Синтез 3-Бром-2-Тиофенкарбоновой кислоты

Тиофен как гетероциклическое соединение, история его открытия и исследований, современные достижения в данной области и сферы практического применения. Главные физические и химические свойства тиофена. Этапы получения 3-Бром-2-Тиофенкарбоновой кислоты.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Введение

Гетероциклическими называют соединения, содержащие циклы, включающие один или несколько гетероатомов, в основном О, S, N.

Гетероциклические соединения встречаются во многих природных соединениях и производятся в больших масштабах в промышленности. В данной работе мы будем рассматривать главным образом гетероциклические соединения, обладающие ароматическим характером. Такие гетероциклы называют гетероароматическими.

На сегодняшний день химия гетероциклических соединений приобрела важное значение в современных технологиях производства лекарственных препаратов.

В курсовой работе мы рассмотрели методы получения и химические свойства тиофена и его производных.

Целью работы является разработка методики получения 3-Бром-2-Тиофенкарбоновой кислоты, опираясь на литературные сведения о свойствах тиофена.

1. Тиофен

Тиофен был открыт В. Майером 1882 г. в бензоле, добытом из каменноугольной смолы, где такого гетероцикла содержится приблизительно 0,5%. В дальнейшем тиофен и его гомологи были обнаружены в про­дуктах высокотемпературной переработки нефти, а в последнее время и во фракциях первичной перегонки.

По ряду физических и химических свойств тиофен очень близок к бензолу: температура кипения тиофена 84^оС, бензола 80^оС; запах чистого тиофена напоминает запах бензола, очень близка их склонность к реакциям нуклеофильного замещения. Однако тиофен более реакционноспособен, чем бензол, и во многом сходен с пирролом.

Хорошо растворим в углеводородах и других органическое растворителях, не растворим в воде. Молекула тиофена плоская.

Тиофен - наиболее ароматический из пятичленных гетероциклов.

1.1 Получение тиофена

В промышленности тиофен производят по реакции ацетилена с сероводородом при 400^оС или из н-бутана и серы в газовой фазе:

Очень известна и популярна реакция Юрьева:



1.2 Свойства тиофена

Тиофен, в отличие от фурана и пиррола, не дает с обычными кислотами тиониевых солей и, следовательно, в кислой среде не утрачивает ароматических свойств. Он не обладает ацидофобностью.

Тиофен легко вступает в характерные для ароматических соединений реакции электрофильного замещения. Механизм этих реакций аналогичен механизму соответствующих реакций фурана:

Поскольку тиофен, в отличие от фурана, не чувствителен к воздействию кислот, эти реакции могут осуществляться в присутствии протонодонорных реагентов. Нужно иметь в виду, что атом серы может быть окислен азотной кислотой. Поэтому тиофен нельзя нитровать азотной кислотой, а только ацетилнитратом.



Тиофен -Нитротиофен

Тиофен легко на холоде сульфируется концентрированной серной кислотой c образованием тиофен-2-сульфокислоты:

-Тиофенсульфокислота

Поскольку бензол в аналогичных условиях не сульфируется, эта реакция используется для очистки бензола от тиофена.

В отличие от фурана тиофен замещает на хлор и бром лишь два атома. С йодом в присутствии оксида ртути замещается только один атом водорода.

При бромировании тиофена N-бромсукцинамидом образуется 2-бромтиофен:

Реакцию Фриделя-Крафтса в случае тиофена приходится осуществлять не с AlCl₃, а с более мягко действующими SnCl₄ или SiCl₄. Возможно также ацилирование тиофена:

Тиофен почти совсем не обнаруживает ненасыщенного характера и не полимеризуется под действием кислот. Гидрирование тиофена в присутствии палладиевого катализатора приводит к образованию тиофана, в присутствии же никелевого катализатора гидрирование сопровождается десульфурированием:

Тиофан

В отличие от фурана для тиофена характерны реакции диенового синтеза, но с сильными диенофилами, например, динитрилом ацетилендикарбоновой кислоты он взаимодействует таким образом:

Аддукт Фталодинитрил

присоединения

Тиофен устойчив к окислению, на него не действует даже KMnO₄ при нагревании, но полностью гидрированный тиофен легко образует сульфоксид или сульфон:

Сульфон

Тиофен и его производные способны к прямому металлированию под действием литийорганическое соединение по механизму так называемой протофильного замещения. Реакция протекает быстро и практически количественно при комнатной температуре в большинстве случаев с высокой региоспецифичностью с образованием a-металлированных производных. В очень мягких условиях (-70°С) под действием C₄H₉Li протекает также реакция обмена атома галогена в цикле тиофен на металл, причем обмен галогена в a-положении предпочтительнее, чем в b-положении, а обмен I на Li идет легче, чем Вг. В реакции нуклеофильного замещения легко вступают главным образом замещенные тиофены, содержащие в цикле ориентанты II рода.

