Синтез бензальацетона и его нуклеофильные реакции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Синтез 6-ацетил-1-метил-3-оксо-5,8-дифенил-2-азабицикло-(2,2,2)октан-4-карбонитрила.

Известно, что взаимодействие  халкона и бензальацетона с 1,3 дикарбониьными соединениями, содержащим и активную метиленовую группу, широко используется в синтезе β- циклокетенов. Замещенные β- циклокетолы проявляют противовирусную и противомикробную активность.

Испоьзуя известную методику, ввели в реакцию с бензальацетоном ранее известный реагент- малондинитрил. Нами было обнаружено,ч то при взаимодействии соединений 1 и 2 в этаноле в присутствии каталитических количеств KOH образуется 6-ацетил-1 метил-3-оксо-5,8-дифенил-2-азабицикло(2.2.2)октан-4-карбонитрил.

Вероятно, образующийся на первой стадии дикетон А циклизуется в циклогексанол В, который за счет внутримолекулярного присоединения ОН-группы к цианогруппе превращается в интермедиат С. Далее интермедиат С претерпевает перегруппировку в 6-ацетил-1-метил-3-оксо-5,8-дифенил-2-азабицикло(2.2.2)октан-4-карбонитрил (3). Промежуточные соединения из реакционной смеси не были выделены.

Наблюдаемые превращения  представляют собой новый тип  каскадных реакций, которые не имели  аналогов в литературе и позволяют  в одну стадию получать мостиковые системы, содержащие мостиковое  пиперидиновое кольцо. Полученная мостиковая гетероциклическая система близка по структуре алколойду скополамину (4) и может быть использована в синтезе соединений, являющихся нейромедиаторами. [8]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая  часть.

Синтез бензилиденциклогексанона

Реактивы:  Бензальдегид (d 1,045)……….5 мл

 Циклогексанон……………….2,2 мл

 Гидроксид натрия…………….1,9 г

Этиловый спирт……………….15 мл

 

Работу выполняют под  тягой и в защитных очках, резиновых перчатках.

         Ход работы: В колбу (250 мл) насыпаем 1,9 г NaOH, затем добавляем 18,5 мл H₂O. Растворим щелочь, после этого добавляем 15 мл спирта. Готовим смесь из 2,2 мл циклогексанона и 5 мл бензальдегида. Данную смесь в несколько приемов добавляют к раствору щелочи, воды и спирта (при t=25⁰С). Колбу энергично встряхивают в течение 1,5 часов при охлаждении до выпадения осадка (масляная жидкость). Колбу оставляем в холодильнике до выпадения осадка. Крсталлы отфильтровываем и высушиваем на воронке Бюхнера.

         M=70 u

Ƞ=67%

Tпл=41-42°C

Литературные данные/15/Tпл41-42°C

 

 

 

 

            При выполнении работы по синтезу бензилиденциклогексанона

провели очистку исходного  реагента – циклогексанона, методом перегонки. 

 

Рис. 1. Прибор для простой перегонки  жидких веществ: 1 — горелка Бунзена; 2 — кольцо с зажимом и асбестовой сеткой; 3 — перегонная колба (колба Вюрца); 4 — лапка с зажимом; 5 — термометр; 6 — штативы; 7 — холодильник Либиха; 8 — алонж; 9 — приемная колба

 

Перегонку проводят при 157^оС

Собрали несколько фракций: 1) до 155^оС – чистый циклогексанон 5мл;

                                                           2) 155,0 – 155,7^оС – основной продукт 130 мл;

           3) остаток 15 мл.

Масса синтезированного продукта  0,75г.

Выход:

По уравнению:

 

 

106    г/моль                                                                   274 г/моль                                                                  

2,2 г   х=?

