Практикум по органическому синтезу
Покупка
Основная коллекция
Издательство:
Санкт-Петербургский государственный университет
Авторы:
Кузнецов Михаил Анатольевич, Новиков Михаил Сергеевич, Ростовский Николай Витальевич, Соколов Виктор Владимирович, Хлебников Александр Феодосиевич
Год издания: 2021
Кол-во страниц: 458
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-288-06159-2
Артикул: 777172.01.99
Во втором исправленном и дополненном издании книги (1-е вышло в 2009 г.) описаны наиболее современные и эффективные методы синтеза органических соединений.
Приведены основные методы выделения, очистки и идентификации органических веществ. Изложены общие приемы и методы работы в лаборатории органического синтеза, даны полезные практические рекомендации при сборке установок, основные сведения по технике безопасности.
Учебное пособие предназначено для студентов, аспирантов и научных сотрудников, занимающихся синтезом органических веществ.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 04.03.01: Химия
- 18.03.01: Химическая технология
- ВО - Специалитет
- 04.05.01: Фундаментальная и прикладная химия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Учебное пособие Под редакцией М. А. Кузнецова, М. С. Новикова 2-е издание, исправленное и дополненное ПРАКТИКУМ ПО ОРГАНИЧЕСКОМУ СИНТЕЗУ ИЗДАТЕЛЬСТВО САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
© Санкт-Петербургский государственный университет, 2021 © Р. Р. Костиков, М. А. Кузнецов, М. С. Новиков, В. В. Соколов, А. Ф. Хлебников, 2009 © М. А. Кузнецов, М. С. Новиков, Н. В. Ростовский, В. В. Соколов, А. Ф. Хлебников, 2021, 2-е изд., испр. и доп. УДК 547 ББК 24.2 П69 Ре це н з е н ты: д-р хим. наук, доц. С. В. Макаренко (Рос. гос. пед. ун-т им. А. И. Герцена); д-р хим. наук, доц. В. П. Боярский (С.-Петерб. гос. ун-т) Рекомендовано к печати Учебно-методической комиссией по УГСН 05.00.00 «Науки о Земле» Санкт-Петербургского государственного университета Практикум по органическому синтезу: учеб. пособие / М. А. Кузнецов, М. С. Новиков, Н. В. Ростовский, В. В. Соколов, А. Ф. Хлебников; под ред. М. А. Кузнецова, М. С. Новикова. — 2-е изд. испр. и доп. — СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2021. — 458 с. ISBN 978-5-288-06159-2 Во втором исправленном и дополненном издании книги (1-е вышло в 2009 г.) описаны наиболее современные и эффективные методы синтеза органических соединений. Приведены основные методы выделения, очистки и идентификации органических веществ. Изложены общие приемы и методы работы в лаборатории органического синтеза, даны полезные практические рекомендации при сборке установок, основные сведения по технике безопасности. Учебное пособие предназначено для студентов, аспирантов и научных сотрудников, занимающихся синтезом органических веществ. УДК 547 ББК 24.2 П69 ISBN 978-5-288-06159-2
ОГЛАВЛЕНИЕ Список сокращений .................................................................................................................... 11 Введение ......................................................................................................................................... 13 ЧАСТЬ 1. ПРИЕМЫ РАБОТЫ В ЛАБОРАТОРИИ ........................................................... 15 1.1. Правила безопасной работы в лаборатории органического синтеза ..................................................................................... 16 1.1.1. Общие положения .................................................................................. 16 1.1.2. Правила работы со стеклянной посудой ........................................ 18 1.1.3. Правила работы с вакуумными установками ................................. 19 1.1.4. Работа с едкими, токсичными и огнеопасными веществами ...... 20 1.1.4.1. Работа с едкими и токсичными веществами .................... 21 1.1.4.2. Работа с горючими и легковоспламеняющимися веществами .............................................................................. 26 1.1.4.3. Работа со щелочными металлами и взрывоопасными веществами .............................................................................. 29 1.1.5. Правила поведения при чрезвычайных происшествиях в лаборатории ........................................................................................ 31 1.1.5.1. Действия при возникновении пожара ............................... 31 1.1.5.2. Первая помощь при ожогах, отравлениях и других несчастных случаях .............................................. 32 1.2. Лабораторное оборудование и реактивы .................................................... 34 1.2.1. Стандартное стеклянное оборудование для проведения синтезов ................................................................................................... 34 1.2.2. Механическое оборудование и вспомогательные приспособления ..................................................................................... 47 1.2.3. Стандартные установки для проведения синтезов ....................... 52 1.2.4. Реактивы для органического синтеза ................................................ 54
