Синтез о-фталевой кислоты и индикаторов на ее основе.
Задание 1. о-Фталевая кислота (1,2-бензолдикарбоновая) – важный продукт органического синтеза, используемый в производстве лекарственных средств, красителей и других ценных продуктов. В частности, на ее основе можно получить такие известные индикаторы, как фенолфталеин, флуоресцин, эозин.
Предложите метод получения о-фталевой кислоты, если в Вашем распоряжении следующие реактивы: о-ксилол (1,2-диметилбензол), KMnO4, NaOH, H2SO4, Na2SO3.
Предложите конструкцию прибора, позволяющего избежать потери летучего ксилола (Т.кип. 144oС) в ходе основной реакции, которую придется проводить продолжительное время при высокой температуре. Наглухо закрывать прибор нельзя, это может привести к взрыву.
На выполнение этого задания Вам отводится 20-30 минут. Если вы справились с ним раньше – сдайте отчет и получите у преподавателя задание 2.
Получите о-фталевую кислоту по следующей методике:
В круглодонную колбу поместите 3 г перманганата калия, 20 мл воды, 1 мл концентрированного раствора NaOH. и 1 мл ксилола. Для равномерного кипения добавьте в колбу 2-3 кипелки (кусочки фарфора). Колбу закройте пробкой, в которую вставлена длинная стеклянная трубка. Средняя часть трубки обматывается полоской ткани, смоченной водой. Эта трубка служит обратным холодильником, конденсируя пары жидкости и направляя их обратно в колбу.
Поместите колбу в песчанную баню и закрепите в лапке штатива, наклонив так, чтобы трубка-холодильник меньше нагревалась. Проследите за началом кипения. Если оно будет слишком сильным, слегка приподнимите колбу. Продолжительность кипячения примерно 1 час. За это время проделайте опыты по пункту 7, получив образцы вещества у преподавателя.
Отодвиньте штатив с колбой от песчаной бани, охладите колбу и перелейте ее содержимое в стакан. Добавьте в стакан немного сульфита натрия (ТЯГА!), затем серной кислоты до кислой реакции смеси (Для определения реакции нанесите палочкой каплю раствора на индикаторную бумагу и сравните ее окраску со шкалой). Небольшими порциями, при перемешивании, продолжайте добавлять сульфит натрия и серную кислоту до полного растворения коричневого осадка оксида марганца(IV). Белый рыхлый осадок – малорастворимая фталевая кислота.
Охладите смесь в воде со снегом и выдержите при этой температуре 15-20 минут. Отделите кислоту фильтрованием на стеклянном фильтре с отсасыванием (на дно фильтра положите маленький кружок фильтровальной бумаги). Промойте кристаллы на фильтре ледяной водой. Кристаллы перенесите на лист бумаги.
При наличии времени проведите очистку полученной кислоты переосаждением. Для этого кристаллы поместите в пробирку, растворите в небольшом количестве раствора NaOH, отфильтруйте через небольшой складчатый фильтр в другую пробирку и добавьте кислоту до кислой реакции. После охлаждения снова отделите кристаллы на стеклянном фильтре.
Кристаллы высушите на воздухе и взвесьте.
Синтез индикаторов. Фенолфталеин получают конденсацией о-фталевой кислоты соответственно с фенолом в присутствии серной кислоты. При этом о-фталевая кислота переходит во фталевый ангидрид, который взаимодействует с фенолом:
Используя вместо фенола резорцин (1,2-дигидроксибензол) получают флуоресцин,
а эозин получают взаимодействием флуоресцина с бромной водой.
Синтез. Нагрейте в сухой пробирке смесь небольшого количества о-фталевой кислоты, фенола или резорцина и 2-3 капли серной кислоты до образования темно-красной однородной смеси. После остывания пробирки прилейте 5-6 мл воды и растворите смесь. Прилейте примерно 1 мл раствора в колбу, добавьте воды и раствор щелочи, до образования характерной окраски (малиновой для фенолфталеина, зеленой флуоресценции для флуоресцина).
Для получения эозина к 1 мл раствора флуоресцина добавьте 3 мл бромной воды. При этом выпадает осадок эозина. Напишите уравнение реакции, зная что образуется тетрабромпроизводное флуоресцина. Нагрейте пробирку до растворения осадка и добавьте раствор щелочи. Должен получиться розовый раствор с желто-зеленой флуоресценцией.
Уберите рабочее место и оформите отчет. В отчете приведите рисунок прибора, уравнения реакций для каждой стадии, рассчитайте теоретический выход продукта и долю выхода в %% от теории (плотность о-ксилола 0,88 г/мл).
При оценке будет учитываться также аккуратность при работе, правильность взвешивания и качество продукта (он должен быть сухой, не прилипать к палочке, без примесей и признаков разложения)
Бромирование флуоресцина аналогично реакции фенола с бромной водой: идет замещение атомов водорода в о-положениях к гидроксильным группа, где атомы водорода наиболее подвижны:
Расчеты. Количество вещества перманганата калия n=m/M = 19 ммоль,
о-ксилола n =rV/M = 8,3 ммоль - избыток, расчет по перманганату,
n(ф.к.) = 19/4 = 4,75 ммоль. mтеор = nM = 4,75*164*10-3 = 0,78 г. Выход: h = mпр/mтеор
Оценивание:
Задание 1. Метод получения, конструкция прибора до 5 баллов
Задание 2. Отчет 1 балл, техника работы 5 баллов, уравнения реакций 4 балла, расчеты 2 балла
Дополнительные баллы участникам, первым закончившим эксперимент, за быстроту и аккуратность в работе, при условии правильного выполнения и достаточно полного писания хода работы до 3 баллов