Х=2,2*274/106*2=2,8 г

Практический:

2,8-100%

0,75-х

Х=27%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Синтез дибензилиденацетона

Реактивы: Бензальдегид(d 1,045)…………….2г(-1,9 мл,0,019 Моль)

          Ацетон(d 0,79)……………………0,6г(0,7 мл;0,0095Моль)

          Гидроксид натрия………………...1,9г

          Этиловый спирт…………………..15мл

В коническую колбу, снабженную термометром, помещают в водяную  баню, наливают 1,9 мл NaOH 18,5 мл воды и 15 мл спирта. К раствору ( при постоянном встряхивании)  и температуре 20-15°C постепенно,в три приема, приливают смесь из 1,9 мл бензальдегида и 0,7 мл ацетона. При более низкой температу ре продукт выделяется в виде маслянистой жидкости; при температуре 30°C начинает протекать с большей скоростью побочная реакция, и выход продукта уменьшается.

Через 2-4 мин начнут выпадать первые кристаллы, встряхивание продалжают до полного выпадения крисаллов в течение 30 мин. Затем кристаллы отфильтровывают на вороне Бюхнера и оставляют сушить на воздухе. Выход 1,7-2г.

Находят массу продукта, рассчитывают выход в процентах  от теоретического, определяют температуру  плавления.

Литературные данные:Тпл 112°C

В ходе выполнения работы мы синтезировали дибензилиденацетон массой 0,8 г. Измерили температуру плавления: Т=110°С, несовпадение с литературными данными можно объяснить наличием примесей и погрешностью опыта.

  

 

Выход продукта:

          По уравнению: 2,21г.

2,21-100%  

0,8-х              х=36%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обсуждение результатов.

В литературе имеется достаточно большое количество сведений о бензальацетоне, так как данное соединение было синтезировано достаточно давно и имеет интересные для синтетиков свойства.

Исходя из литературных данных, можно сделать вывод, что бензальацетон относится к сопряженным ароматическим кетонам, вследствие чего имеет несколько центров для нуклеофильных атак: непредельный заместитель и карбонильная группа. Вследствие чего взаимодействие его с нуклеофилами может давать различные продукты, образование того или иного из которых определяется предлагаемыми условиями: природа растворителя, тип катализатора, температура, сила и объем нуклеофила.

          Главным способом получения бензилиденацетона в лаборатории является кротоновая конденсация бензальдегида и ацетона. Бензальдегид, как не  имеющий α- атомов водорода, в этой реакции может выступать только в качестве  карбонильной компоненты. Кроме того, что характерно для ароматических альдегидов, реакция не отсанавливается на стадии образования альдоля, а происходит образование двойной связи, сопряженной с ароматическим кольцом.

Данная реакция осаждается тем,  что в молекуле ацетона имеется две метиленовые группы, и поэтому может происходить конденсация со второй молекулой бензальдегида. Для избегания образования дибензилиденацетона в реакцию вводят трехкратный избыток ацетона.

При выполнении работы по синтезу  бензилиденциклогексанона мы предварительно проводят очистку циклогексанона от примесей. (прил.№2)      Провели перегонку при температуре 157°C. Далее синтез проводился по приведенной выше методике, и провели спектральный анализ полученного вещества.

По полученным ИК спектрам мы можем сделать вывод, что синтезированным  веществом является целевой продукт - бензилиденциклогексанон.

Анализ диаграммы: (прил№1)

Диаграмма: На горизонтальной оси - частота, либо  длинна, либо волновое число. По вертикали - фактор интенсивности, процент поглощения, пропускания.

Максимумы с численным  значением пропусканий 1660 см ^-1 говорят нам о наличии карбоксильных групп. Полоса 1650 см ^-1  говорит о сопряжении.   Группа полос с численным значением пропусканий 3010,3050,3060 см^-1 говорят о наличии ненасыщенных С-С связей. Ряд максимумов 2820,2860,2910,2930,2950 см ^-1 соответствует деформационным колебаниям     С-С в ароматическом ядре.

Данные ИК-спектров:

ʋ(С=С)-3010,3050,3060 см^-1

ʋ(С=О)-1660 см^-1

ʋ (С-Н)-2820,2860,2930,2950 см^-1

δ(С-Н)-1280,1300,1430 см^-1

 

 

 

 

 

Выводы

В ходе проделанной работы были установлены свойства бензальацетона, его отношение к нуклеофилам и применение его в органических синтезах биологически активных веществ. Были синтезированы с помощью реакций конденсаций бидензилиденацетон и бензилиденциклогексанон, в синтезе которого применили очистку исходного реагента - циклогексанона с перегоночным методом и провели идентификацию продукта с помощью ИК-спектроскопии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложения

№1

ИК-спектральный анализ циклогексанона.