Оглавление 1.3. Приемы и методы работы с органическими веществами ....................... 55 1.3.1. Перемешивание и встряхивание ........................................................ 56 1.3.2. Нагревание и охлаждение ................................................................... 58 1.3.2.1. Нагревание ............................................................................... 58 1.3.2.2. Охлаждение .............................................................................. 61 1.3.3. Работа при пониженном давлении .................................................... 63 1.3.4. Высушивание веществ .......................................................................... 66 1.3.5. Способы разделения и очистки веществ ......................................... 71 1.3.5.1. Фильтрование и центрифугирование ................................ 71 1.3.5.2. Экстракция .............................................................................. 73 1.3.5.3. Перегонка .................................................................................. 76 1.3.5.4. Перекристаллизация................................................................ 91 1.3.5.5. Возгонка ...................................................................................... 94 1.3.5.6. Хроматографические методы разделения и анализа ...... 96 1.4. Идентификация органических соединений ................................................ 105 1.4.1. Физические константы органического соединения ..................... 105 1.4.1.1. Температура плавления ........................................................ 105 1.4.1.2. Температура кипения ............................................................. 107 1.4.1.3. Плотность ................................................................................... 108 1.4.1.4. Показатель преломления ....................................................... 109 1.4.1.5. Хроматографические характеристики ................................ 110 1.4.2. Спектроскопические методы идентификации ................................. 110 1.4.2.1. Инфракрасная спектроскопия .............................................. 111 1.4.2.2. Электронная спектроскопия ................................................. 115 1.4.2.3. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса ............. 118 1.4.2.4. Масс-спектрометрия ................................................................ 126 1.4.3. Получение функциональных производных ................................... 128 Часть 2. ВВЕДЕНИЕ В ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ......................................................... 130 2.1. Введение, превращения и удаление функциональных групп ................. 131 2.1.1. Изогипсические и окислительно-восстановительные реакции . 131 2.1.2. Введение функциональных групп ...................................................... 139 2.1.2.1. Введение функциональных групп в насыщенную углеводородную цепь ............................................................ 139 2.1.2.2. Получение функциональных производных из алкенов .................................................................................. 148
Оглавление 2.1.2.3. Получение функциональных производных из алкинов ................................................................................ 159 2.1.2.4. Введение функциональных групп в ароматические соединения ................................................................................ 161 2.1.3. Превращения функциональных групп ............................................. 166 2.1.3.1. Превращения органических галогенидов ......................... 166 2.1.3.2. Превращения спиртов .......................................................... 181 2.1.3.3. Превращения простых эфиров ............................................ 187 2.1.3.4. Превращения аминов. Арендиазониевые соли и диазосоединения ..................... 189 2.1.3.5. Превращения нитросоединений ........................................ 192 2.1.3.6. Превращения альдегидов и кетонов ................................. 194 2.1.3.7. Превращения карбоновых кислот и их производных .................................................................... 208 2.1.4. Удаление функциональных групп (замена на водород) .............. 220 2.1.4.1. Восстановление двойных и тройных связей .................... 220 2.1.4.2. Замена галогена на водород .................................................. 223 2.1.4.3. Гидрогенолиз связи С–O ....................................................... 224 2.1.4.4. Восстановление группы С=O до СН2 ................................ 225 2.1.4.5. Замена карбоксильной группы на водород ........................ 226 2.1.4.6. Гидрогенолиз связей С–N и С–S .......................................... 229 2.2. Методы построения углеродного скелета .................................................... 230 2.2.1. Конструктивные реакции металлоорганических соединений ... 231 2.2.2. Конструктивные реакции енолятов монокарбонильных соединений ....................................................... 244 2.2.2.1. Получение енолятов и силиловых эфиров енолов ......... 