Sulfuric acid (d = 1,84) 10 ml 7.3 g of sodium nitrite 60 ml ether Porcelain cup of 250 ml Round-bottomed flask of 500 ml Dropping funnel Agitator Installation for steam distillation Distillery phenol with a short air condenser In a thick-walled glass pour 50 ml of water while stirring gently pour 190 ml of concentrated sulfuric acid was added 9.3 g of freshly distilled aniline. The solution was cooled to 0 0, gradually adding to it 75 g of finely divided ice with vigorous stirring to partially catching aniline sulfate was finely crystalline. To the cooled mixture from the dropping funnel slowly, dropwise, with vigorous stirring, pour cooled to 0 - 50 solution of 7.3 g of sodium nitrite in 30 ml of water. The reaction temperature is not to exceed 8 0. When most of the sodium nitrite solution is already in the reaction mixture to stop pouring, and after 5 minutes take a sample for the presence of free nitric acid. To do this, a drop of solution is applied to iodkrahmalnuyu paper. If the paper does not appear blue spot, then you need to continue adding a solution of sodium nitrite. Simultaneously we should ensure that the solution always has an acid reaction (to Congo). Along with the presence of free nitric acid in the solution indicates the end of the reaction is complete transfer of aniline sulfate in solution. Diazonium salt solution is transferred to a 500 ml flask and heated in a water bath (bath temperature of 50-60 0) until the evolution of nitrogen (15-20 min). The resulting phenol is distilled with steam as long as the sample distillate no longer give a turbidity bromine water. The distillate was saturated with sodium chloride and phenol extracted several times with ether (3 x 20 ml). Ether extracts were dried with anhydrous sodium sulfate or magnesium. Ether was removed, and phenol is distilled from a small flask, collecting the fraction 179-183 0. After cooling, the phenol must crystallize. Yield of phenol was about 6 Phenol is in contact with skin burns. Therefore, when working with it, be careful. [3] [3]. Albitskaya VG, Ginsburg OF, Kolyaskina ZN, Kupin BS, LA Pavlova, Razumova NA, Rall KB, Serkova VI Stadnichuk M . D. Laboratory work in organic chemistry. Ed. OF Ginzburg, AA Petrov. Vysshaya. wk., 1967. - With. 109-110.

Мы работаем над текстом методического материала.

Задаем друг другу вопросы. Выписать все незнакомые слова.

Охарактеризовать реакции галогенирования и объяснить механизм реакции замещения.

Что Вы можете рассказать о себе, об этом?

Повторите лабораторную работу № 1 и 2? Попробуйте каждое предложение выразить в правильной граматической форме?

We are working on the text of methodological materials. Ask each other questions. Write down all the new words. Halogenation characterize and explain the mechanism of the substitution reaction. What can you tell us about yourself, about this? Repeat lab number 1 and 2? Try to express each sentence in the correct grammatical form?

Задание 1

1. Write halogenation reaction of unsaturated hydrocarbons

2. Describe lab number one in English

3. Translate words and phrases into English:

Закреплять

Обучающийся

Понятие

Конкретный пример

Иодоформ – кристаллический порошок лимонно-желтого цвета

Электрофильное присоединение

Задание 2

1. What acylating agents are used in the acylation of drugs?

2. Describe lab number two in English

3. Translate words and phrases into English:

Эффективность

Похожая реакция

Разработан

Фильтрат был выпарен до объема 100-150 мл

Переносить

Задание 3

1. What are the reaction products formed in the oxidation of toluene with manganese dioxide?

2. Describe initial materials in lab works for number two.

3. Translate words and phrases into English:

Соляная кислота

Соединения

Подкислять

Для равномерного закипания смеси бросают несколько кусочков пористого кирпича

Кипятить

Задание 4

1.What reaction conditions are maintained in the reaction of benzoic acid?

2. Describe initial materials in lab works for number one.

3. Translate words and phrases into English:

Cмесь

Вести, провести

Достигать

Вещество растворяется в этаноле

Ограниченный

Задание 5

1. Describe the method of deposition of benzoic acid?

2. Describe initial materials in lab works for number one.

3. Translate words and phrases into English:

Промежуточный продукт

Применять

Принимать

Результатом реакции является изменение окраски индикатора в конечной точке титрования

Песчаная баня

Задание 6

1. Describe the method of formation of iodoform?

2. Describe initial materials in lab works for number two.

3. Translate words and phrases into English:

Будет налажено

Добавлять

Промывать

Приведите пример написания реакции галогенирования для фенола

Очищенная вода

Задание 7

1.What reactions are used in the production of phenol?

2. Write the reaction of electrolysis of sodium chloride solution?

3. Translate words and phrases into English:

Осаждение

Производное

Оценивать

Что означает слово «восстановление»?

Разработка

The result of the reaction is to change the color of the indicator at the end point of titration

Give an example of writing halogenation for phenol

Приведите реакции замещения в ароматическом ряду

Give the substitution reaction in the aromatic series

1.Какие реакции используются в производстве фенола?

1.How reactions are used in the production of phenol?

Напишите реакцию электролиза раствора натрия хлорида

Что означает слово «восстановление»?

What does the word "recovery"?