Praktische tips voor synthese
De fasen van een synthese De te gebruiken stoffen Het voorschrift / de uitvoering Bijprodukten Analyse van het produkt
Het doel van de synthese
Het in handen krijgen van de gewenste stof door middel van synthese.
Fasen van de synthese 0. Voorbereiding 1. De eigenlijke synthese (vorming) 2. De isolatie (zuivering) 3. Analyse van de stof (Heb ik de juiste stof) 4. Conclusie: Ben je tevreden?
Fase 1: Synthese ALS de reactie loopt: x R1 + y R 2 Æ P + B R1 en R2 zijn de reagentia P is het product B is het bijproduct Dan moet je van tevoren even nadenken:
Nadenken: Over de uitgangsstoffen en hun eigenschappen Over de te gebruiken hoeveelheden (schaal) Over de reactieproducten en hun eigenschappen Over de veiligheid
De stoffen a. De hoeveelheden van R1 en R2 b. De zuiverheid van de uitgangsstoffen - vele kwaliteiten verkrijgbaar - water!!
Kwaliteiten
Methanol p.a.
prijs (Eur/L) 11,80
Methanol 99.8% reagent grade
16,50
Methanol 99+% (0,2% H2O)
10,20
Methanol, water < 50 ppm
61,80
Methanol HPLC grade
11,60
Methanol for spectroscopy
36,00
Methanol-d
CH3OD
1102,00
Methanol-d4 CD3OD
6600,00
Water Kraanwater Demiwater Kristalwater Stiekem water Azijnzuur met 0,5 massa% water als verontreiniging 1 kg “azijnzuur” bevat dan 995 g CH3COOH en 5 g H2O maar:
16,6 mol
Dit is 1,7 mol% water!
0,28 mol
De stoffen a. De hoeveelheden van R1 en R2 b. De zuiverheid van de uitgangsstoffen - vele kwaliteiten verkrijgbaar - water!! c. Homogeen reactiemengsel? Oplosmiddel? d. Katalysator
e. Bij elkaar voegen/ toevoegen van reagentia f. Mengen (roeren/koken)? g. verwarmen of koelen h. gasvormige uitgangsstof of product? (g+h). volumeveranderingen in reactievat? i. water en/of zuurstof “buiten de deur houden”
Na het nadenken weet je dus: Welke apparatuur (opstelling) je gaat gebruiken De reactietijd. -30 minuten -8 uur -24 uur
Fase 2: Isolatie Deze fase heet ook wel de opwerkingsfase. Dit is vaak de lastigste stap in een synthese, al kan je door de geschikte reactieomstandigheden te kiezen het probleem verkleinen. P wordt geïsoleerd op basis van de fysische, fysisch chemische en chemische verschillen tussen P en alle andere aanwezige stoffen.
Wat is er na afloop dan aanwezig? De uitgangsstoffen (100% reacties zijn zeldzaam) Nevenproducten Katalysator Oplosmiddel Droogmiddel
COOH H2 C
COOCH2 CH2 CH3
1-propanol
H+ COOH refluxtemperatuur
H2 C COOH
+ H2 O
BIJPRODUKTEN! 1. Volgreaktie van het reaktieprodukt levert:
COOCH2 CH2 CH3 H2 C COOCH2 CH2 CH3
propaandizure dipropylester (dipropylmalonaat)
2a. Nevenreaktie van de uitgangsstof:
COOH
verhitting
H2 C
CO2
+
H3 C
COOH
COOH
2b. Volgreaktie van dit bijprodukt levert:
H3 C
COOCH2 CH2 CH3
ethaanzure propylester (propylacetaat)
Het maken van een FLOWSCHEMA kan heel verhelderend werken. De synthese van aspirine:
O COOH
H+
O
+
COOH H 3C
O
CH3
OH
salicylzuur
OCOCH3
azijnzuuranhydride
aspirine
+
azijnzuur
PRODUKTSTROOM
AFVALSTROOM
azijnzuuranhydride salicylzuur, H2SO4 "synthese"
15'
60° C
azijnzuuranhydride acetylsalicylzuur azijnzuur, salicylzuur, H2SO4 “opwerken” afkoelen, in water gieten, filtreren
acetylsalicylzuur (ruw) water, azijnzuur, H2SO4
azijnzuuranhydride azijnzuur, water, H2SO4, acetylsalicylzuur
VOORSCHRIFT SYNTHESE ASPIRINE (synthesefase) Place 10 g (0.0725 mol) of dry salicylic acid and 15 g (14 ml, 0.147 mol) acetic anhydride in a small conical flask, add 5 drops of concentrated sulphuric acid and rotate the flask in order to secure thorough mixing. Warm on a water bath to about 50-60 °C, stirring with a thermometer, for about 15 minutes. (opwerkingsfase) Allow the mixture to cool and stir occasionally. Add 150 ml of water, stir well and filter at the pump.
VOORSCHRIFT SYNTHESE ASPIRINE (synthesefase) Place 10 g (0.0725 mol) of dry salicylic acid and 15 g (14 mL, 0.147 mol) acetic anhydride in a small conical flask, add 5 drops of concentrated sulphuric acid and rotate the flask in order to secure thorough mixing. Warm on a water bath to about 50-60 °C, stirring with a thermometer, for about 15 minutes. (opwerkingsfase) Allow the mixture to cool and stir occasionally. Add 150 mL of water, stir well and filter at the pump.
Dissolve the solid in about 30 ml of hot ethanol and pour the solution into about 75 ml of warm water: if a solid separates at this point, warm the mixture until solution is complete and then allow the solution to cool slowly. Beautiful needle-like crystals will separate. The yield is 11 g (85%). The air-dried crude product may also be recrystallized from ether-light petroleum (b.p. 40-60 °C). (analysefase) Acetylsalicylic acid decomposes when heated and does not possess a true, clearly defined m.p. Decomposition points varying from 128 to 135 °C have been recorded.
FASE 3: De analyse Onderzocht wordt of de verkregen stof ook werkelijk P en zuiver is . Uiterlijk: - klopt de fase (vloeistof, vaste stof, gas)? - kristalvorm? - kleur? - geur (en smaak)?
Fysisch chemische constanten: - smeltpunt - kookpunt (druk) - brekingsindex - optische aktiviteit
Spectroscopische eigenschappen: - UV-Vis-spectrum - IR-spectrum - NMR-spectrum - massaspectrum - (andere spectra)
Chromatografische eigenschappen: - dunne-laag-chromatografie (DLC) - gaschromatografie (GLC)
Chemische eigenschappen: bijv. gehaltebepaling van een zuur door titratie met loog -
(kleur)reactie op P en spectroscopische bepaling
- kleurloze vaste stof “wit”, naaldjes - ontleedt bij verhitten tussen 128-132 °C - UV-spectrum - IR-spectrum - 1H-NMR-spectrum - reactie met Fe3+: negatief
O OH O O
CH3