244 2.2.2.2. Гидроксиалкилирование и аминоалкилирование енолятов и енолов ................................................................... 246 2.2.2.3. Ацилирование енолятов и енолов ...................................... 251 2.2.2.4. Присоединение енолятов и енолов к связи С=С ............. 254 2.2.2.5. Алкилирование енолятов и енолов..................................... 258 2.2.2.6. Енамины и силиловые эфиры енолов как синтетические эквиваленты енолятов и енолов ...... 259 2.2.3. Конструктивные реакции енолятов 1,3-дикарбонильных соединений .............................................................................................. 260 2.2.4. Реакции ацетиленидов ......................................................................... 265 2.2.5. Реакции с участием цианидов ............................................................. 268 2.2.6. Конструктивные реакции аренов ...................................................... 270
Оглавление 2.2.6.1. Алкилирование аренов по Фриделю — Крафтсу ........... 271 2.2.6.2. Формилирование аренов ...................................................... 273 2.2.6.3. Ацилирование по Фриделю — Крафтсу и карбоксилирование аренов ............................................... 274 2.2.6.4. Гидроксиалкилирование, хлорметилирование аренов и родственные реакции ......................................................... 277 2.2.6.5. Конструктивные свободнорадикальные реакции аренов ........................................................................................ 279 2.2.6.6. Конструктивные нуклеофильные реакции аренов ........ 280 2.2.7. Реакции с участием илидов фосфора и серы .................................. 282 2.2.8. Реакции с участием карбанионов, стабилизированных серой ................................................................... 286 2.2.9. Конструктивные каталитические реакции кросс-сочетания ..................................................................................... 287 2.2.10. Перициклические реакции. Реакции циклоприсоединения ....... 294 2.2.10.1. (2+1)-Циклоприсоединение ................................................. 294 2.2.10.2. (2+2)-Циклоприсоединение ................................................. 297 2.2.10.3. (3+2)-Циклоприсоединение ................................................. 300 2.2.10.4. (4+2)-Циклоприсоединение ................................................. 302 2.2.11. Конструктивные свободнорадикальные реакции ......................... 305 2.3. Перегруппировки .............................................................................................. 310 2.3.1. [1,2]-Сигматропные перегруппировки у атома углерода ............. 311 2.3.2. [1,2]-Сигматропные перегруппировки у атома азота ................... 315 2.3.3. [3,3]- и [5,5]-Сигматропные перегруппировки............................... 320 2.4. Планирование органического синтеза ......................................................... 326 2.4.1. Ретросинтетический анализ молекулы ............................................ 328 2.4.2. Стратегия планирования синтеза ..................................................... 335 2.4.2.1. Трансформационная стратегия ............................................ 335 2.4.2.2. Структурная стратегия ......................................................... 336 2.4.2.3. Топологическая стратегия .................................................... 336 2.4.2.4. Стереохимическая стратегия .............................................. 337 2.4.2.5. Стратегия, базирующаяся на функциональных группах ...................................................................................... 337 2.4.2.6. Выбор плана синтеза ............................................................. 339 2.4.3. Защита и активация функциональных групп ................................ 341
Оглавление Часть 3. МЕТОДИКИ СИНТЕЗОВ ......................................................................................... 344 3.1. Химические методы идентификации органических соединений ................................................................................ 345 3.1.1. Хроматографическая идентификация производных спиртов, аминов, карбонильных соединений и карбоновых кислот ......... 345 3.1.2. Эфиры 3,5-динитробензойной кислоты ........................................... 347 3.1.3. Бензанилиды ........................................................................................... 347 3.1.4. 2,4-Динитрофенилгидразоны ............................................................. 348 3.1.5. Семикарбазоны ...................................................................................... 348 3.2. Синтезы на основе превращений функциональных групп ..................... 349 3.2.1. Бензилтриэтиламмоний хлористый .................................................. 349 3.2.2. Ацетанилиды .......................................................................................... 349 3.2.3. Гиппуровая кислота (N-бензоиламиноуксусная кислота) .................................................. 