2. Практическая часть

Стадии получения 3-Бром-2-Тиофенкарбоновой кислоты

Синтез 3-Бром-2-Тиофенкарбоновой кислоты осуществляется в несколько стадий:

1) Получение фениллития:

или

2) Получение 2,3,5 - Трибромтиофена:

3) Получение 3-Бромтиофена:

3-Бромтиофен

4) Получение 3-Бром-2-Тиениллития:



5) Получение 3-бром-2-Тиофенкарбоной кислоты:

2.1 Методика получения фениллития

Получение фениллития из бромбензола в среде эфира

Работу проводят под азотом при перемешивании в трёхгорлой колбе на шлифах. Обратный холодильник присоединяют через тройник к проходящему току азота. Литий измельчают в камере под аргоном. В колбу, продутую азотом, наливают 300 мл сухого эфира и через широкую воронку прибавляют 11,5 г лития во встречном токе инертного газа. Для начала реакции прибавляют 1-2 мл бромбензола (всего 125,6 г; 0,8 моля), а остальное количество разбавляют 300 мл эфира и приливают по каплям примерно в течение 1,5-2 часа при энергичном перемешивании. Реакция практически начинается сразу. Раствор желтеет, потом коричневеет. По окончании приливания бромбензола перемешивают ещё один час и при нагревании получают раствор фениллития с концентрацией 1,2-1,3 Н. выход фениллития 96%. Для отделения от мелких кусочков непрореагированного лития раствор сливают через стеклянный пористый фильтр. Для получения прозрачного раствора фениллития рекомендуется фильтровать через сухой бумажный складчатый фильтр под азотом или аргоном.



Фениллитий

Получение фениллития из йодбензола

Фениллитий получают, прибавляя раствор 11,3 г йодбензола (0,055 моля)

В 60 мл эфира к суспензии 12,1 г лития, нарезанного на мелкие кусочки в 100 мл эфира. Прибавление йодбензола занимает 2,5 часа, всё это время применяют наружное охлаждение льдом. Затем, не прекращая охлаждение, перемешивают ещё 2 часа и концентрируют до объёма 45 мл. Выход фениллития 96%.

Фениллитий

2.2 Методика получения 2,3,5 - Трибромтиофена

В трехгорлую колбу емкостью 1 л, снабженную мешалкой, капельной воронкой и обратным холодильником, соединенным с ловушкой с водой (для улавливания бромистого водорода), помещают 252 г. (3 моля) тиофена и 100 мл хлороформа. При непрерывном охлаждении колбы струей воды прибавляют по каплям 1440 г. (9 молей) брома. Сначала прибавление брома ведут очень быстро; когда будет израсходовано около двух третей всего количества брома, прибавление замедляют и прекращают охлаждение колбы током воды. Когда весь бром будет прибавлен, содержимое колбы перемешивают еще 12 час., затем обрабатывают при перемешивании двумя порциями 10%-ного раствора соды (по 150 мл каждая) и отделяют органический слой. Органический слой постепенно вводят в кипящий спиртовой раствор 4 молей поташа и кипятят с обратным холодильником. Смесь выливают в большой объем воды, отделяют органический слой, отгоняют хлороформ и остаток перегоняют в вакууме, применяя эффективную колонку. Сначала отгоняется немного 2,5 - дибромтиофена с т. кип. 100 - 107° (17 мм), а затем перегоняется 2,3,5 - трибромтиофен с т. кип. 135 - 138° (17 мм); выход составляет 75 - 85% от теоретического.

2.3 Методика получения 3-Бромтиофена

В трехгорлую колбу емкостью 2 л, снабженную мешалкой, капельной воронкой и эффективным обратным холодильником, помещают 58 г. магния и прибавляют по каплям раствор 193 г. (0,6 моля) 2,3,5 - трибромтиофена и 196 г. (1,8 моля) бромистого этила в 900 мл абсолютного эфира с такой скоростью, чтобы реакционная смесь умеренно кипела. По окончании прибавления смесь кипятят в течение часа, охлаждают колбу смесью льда с солью и гидролизуют маг...