Una síntesis multietapa incorporando una bromación verde de un anillo aromático

Una síntesis multietapa incorporando una bromación verde de un anillo aromático

Sustitución aromática electrófila es un tema fundamental en el currículo de pregrado de química orgánica. Se describe una síntesis de varias fases que incluye un método más seguro y más verde para la bromación de un anillo aromático que los métodos tradicionales de la bromación. Este experimento es multifacético y puede utilizarse para enseñar a los alumnos sobre la protección de los grupos, síntesis multietapa, reacciones/titulaciones redox, sustitución aromática electrófila y sustitución nucleofílica de acilo. (Contiene el 1 esquema).

PALABRAS CLAVE: Segundo Año-Pregrado, la instrucción de laboratorio, química orgánica, el aprendizaje práctico / manipulativos, electrofílica de sustitución, la Química Verde, espectroscopia IR, espectroscopia de RMN, Síntesis, Titulación / análisis volumétrico

sustitución electrofílica aromática (EAS) es un concepto fundamental en la química orgánica y se utiliza comúnmente como el tema de un ejercicio experimental en el nivel de licenciatura. Estos experimentos de laboratorio permiten a los estudiantes a entender la Directiva sobre ECTS y siguientes de grupos funcionales sustituidos en una ring.1 aromático Muy a menudo, las reacciones de EAS tradicionales involucran sustancias químicas peligrosas y requieren

métodos de eliminación que son caros de la institución y peligrosos para el medio ambiente. En los últimos años, las preocupaciones ambientales han dirigido químicos para explorar métodos respetuosos del medio ambiente en la preparación de diversos Idealmente compuestos.2-5, esto implica el desarrollo de procedimientos en los que los reactivos y los productos son de baja toxicidad y volatilidad, lo que disminuye las preocupaciones ambientales y de salud durante manipulación, uso, almacenamiento y eliminación.

reacciones de EAS de grado tradicionales han requerido el uso de (o creado como subproductos) halocarbonos nocivos: un ejemplo es la síntesis de bromobenceno, un anillo aromático halogenado simple. Los procedimientos típicos para generar bromobenceno incluyen la sustitución electrófila de bromo (de Br2) en benceno a través de algún catalizador ácido de Lewis de metal tal como AlCl3, SbCl3, y SbCl4.6 El manejo de bromo líquido es una preocupación de seguridad utilizando estos métodos.

La comunidad de enseñanza de la química orgánica de síntesis ha desarrollado métodos verdes que permiten a los estudiantes adquirir experiencia en reacciones de halogenación aromáticos sin estar expuestos a los riesgos presentados por los procedimientos tradicionales. Un reactivo que se ha mostrado prometedor en la realización de esta tarea es tribromuro de piridinio, que genera bromo elemental in situ ya que la reacción progresa, evitando la manipulación de bromine.7,8 líquido Sin embargo, una gran cantidad de residuos que se produce y
los rendimientos del producto son sensiblemente afectados por la temperatura y de concentración dependencias del reactivo de la generación de bromo. Una síntesis de pasos múltiples de 4-bromoacetanilide de anilina se presenta (Esquema 1). En contraste con el viejo método de
bromación utilizando bromo en ácido acético, el bromo utilizado para llevar a cabo la bromación se genera a partir de una solución ácida de hipoclorito de sodio y bromuro de sodio. Ambos reactivos usados ​​para generar el bromo (bromuro de sodio e hipoclorito de sodio, que se encuentra en lejía) son más benigna de manejar que el bromo líquido. El grupo amino de la anilina debe ser protegido antes de la bromination.9 Esto debe hacerse para reducir al mínimo los productos multisustituidas. En el uso de este método más verde, el grupo amina está protegido por dos razones. En primer lugar, la protección ayuda a minimizar la producción de productos multisustituidas. En segundo lugar, a pesar de que se informó por Edgar y Falling10 que es posible monoiodinate selectivamente fenol sin el uso de un grupo protector usando condiciones similares a lo que se propone en este experimento, el grupo amino en la anilina es un problema de seguridad cuando se mezcla con
hipoclorito de sodio, ya que las cloraminas peligrosas pueden formar. Por lo tanto, la acetilación del grupo amino también reducirá al mínimo las preocupaciones de seguridad.

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La inspiración para la reacción de bromación derivado de los anteriores informes de reacciones de yodación utilizando NaI y NaClO, donde los altos rendimientos y selectividad se obtained.10,11 Mediante el uso de los fundamentos de las reacciones de yodación, se adoptó la reacción de bromación y condiciones de la ruta sintética era controlada para evitar los subproductos anteriormente mencionados. El nuevo método verde proporciona una e fi ciente y segura para preparar un producto monosustituido y puede ser fácilmente incorporado como una reacción preliminar para síntesis orgánicas adicionales (por ejemplo, la hidrólisis de amida, de acoplamiento catalizada por metales). El mecanismo y la cinética de la generación de la especie de bromación utilizando las condiciones descritas aquí es complicado, pero se pueden encontrar en las literatura12 Los estudiantes que se realiza requiere la bromación deducir qué isómero se sintetizó en la reacción de bromación y apoyar su conclusión a partir de datos recogidos ( por ejemplo, el punto de fusión y la espectroscopia de RMN).

■ Productos químicos y equipo

Todos los productos químicos utilizados fueron de calidad estándar obtenida de proveedores comerciales y se usaron sin purificación adicional. Bleach, que se utiliza como fuente de NaClO, se adquirió de un supermercado local. Los puntos de fusión se midieron usando un aparato de punto de fusión electrotérmico. los datos espectrales de infrarrojos se recogieron usando un espectrómetro Bruker Alfa FT-IR. 1H y 13C NMR espectros se recogieron en un espectrómetro Bruker Avance 300 (Bo = 9,4 T) con una sonda Bruker 5 soluciones mm, usando CDCl3 o acetona-d6 como disolvente.

■ PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

La protección de la anilina

La anilina se hizo reaccionar con anhídrido acético para producir acetanilida. La reacción se inactivó con una solución acuosa básica. El producto se hizo en 75% de rendimiento por un químico experimentado y el 72% de los estudiantes (34-91% a partir de nueve ensayos estudiantiles).

Determinación de la concentración de hipoclorito en Bleach

La concentración de hipoclorito de sodio en la lejía se determinó mediante una valoración redox utilizando tiosulfato de sodio y yoduro de sodio. La concentración de hipoclorito de sodio se anuncian en la botella de lejía fue del 6% (aproximadamente 0,8 M). Se encontró que la concentración real determinado por valoración a ser inferior a 3%. Esta discrepancia podría ser una función de cómo (y cuánto tiempo) se han almacenado las botellas de blanqueo.

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