350 3.2.4. Этиловый эфир N-(4-метилфенилсульфонил)глицина ................ 351 3.2.5. Алкилариловые эфиры (общие методики) ...................................... 351 3.2.6. Сложные эфиры карбоновых кислот (реакция этерификации) ...................................................................... 353 3.2.7. Алкилацетаты из спиртов (общая методика) ................................. 354 3.2.8. Ацетилсалициловая кислота (аспирин) ........................................... 354 3.2.9. Гидрохлорид этилглицината ................................................................ 355 3.2.10. трет-Бутилхлорид ................................................................................ 355 3.2.11. Алкилбромиды из спиртов (общая методика) ............................... 356 3.2.12. Хлорангидриды карбоновых кислот ................................................ 356 3.2.13. Аренкарбальдегиды из арилиденгалогенидов ................................ 357 3.2.14. Фенолы из ароматических аминов (общая методика) ................................................................................... 358 3.2.15. Хлор- и бромтолуолы из ароматических аминов (общая методика) ................................................................................... 358 3.2.16. Арилиодиды (общая методика) .......................................................... 359 3.2.17. Алкены из спиртов (общая методика) .............................................. 360 3.2.18. Этилен ....................................................................................................... 361 3.2.19. Алкилстиролы (общие методики) ..................................................... 361 3.2.20. 1,2-Дибромалканы из газообразных олефинов ............................. 362 3.2.21. 1,2-Дибромалканы из жидких олефинов ......................................... 362 3.2.22. 1,2-Эпоксициклогексан (циклогексеноксид) .................................. 363 3.2.23. 1,3-Диарилпропан-1,3-дионы из халконов ..................................... 364
Оглавление 3.2.24. 1,3-Диоксоланы ....................................................................................... 364 3.2.25. Гидролиз сложных эфиров карбоновых кислот ............................. 365 3.2.26. Имины из ароматических альдегидов и анилинов (основания Шиффа) .............................................................................. 366 3.2.27. 5-Нитробензо[d]изотиазол.................................................................. 366 3.3. Синтезы на основе реакций введения и удаления функциональных групп .................................................................................... 367 3.3.1. Хлорметил-, дихлорметил- и трихлорметилзамещенные бензолы ..................................................................................................... 367 3.3.2. Бромметил- и дибромметилзамещенные бензолы ........................ 368 3.3.3. 2-Хлорциклогексанон ........................................................................... 369 3.3.4. Метиловые эфиры 2-бромзамещенных кислот .............................. 369 3.3.5. Арилбромиды из бензола, алкил- и галогенбензолов ................... 370 3.3.6. 2-Бром-4-нитротолуол .......................................................................... 371 3.3.7. п-Броманизол и п-бромфенетол ........................................................ 371 3.3.8. п-Броманилин ......................................................................................... 372 3.3.9. п-Бром-N,N-диметиланилин ............................................................... 372 3.3.10. 4-Бром-2-иоданилин ............................................................................. 373 3.3.11. Нитробензол .......................................................................................... 374 3.3.12. 1-Нитронафталин .................................................................................. 374 3.3.13. Нитротолуолы, нитрогалогенбензолы и 4-метокси-3-нитроацетофенон ....................................................... 375 3.3.14. о-Нитрофенол ......................................................................................... 376 3.3.15. м-Нитроацетофенон ............................................................................. 376 3.3.16. 5-Нитро-2-хлорбензальдегид .............................................................. 377 3.3.17. о-Нитроацетанилид ............................................................................... 378 3.3.18. п-Нитроацетанилид и п-нитроанилин ............................................. 378 3.3.19. п-Ксилолсульфокислоты дигидрат ................................................... 379 3.3.20. п-Бензохинон .......................................................................................... 380 3.3.21. 9,10-Антрахинон..................................................................................... 380 3.3.22. Аренкарбоновые кислоты из метиларенов (общая методика) ................................................................................... 381 3.3.23. Аренкарбонитрилы из аренкарбальдегидов .................................. 381 3.3.24. Бензойная кислота и бензиловый спирт (реакция Канниццаро) ......................................................................... 382 3.3.25. Анилины (общая методика) ............................................................... 383 3.3.25. м-Аминоацетофенон ........................................................................... 383