Диаграмма.

1

Волн.число Пропускание

401.19  0.1604

404.10  0.1349

405.88  0.1274

410.74  0.1067

416.23  0.1625

418.70  0.1691

419.80  0.1724

422.32  0.1775

426.60  0.1702

430.09  0.1714

433.02  0.1580

439.82  0.1067

447.84  0.1460

454.02  0.1624

456.45  0.1587

459.22  0.1560

462.08  0.1522

465.78  0.1482

468.27  0.1449

471.32  0.1467

476.01  0.1396

481.32  0.1318

483.25  0.1299

486.17  0.1241

507.22  0.0460

518.45  0.0023

520.70  0.0000

530.60  0.0018

531.55  0.0016

543.78  0.2524

585.60  0.1039

592.90  0.1768

597.61  0.1688

615.72  0.0854

636.32  0.0847

644.87  0.1234

668.12  0.0686

669.80  0.0672

682.90  0.0368

716.78  0.0053

736.87  0.0379

751.83  0.0220

771.25  0.0006

805.37  0.0463

814.33  0.1118

821.54  0.1322

839.84  0.0748

851.24  0.1168

865.48  0.0473

889.42  0.0695

908.77  0.0570

924.28  0.0426

930.73  0.0500

940.88  0.0075

972.73  0.0089

985.57  0.1174

991.05  0.1042

998.68  0.1078

1000.43  0.1033

1028.26  0.0499

1033.15  0.0478

1054.24  0.0592

1062.65  0.0501

1073.22  0.0249

1084.16  0.0529

1090.74  0.0638

1131.72  0.0137

1140.56  0.0034

1141.83  0.0035

1143.92  0.0031

1147.27  0.0017

1154.66  0.0087

1159.18  0.0080

1160.96  0.0077

1163.93  0.0063

1165.32  0.0060

1169.82  0.0006

1188.20  0.1083

1203.49  0.0516

1274.26  0.0010

1276.67  0.0009

1289.81  0.0204

1316.50  0.0377

1334.76  0.1028

1341.41  0.0802

1367.53  0.1060

1376.95  0.0961

1394.54  0.0880

1434.11  0.0131

1443.86  0.0048

1449.69  0.0199

1485.69  0.0123

1494.53  0.0288

1506.85  0.0856

1557.73  0.0164

1570.66  0.0022

1573.49  0.0020

1575.67  0.0008

1596.20  0.0078

1606.89  0.0007

1608.93  0.0004

1610.47  0.0010

1662.03  0.0076

1695.49  0.1199

1697.51  0.1188

1699.69  0.1185

1717.82  0.1198

1723.74  0.1183

1734.11  0.1224

1755.08  0.1157

1776.99  0.1079

1811.83  0.0961

1825.07  0.1024

1861.46  0.0999

1881.04  0.0890

1895.56  0.0901

1911.61  0.0972

1955.87  0.0773

2011.93  0.0959

2032.81  0.0970

2059.89  0.0934

2109.59  0.0878

2144.51  0.0892

2165.41  0.0874

2203.62  0.0833

2228.31  0.0833

2233.52  0.0831

2255.01  0.0812

2309.55  0.0741

2313.04  0.0740

2315.48  0.0744

2319.30  0.0731

2325.12  0.0730

2330.23  0.0731

2332.64  0.0717

2336.94  0.0720

2340.74  0.0733

2344.53  0.0725

2347.55  0.0733

2355.22  0.0720

2357.89  0.0686

2362.48  0.0696

2364.29  0.0710

2366.62  0.0703

2377.22  0.0743

2415.01  0.0715

2419.83  0.0720

2436.48  0.0721

2438.70  0.0724

2461.11  0.0712

2480.42  0.0710

2486.66  0.0706

2493.61  0.0699

2508.82  0.0696

2517.35  0.0692

2522.71  0.0694

2531.38  0.0690

2542.25  0.0678

