| Introduzione |
| Istruzioni |
| Schema operativo |
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; Reazioni secondarie |
Acetalizzazione della 3-nitrobenzaldeide al corrispondente 1,3-diossolano con etandiolo (glicol etilenico) via catalisi acida |
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Informazioni sulla sintesi in formato PDF per la stampa |
ReazionePer predisporre l'apparecchiatura di reazione, si rimanda alla sezione "Tecniche" presente su questo stesso sito, in particolare all'articolo: "Micro-onde: apparato di riflusso". Rispetto all'apparecchiatura tradizionale, quella utilizzata per questa esperienza risulta leggermente modificata: si ricorre, infatti, ad un pallone a tre colli (non ad uno a due) e il condensatore a riflusso è sostituito da un apparato di distillazione munito di pallone di raccolta. Un sensore di temperatura viene collocato in una delle due aperture laterali del pallone a tre colli; all'altra, invece, si collega un tubo di PTFE tramite un portatubo. Questo tubo viene fatto passare attraverso un'apposita uscita del sistema a micro-onde e connesso ad un contabolle, che si trova a sua volta in collegamento, mediante un'apposita valvola, con la linea dell'azoto (in alternativa si potrebbe anche scegliere di utilizzare semplice aria come gas). La velocità di flusso dell'acqua di raffreddamento nell'apparato di distillazione può essere ridotta al minimo durante l'esperimento. All'inizio del processo, la valvola del circuito dell'azoto (quella precedentemente menzionata) deve rimanere chiusa.
Dotare il recipiente di reazione di ancoretta magnetica (preferibilmente a croce) e aggiungervi 15,1 g (100 mmol) di 3-nitrobenzaldeide, 9,32 g (8,40 mL, 150 mmol) di etandiolo e 1,0 g (5,3 mmol) di acido 4-toluensolfonico monoidrato  ; mantenendo sotto costante agitazione, irraggiare quindi la miscela di reazione per 50 minuti ad una potenza di 900 W, avendo cura di fissare la temperatura a 130 °C.
La valvola del circuito dell'azoto deve restare chiusa per i primi 25 minuti di trattamento; in questo modo si riesce a mantenere un debole riflusso nel tubo connettore e ad evitare che i componenti volatili della miscela di reazione (principalmente acqua ed etandiolo) distillino: l'assorbimento delle micro-onde in fase gassosa, infatti, è molto inferiore rispetto a quello in fase liquida, quindi né l'acqua né l'etandiolo vengono allontanati dall'ambiente di reazione.
Dopo questa fase iniziale, introdurre un leggero flusso d'azoto (o aria) nell'ambiente di reazione: in queste nuove condizioni è il gas stesso che trascina con sé i componenti volatili presenti nel pallone; la velocità deve essere tale da non permettere di vedere singole bolle di gas nel contabolle (in presenza di un misuratore di flusso, il valore da impostare è 5 L/h). Una volta terminato il processo, nel pallone di raccolta sarà possibile rintracciare una miscela (3-8 mL) di acqua, etandiolo ed alcune tracce di prodotto .
Work upDopo aver completato il trattamento micro-onde, collocare il recipiente di reazione in un bagno d'acqua e mantenere il contenuto oleoso (che tende a cristallizzare) sotto costante agitazione per 5 minuti. Aggiungere quindi 80 mL d'acqua e agitare vigorosamente per altri 15 minuti. Separare l'acqua dal prodotto solido risultante (che si presenta colorato in avorio) tramite filtrazione su un comune filtro a pieghe. Recuperare le (eventuali) tracce di prodotto cristallizzato presenti sul condensatore o nel pallone di raccolta, e filtrarle come già illustrato.
Resa di prodotto grezzo: 18,6 g; punto di fusione: 50-52 °C; purezza secondo analisi GC: 98%; Sciogliere il materiale ottenuto (anche non perfettamente asciutto) in 200 mL di tert-butil metil etere ed estrarre la miscela risultante con 20 mL di una soluzione satura di solfito acido di sodio: con questo trattamento si riesce ad eliminare il reagente di partenza come addotto con l'idrogenosolfito. Seccare la fase organica su solfato di sodio e, dopo aver allontanato l'agente essiccante mediante filtrazione, eliminare il solvente tramite evaporatore rotante, avendo cura di mantenere a 40 °C la temperatura del bagno: è molto importante, infatti, non salire troppo con la temperatura, a causa del basso punto di fusione del prodotto. Il composto finale si presenta come fine solido cristallino, leggermente colorato in giallo. Resa: 17,7 g; punto di fusione: 52-54 °C; purezza secondo analisi GC: 99,8%; Il prodotto può essere (eventualmente) ricristallizzato da una miscela tert-butil metil etere : etere di petrolio (40-60 °C), secondo le indicazioni riportate di seguito: mettere il composto in un pallone a due colli da 250 mL contenente un'ancoretta magnetica. Aggiungere quindi una miscela dei due solventi sopra indicati (utilizzare 40 mL di tert-butil metil etere e 50 mL di etere di petrolio). Collocare il recipiente nel forno a micro-onde secondo la normale procedura descritta nell'articolo "Istruzioni tecniche per il sistema di riflusso standard nei forni a micro-onde" (presente alla sezione "Tecniche" di questo stesso sito) e, mantenendo sotto agitazione, irraggiare la miscela risultante per 2 minuti (potenza: 500 W, temperatura: 55 °C) .
Raffreddare la soluzione (limpida) risultante in un bagno d'acqua durante i 5 minuti di ventilazione dentro il forno. Lasciar quindi riposare l'impasto semi-solido ottenuto per almeno 15 minuti a temperatura ambiente e successivamente per un'ora in frigorifero. Filtrare su un imbuto da vuoto Büchner i cristalli risultanti, sciacquare il pallone di cristallizzazione con due porzioni da 10 mL di etere di petrolio e riutilizzare lo stesso solvente per lavare il residuo presente sopra il filtro. Per finire, asciugare il prodotto ricristallizzato in un essiccatore a pressione ridotta.
Resa: 16,4 g; punto di fusione: 53-55 °C; Allontanando il solvente dalle acque madri di ricristallizzazione, è possibile ottenere un residuo pari a 1,2 g, il 95% del quale corrisponde a prodotto. Durata dell'esperimentoIsolamento del prodotto grezzo: 2 ore;Work up fino al prodotto puro: 1 ora; Ricristallizzazione e asciugatura del prodotto: 2 ore; Quando posso interrompere l’esperimento?Dopo aver agitato la miscela di reazione in presenza d’acqua.RicicloIl tert-butil metil etere evaporato durante il work up del prodotto grezzo può essere usato per la ricristallizzazione. L'etere residuo viene raccolto e distillato. |
Suggerimenti per lo smaltimento dei rifiuti |
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