Оглавление 3.4. Синтезы на основе конструктивных реакций ............................................ 384 3.4.1. Спирты из реактивов Гриньяра и карбонильных соединений (общая методика) ............................................................ 384 3.4.2. 2-Метилпентан-2-ол .............................................................................. 385 3.4.3. Диарилметанолы .................................................................................... 386 3.4.4. Трифенилметанол ................................................................................. 387 3.4.5. 1,1-Дифенилэтилен ................................................................................ 388 3.4.6. Аренкарбальдегиды (общая методика) ............................................ 388 3.4.7. (Бут-3-ен-1-ил)бензол ........................................................................... 389 3.4.8. Этиловые эфиры коричной и α-метилкоричной кислот .............. 390 3.4.9. Коричные кислоты (реакция Кневенагеля, вариант Кневенагеля — Дебнера) (общая методика) .................................... 391 3.4.10. 1-Фенилбутан-1,3-дион (бензоилацетон) ........................................ 392 3.4.11. Ацетоуксусный эфир ............................................................................. 392 3.4.12. Щавелевоуксусный эфир ...................................................................... 393 3.4.13. Диэтиловый эфир формилянтарной кислоты ................................ 394 3.4.14. Бензилиденацетофеноны (халконы) (общая методика) ................................................................................... 395 3.4.15. Дибензальацетоны ................................................................................. 395 3.4.16. Алкилбензолы из бензола и алкилгалогенидов (общая методика) ................................................................................... 396 3.4.17. 1,3,5-Триэтилбензол .............................................................................. 396 3.4.18. Алкилбензолы из бензола и спиртов (общая методика) ................................................................................... 397 3.4.19. Циклогексилбензол ............................................................................... 398 3.4.20. 1,3,3-Трифенилпропан-1-он ................................................................ 399 3.4.21. Ароматические кетоны из ароматических соединений и ацилхлоридов (общая методика) ............................. 399 3.4.22. 2,5-Диметоксиацетофенон ................................................................... 400 3.4.23. 4-(Диметиламино)бензальдегид ......................................................... 401 3.4.24. Бензофенон .............................................................................................. 402 3.4.25. Трифенилхлорметан .............................................................................. 403 3.4.26. гем-Дихлорциклопропаны ................................................................... 404 3.4.27. Аддукт антрацена с малеиновым ангидридом ............................... 404 3.4.28. Этиловые эфиры ароилцианоуксусных кислот ............................. 405 3.4.29. Этиловый эфир 6-метил-4-(4-метилфенил)-2-оксо-1,2,3,4тетрагидропиримидин-5-карбоновой кислоты ............................. 406 3.5. Свойства и очистка растворителей и реагентов ........................................ 406
Оглавление Рекомендуемая литература ........................................................................................................ 416 Приложение. Справочные таблицы ........................................................................................ 417 Предметный указатель ................................................................................................................ 447
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ Ас — ацетил, CH3C(O)– AIBN — 2,2’-азобисизобутиронитрил, Me2C(CN)–N=N–C(CN)Me2 Alk — алкил Ar — арил 9-BBN — 9-борабицикло[3.3.1]нонан BINAP — 2,2’-бис(дифенилфосфино)-1,1’-бинафтил Bn — бензил, PhCH2– Вос — трет-бутоксикарбонил, Me3COC(O)– Bu — н-бутил, CH3CH2CH2CH2– i-Bu — изобутил, (CH3)2CHCH2– s-Bu — втор-бутил, C2H5(CH3)CH– t-Bu — трет-бутил, (CH3)3C– Bz — бензоил, PhC(O)– m-CPBA — 3-хлорпероксибензойная кислота, (м-ClC6H4)CO3H Δ — нагревание (кипячение с обратным холодильником) Cy — циклогексил DABCO — 1,4-диазабицикло[2.2.2]октан, N(–CH2CH2–)3N DAST — (диэтиламино)сульфотрифторид, Et2NSF3 dba — (E,E)-дибензилиденацетон, PhCH=CHCOCH=CHPh DCC — дициклогексилкарбодиимид, с-C6H11N=C=NC6H11-с DDQ — 2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохинон DEAD — диэтилазодикарбоксилат, EtO2CN=NCO2Et DIAD — диизопропилазодикарбоксилат, i-PrO2CN=NCO2Pr-i DIBAL-H — диизобутилалюминийгидрид, (i-Bu2AlH)2 DIPEA — N,N-диизопропил-N-этиламин (основание Хюнига), i-Pr2NEt DMЕ — 1,2-диметоксиэтан DMF — N,N-диметилформамид (ДМФА) DMSO — диметилсульфоксид (ДМСО) DPPA — дифенилфосфорилазид, (PhO)2P(O)N3 Е — электрофил EDCI — 1-[3-(диметиламино)пропил]-3-этилкарбодиимид, Me2N(CH2)3N=C=NEt Et — этил Fmoc — (флуорен-9-ил)метоксикарбонил EWG — π-акцепторная группа (Electron-Withdrawing Group) Hal — галоген HATU — O-(7-азабензотриазол-1-ил)-N,N,N’,N’-тетраметилуронийгексафторфосфат HMPТA — гексаметилфосфортриамид (гексаметапол), OP(NMe2)3 (ГМФТА)