2561.39  0.0687

2570.45  0.0669

2583.63  0.0658

2596.27  0.0639

2604.83  0.0660

2613.48  0.0661

2624.63  0.0653

2644.48  0.0638

2653.96  0.0636

2664.84  0.0620

2672.38  0.0627

2681.59  0.0632

2684.08  0.0632

2688.25  0.0628

2704.31  0.0599

2710.22  0.0597

2730.56  0.0570

2744.18  0.0564

2747.50  0.0568

2749.84  0.0566

2768.38  0.0570

2771.56  0.0566

2773.90  0.0555

2781.08  0.0556

2783.37  0.0552

2794.76  0.0551

2804.78  0.0540

2812.71  0.0528

2814.73  0.0520

2845.85  0.0216

2863.19  0.0158

2877.14  0.0334

2888.27  0.0346

2891.47  0.0313

2899.05  0.0296

2920.90  0.0089

2933.12  0.0071

2941.33  0.0242

2950.44  0.0151

2970.78  0.0466

2980.84  0.0500

2984.02  0.0504

2988.02  0.0502

2990.97  0.0501

2996.93  0.0472

3000.27  0.0470

3003.27  0.0469

3008.45  0.0449

3021.79  0.0237

3040.56  0.0364

3048.59  0.0345

3050.96  0.0353

3059.17  0.0269

3072.18  0.0365

3079.25  0.0273

3095.06  0.0456

3098.70  0.0444

3101.88  0.0466

3104.82  0.0473

3112.71  0.0522

3116.99  0.0529

3120.07  0.0522

3124.07  0.0521

3126.56  0.0521

3129.16  0.0521

3131.39  0.0513

3136.67  0.0512

3141.19  0.0490

3144.41  0.0493

3154.66  0.0500

3163.74  0.0491

3168.05  0.0487

3170.68  0.0475

3175.58  0.0490

3180.88  0.0486Список используемой литературы:

1. Кнунянц И.Л. Большая Российская энциклопедия, М.: 2003, 972с. [1]

2.Юрьев Ю.К., Левина Р.Я., Шабаров Ю.С., Практические работы по    органической химии. Выпуск 4. М. Из-во МГУ, 1969[2]

3.Р.Дж. Хачикян, Н.В. Карамян. Взаимодействие бензальацетона и бензальацетофенона с фосфорными и азотными нуклеофилами// Химический журнал Армнии;2007;стр.951- 957 [3]

4.М.Ю. Дворко, Т.Е. Глотова, И.А. Ушаков,Н.К.Гусарова, Б.А.Трофимов. Хемоселективное присоединение вторичных фосфиноксидов к алкил(фенилэтинил)кетонам//Журнал органической химии; т.44;2008г.,№8,стр.1256-1257 [4]

5.Е.В. Белецкий, М.А.Кузнецов. Синтез оксазолов из α,β- непредельных карбонильных соединений через 2-ацилазириды//Журнал Органической    химии;т.45;2009г.,№8,стр.1237-1248 [5]

6.М.Л. Косточка, В.Г. Винокуров, В.П. ЛизиновП.М. Клодт. Дизайн и синтез новых потенциальных лигандов из γ- и δ-опиатных рецепторов в ряду декагидро-4а-гидроксиизохинолин-6-онов.//Журнал органической химии;2010г.,№12,стр.1795-1799 [6]

7.И.Н.Клочкова, А.А. Аниськов,М.П. Щекина. Первый пример взаимодействия несимметричных диенонов с 1,3-диполем. Синтез спиропирролидинов//Журнал органической химии; 2011г.,№9, стр.1425-1427 [7]

8.Н.В.Носов, А.В.Ваганов, П.А.Слепухин, В.Н.Лейн. Синтез 6-ацетил-1-метил-3-оксо-5,8-дифенил-2-азабицикло(2,2,2.)октан-4-карбонитрила.//Химия гетероциклических соединений;2009г.,№6,стр.895-901 [8]