Список сокращений НОАТ — 1-гидрокси-7-азабензотриазол HOBT — 1-гидроксибензотриазол LDA — диизопропиламид лития, (i-Pr)2NLi LTA — тетраацетат свинца, Pb(OAc)4 М — щелочной или щелочноземельный металл Ме — метил МЕМ — (2-метоксиэтокси)метил, CH3OCH2CH2OCH2– Мs — метансульфонил (мезил), CH3SO2– NBS — N-бромсукцинимид NСS — N-хлорсукцинимид NMM — N-метилморфолин NMО — N-метилморфолин-N-оксид NMP — N-метил-2-пирролидон Nu — нуклеофил РСС — пиридиния хлорхромат, Py ·HCrO3Cl PDC — пиридиния дихромат, 2Py ·H2Cr2O7 Ph — фенил, C6H5– РРА — полифосфорная кислота РРTS — п-толуолсульфокислоты пиридиниевая соль i-Pr — изопропил, (CH3)2CHPy — пиридин, C5H5N R — заместитель Red-Al — бис(2-метоксиэтокси)алюмогидрид натрия, [(MeOCH2CH2O)2AlH2]Na Sia — 1,2-диметилпропил («сиамил»), (CH3)2CH(CH3)CH– Su — сукцинимидил (2,5-диоксопирролидин-1-ил) ТВАВ — тетрабутиламмонийбромид, (C4H9)4NBr TВDMS — трет-бутилдиметилсилил, (CH3)3C(CH3)2Si– TEBA — бензилтриэтиламмонийхлорид, PhCH2(C2H5)3NCl Tf — трифторметансульфонил, CF3SO2– TFA — трифторуксусная кислота, CF3CO2H TFAА — ангидрид трифторуксусной кислоты, (CF3CO)2O THF — тетрагидрофуран (ТГФ) ТНР — тетрагидропиран-2-ил TMEDA — N,N,N’,N’-тетраметилэтилендиамин, Me2NCH2CH2NMe2 TMS — триметилсилил, Me3Si– Tol — толил (орто-, мета-, пара-), MeC6H4– Tr — трифенилметил (тритил), Ph3C– Ts — п-толуолсульфонил (тозил), 4-MeC6H4SO2– Z — бензилоксикарбонил PhСH2OC(O)– а. е. м. — атомная единица массы ВЭЖХ — высокоэффективная жидкостная хроматография ВЭТХ — высокоэффективная тонкослойная хроматография водн. — водный конц. — концентрированная(ый) АМ — атомная масса ММ — молекулярная масса ТСХ — тонкослойная хроматография ТТ — теоретическая тарелка
ВВЕДЕНИЕ Предлагаемая книга представляет собой исправленное и заметно дополненное второе издание «Практикума по органическому синтезу» (1-е вышло в 2009 г., СПб.). При написании книги авторы ставили перед собой две задачи. Первая — это изложение важнейших сведений по технике безопасности, приемам и методам работы с лабораторным оборудованием и химическими веществами, а также по способам характеристики полученных препаратов, которые необходимы студентам для успешного овладения практическими навыками в лаборатории органического синтеза. Этому посвящена первая часть книги. Вторая задача — ознакомление студентов с новым для них разделом органической химии — органическим синтезом. Суть данного пособия состоит в реализации плавного перехода от логики органической химии, с которой студенты знакомятся на 2–3-м году обучения и которой присущи такие основополагающие понятия, как «органическая реакция» и «химическое свойство», к логике органического синтеза, где во главу угла ставятся такие понятия, как «синтетический метод», «тактика и стратегия синтеза». Этим обусловлено расположение материала во второй части книги и приведенный набор реакций. Здесь рассматриваются в основном современные синтетические методы, но приведены и классические реакции, которые до сих пор не утратили своего значения в синтетической практике. Подробно описан механизм большинства реакций. Существенно дополненные и расширенные методики синтезов и методы идентификации их продуктов, приведенные в третьей части книги, по уровню сложности рассчитаны на широкий круг читателей, независимо от их будущей специализации. При этом предполагается, что материалы учебного пособия являются не только первым, но и необходимым этапом обучения органическому синтезу студентов, специализирующихся в области органической химии, химии природных и высокомолекулярных соединений.
Введение Книга может быть полезна широкому кругу студентов, аспирантов и научных сотрудников, занимающихся синтезом органических соединений, поскольку содержит большое количество таблиц с физическими константами органических реагентов, растворителей и целевых продуктов, а также неорганических веществ, используемых в органическом синтезе. Многие методики, приведенные в учебном пособии, могут быть распространены на широкий круг объектов, для которых в книге также имеются соответствующие физические константы. Некоторые из этих методик предоставлены и проверены д-ром хим. наук Д. В. Дарьиным, кандидатами хим. наук Г. П. Кантиным и П. С. Лобановым, которым авторы книги выражают глубокую благодарность. К сожалению, за время, прошедшее после выхода первого издания книги (СПб, 2009), ушел из жизни профессор Р. Р. Костиков. В авторский коллектив настоящего издания вошел доцент Н. В. Ростовский.
Часть 1 ПРИЕМЫ РАБОТЫ В ЛАБОРАТОРИИ При практическом изучении химии оказывается, что лаборатория органического синтеза — это первая общепотоковая лаборатория, в которой студенты вплотную сталкиваются с реальными опасностями. Здесь предстоит работать с большим количеством концентрированных кислот и щелочей, с горючими и потенциально взрывоопасными веществами, с веществами вредными, часто едкими и ядовитыми. Старые опытные органики говорили, что при работе в этой лаборатории все вещества нужно заранее считать вредными и можно говорить, в принципе, только о двух потенциально безвредных органических веществах: сахарозе и этаноле. Хотя безвредность, как минимум, одного из них сомнительна. К этому нужно добавить, что при выполнении синтезов предполагается работа с сильно нагретыми веществами, часто работа в вакууме, а иногда и под давлением. И даже небольшая оплошность может оказаться опасной для здоровья работающего, привести к ожогам, травмам, увечьям и иным опасным последствиям. Неудивительно, что работа в лаборатории органического синтеза требует строгого соблюдения студентами, преподавателями и лаборантами требований техники безопасности и гигиены труда, а также установленных правил работы в лаборатории. Только после ознакомления с ними может происходить допуск в лабораторию. Выполнение указанных требований и правил необходимо для обеспечения безопасности не только самого работающего, но и находящихся рядом с ним людей. Поэтому перед началом занятий каждый студент должен получить инструктаж по правилам техники безопасности. Ему следует ознакомиться с приемами оказания первой (доврачебной) помощи при несчастных случаях (порезах, отравлениях, термических и химических ожогах и т. д.). Каждый работающий в лаборатории должен знать, где находятся перевязочные средства и медикаменты, а также средства пожаротушения: песок, огнетушители и т. д. Вместе с тем никакими, даже самыми подробными, инструкциями невозможно охватить все случаи, которые могут встретиться на практике. Поэтому важно не только знать эти правила, но и понимать их суть, оценивать возможные последствия своих действий даже в нестандартной ситуации. Для этого до начала
Часть 1. Приемы работы в лаборатории любого синтеза необходимо тщательно продумать весь его ход, оценить возможные источники опасности и заранее принять соответствующие меры предосторожности. Работы надо выполнять точно, аккуратно и без спешки; торопливость и неряшливость приводят к неудачам в работе, а иногда — к несчастным случаям с тяжелыми последствиями. Во время работы в лаборатории следует соблюдать порядок и чистоту. Запрещается присутствие в лаборатории посторонних лиц, а также выполнение студентами работ, не связанных с практикумом. 1.1. ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ В ЛАБОРАТОРИИ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА В лаборатории категорически запрещается пить воду, принимать пищу, а также пользоваться наушниками. 1.1.1. Общие положения При работе в лаборатории студент обязан неукоснительно соблюдать следующие правила: 1. Категорически запрещается работать в лаборатории в отсутствие преподавателя или лаборанта, а также в неустановленное время без разрешения преподавателя. 2. Cтудент должен работать на закрепленном за ним рабочем месте. Переход на другое место без разрешения преподавателя или лаборанта не допускается. Запрещается переносить из одной лаборатории в другую приборы и другое имущество без разрешения лаборанта. 3. В лаборатории можно работать только в халате (застегивающемся спереди) и защитных очках. Рабочее место следует содержать в чистоте, не загромождать его лишней посудой, реактивами и посторонними предметами. По окончании работы нужно вымыть посуду и убрать все приборы на место. 4. К выполнению эксперимента можно приступать только после получения письменного разрешения преподавателя. 5. Категорически запрещается выполнять в лаборатории экспериментальные работы, не связанные с программой учебного практикума и заданиями, полученными от преподавателя. 6. Приступая к работе необходимо: а) уяснить все этапы работы и место ее выполнения; б) тщательно и аккуратно собрать установку; проследить за тем, чтобы ее внутреннее пространство, если в нем не должен создаваться вакуум, всегда было соединено с атмосферой, проверить, например, пропускает ли воздух хлоркальциевая трубка;
1.1. Правила безопасной работы в лаборатории органического синтеза в) на пустой установке проверить работу водяного холодильника, мешалки, вакуумного насоса и т. д.; г) проверить соответствие полученных реактивов и их количеств указанным в методике. 7. Запрещается набирать жидкости в пипетку ртом. Пользоваться только резиновой грушей или медицинским шприцем. 8. Категорически запрещается использовать для работы грязную посуду или установку. Поэтому посуду и установку следует мыть сразу же после использования или, в крайнем случае, в конце рабочего дня. 9. Обнаружив неисправность электропроводки, газовой или водопроводной сети, лабораторных приборов, вытяжных шкафов, немедленно сообщить об этом лаборанту или преподавателю. 10. При работе с водяным холодильником включать воду плавно. В ходе работы следить за тем, чтобы ток воды не прерывался, а сливная воронка или раковина не переполнялись водой. Конец резиновой трубки, по которой сливается вода из холодильника, должен находиться внутри раковины. 11. Нельзя нагревать закупоренные сосуды, приборы, аппараты (кроме специально предназначенных для работы под давлением). При перегонке (кроме перегонки в вакууме) нельзя наглухо присоединять приемник — это может вызвать взрыв. При нагревании вещества в пробирках, колбах и других сосудах нельзя направлять отверстие пробирки или открытую часть сосуда на себя или на соседей. При перегонке количество жидкости в перегонной колбе не должно превышать 2/3 ее объема. 12. Категорически запрещается оставлять действующую установку без присмотра. 13. Категорически запрещается сливать в раковины жидкие органические вещества, концентрированные растворы кислот и щелочей, пахучие, огнеопасные и ядовитые жидкости. Указанные вещества нужно сливать в предназначенные для них емкости, находящиеся в вытяжных шкафах. 14. Бумагу, использованные фильтры, осадки с фильтров, песок и другие твердые вещества выбрасывают в специальные урны, расположенные у каждого рабочего стола. 15. По окончании пользования водой, газом или электричеством закрыть краны и выключить электрические приборы. Нельзя без необходимости оставлять горящие газовые горелки или включенные электроприборы. В конце работы проверить, выключены ли вода, газ и электричество, тщательно убрать свое рабочее место и очистить поверхность стола влажной тряпкой.
Часть 1. Приемы работы в лаборатории 16. Полученные вещества и исходные реактивы хранить в соответствующей посуде с этикетками или с ясными надписями на стекле. 1.1.2. Правила работы со стеклянной посудой Большинство выполняемых в лаборатории синтезов и работ по выделению и очистке органических веществ проводится в стеклянной аппаратуре. При этом основная доля микротравм и несчастных случаев происходит в результате неправильного обращения со стеклом и связана с его хрупкостью и невысокой стойкостью к перепадам температур. Недопустимо применение силы при работе со стеклом. Тяжелые травмы, требующие длительного лечения или приводящие к инвалидности, могут быть связаны с ранениями рук или попаданием осколков стекла в глаза. Кроме того, повреждение стеклянной посуды (аппаратуры) может привести к взрыву, пожару, послужить причиной отравления или химического ожога. Наиболее важной характеристикой стекла, применяемого в лаборатории, является устойчивость к перепаду температур, или термостойкость, зависящая от коэффициента теплового расширения: низкая термостойкость при коэффициенте (7–9)10–6 K–1 (тюрингское стекло, унихост, ХС); повышенная — при коэффициенте (5–7)10–6 K–1 (молибденовое стекло, иенатерм, сиал); и высокая — при коэффициенте (3–5)10–6 K–1 (пирекс, симакс, разотерм, ТС). Кроме того, термостойкость посуды обратно пропорциональна толщине стенок изделия и резко снижается при нарушении однородности структуры или химического состава стекла. Посуда из нетермостойкого стекла применяется в работах, не требующих нагревания, или если она равномерно и не слишком быстро нагревается не более чем до 100 °С. Правила работы: 1. Нельзя нагревать нетермостойкие стаканы, колбы на открытом огне или электроплитке, а также резко их охлаждать. 2. Особую осторожность следует соблюдать при нагревании или охлаждении толстостенной посуды, такой как эксикаторы, колбы Бунзена, склянки Тищенко, Вульфа, мерные цилиндры. 3. Недопустимо нагревать сосуд в местах, где его стенки не соприкасаются с жидкостью, а также пустые сосуды с каплями влаги внутри. Нагревание пробирки с жидкостью можно проводить, если она заполнена не более чем на треть. Запрещается нагревать пробирку только снизу, следует, двигая пламя (нагревательный прибор) или пробирку, равномерно нагревать все ее содержимое. Нагревая жидкость в пробирке, необходимо держать последнюю так, чтобы отверстие не было направлено на себя и окружающих. 4. Категорически запрещается использовать посуду с трещинами или отбитыми краями. Острые края трубок должны быть оплавлены в пламени горелки.