Aldolová kondenzace při syntéze léčivých látek

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Aldolová kondenzace při syntéze léčivých látek"

Denis Mach
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Laboratoř oboru I Výroba léčiv (N111049) a rganická technologie (N111025) Návod Aldolová kondenzace při syntéze léčivých látek Vedoucí práce: Ing. Dana Bílková Studijní program: Studijní obor: Umístění práce: Syntéza a výroba léčiv Výroba léčiv A67, A68

2 BSAH 1. ÚVD PSTUP LABATNÍ PÁCE Popis aparatury Popis experimentu Aldolová kondenzace Atmosférická destilace Analýza vzorků reakční směsi Vyhodnocení výsledků ÚKLY BSAH PTKLU SEZNAM PUŽITÉ LITEATUY... 6

3 Analýza vzorků reakční směsi... 3 2.4 Vyhodnocení výsledků... 4 3.

3 1. ÚVD Aldolizace je reakce mezi dvěma molekulami aldehydu či ketonu, při níž dochází ke vzniku nových C-C vazeb. [1] Využívá se pro syntézu organických sloučenin, zejména chemických specialit (například vonné látky, léčiva). Vazba se vytváří mezi α-uhlíkem jedné a karbonylovým uhlíkem druhé složky. [2] Tato reakce je nazvána aldolizací díky produktu, který je zároveň jak aldehydem, tak i alkoholem. Těmto sloučeninám se proto obecně říká aldoly. Pokud se reakční směs obsahující aldol zahřívá na vyšší teplotu, dochází k jeho dehydrataci na nenasycený keton či aldehyd s konjugovaným systémem násobných vazeb. Ve směsi obsahující aldol může docházet i k samovolné dehydrataci, protože se jedná o lehce exotermní reakci. Za těchto podmínek hovoříme o aldolové kondenzaci. Aldolová kondenzace může být katalyzována kyselinami, častěji se však využívá katalýzy bazické. [1-3] Na br. 1 je zobrazeno reakční schéma bazicky katalyzované aldolové kondenzace, při níž dochází k tvorbě enolátu. Ten vzniká rovnovážnou reakcí. V dalším kroku se vzniklý enolát aduje na karbonylovou skupinu druhé molekuly. Vzniklý adukt je následně protonizován vodou na β-hydroxykarbonylovou sloučeninu. H CH 3 H CH 3 H enolát aldol br. 1 eakční schéma bazicky katalyzované aldolové autokondenzace. Laboratorní práce je zaměřena na přípravu 2-methyl-2-pentenalu, prekurzoru léčiva meprobamát (2-methyl-2-propyl-1,3-propandiolkarbamát). 2-Methyl-2-pentenal je nažloutlá kapalina, která je významným meziproduktem pro výrobu značného počtu léčiv a farmaceutických substancí. [4] Meprobamát je sedativum-hypnotikum ze skupiny karbamátů. U léčiva meprobamát byl prokázán anxiolytický účinek. Z toho důvodu se často meprobamát používá při léčení úzkostných poruch, depresích a při slabších psychických poruchách. [5] 1

[2] Tato reakce je nazvána aldolizací díky produktu, který je zároveň jak aldehydem, tak i alkoholem. Těmto sloučeninám se proto obecně říká aldoly.

4 2. PSTUP LABATNÍ PÁCE 2.1 Popis aparatury Aldolová kondenzace propanalu na 2-methyl-2-pentenal (br. 2) pro přípravu léčiva meprobamát (br. 3) probíhá v 500 ml zábrusové baňce s kulatým dnem opatřené zpětným chladičem. Po dobu reakce je reakční směs míchána magnetickým míchadlem na magnetické míchačce. Vzorky jsou odebírány jehlou pomocí stříkačky. C H 3 H H 2 N NH 2 H 3 C CH 3 CH 3 br. 2 2-Methyl-2-pentenal. br. 3 Meprobamát. 2.2 Popis experimentu Aldolová kondenzace Tato práce je zaměřena na bazickou aldolovou autokondenzaci propanalu. Do baňky o objemu 500 ml je předloženo 50 ml předem zváženého propanalu, 270 ml předem zváženého rozpouštědla a 6 % (hmotnostních) bazického katalyzátoru vzhledem k substrátu (bazický katalyzátor je rozpuštěn ve vodě tak, aby tvořil 36% roztok). Po vložení magnetického míchadla je baňka opatřena zpětným chladičem. eakce probíhá za laboratorní teploty a tlaku. Vzorky jsou z baňky odebírány v pravidelných intervalech (15, 30, 45, 60, 90, 120, 150,180, 195, 210, 225, 240 min) jehlou pomocí stříkačky (přibližně 0,2 ml). Poté jsou vzorky neutralizovány 10% kyselinou sírovou, naředěny methanolem a odstředěny. Kapalná fáze vzorků je analyzována na plynovém chromatografu. 2

Vzorky jsou odebírány jehlou pomocí stříkačky. C H 3 H H 2 N NH 2 H 3 C CH 3 CH 3 br. 2 2-Methyl-2-pentenal. br. 3 Meprobamát. 2.2 Popis experimentu 2.2.1 Aldolová kondenzace Tato práce je zaměřena na bazickou aldolovou autokondenzaci propanalu.

5 2.2.2 Atmosférická destilace Během aldolové kondenzace propanalu dochází ke vzniku nejen 2-methyl-2-pentenalu, ale můžou vznikat i vedlejší produkty (například 2-methyl-1-pentanol a jiné). Cílem práce je snaha získat co možná nejčistší produkt pro hydrogenaci, proto musí být provedena atmosférická destilace. Pro atmosférickou destilaci je použita tříhrdlá 500 ml baňka s kulatým dnem, do které je vložen varný kamínek. Do jednoho hrdla je umístěn teploměr, který snímá teplotu směsi, druhé hrdlo je zazátkováno. Na prostřední hrdlo je nasazen sestupný chladič opatřený teploměrem, který snímá teplotu par. Sestupný chladič je zakončen baňkou pro jímání destilátu. Baňka je zahřívána topným hnízdem vždy lehce nad teplotu varu jednotlivých frakcí. Body varu některých látek destilační směsi jsou uvedeny v Tabulce 1. Všechny zábrusové spoje jsou dostatečně těsné, což je zajištěno namazáním silikonovým tukem. Všechny frakce jsou následně analyzovány na plynovém chromatografu. Tabulka 1 Body varu některých látek destilační směsi po aldolové autokondenzaci propanalu. Látka Teplota varu [ C] Methanol 64,7 Propanal Methyl-2-pentenal Methyl-1-pentanol Analýza vzorků reakční směsi Chromatografické analýzy vzorků reakční směsi po aldolové autokondenzaci propanalu a frakcí následné destilace jsou prováděny na plynovém chromatografu SHIMADZU GC-17 A s plamenově-ionizačním detektorem (FID). Je použita nepolární kolona ZB-1 A-1 délky 60 m s vnitřním průměrem 0,25 mm a tloušťkou filmu stacionární fáze 0,25 μm. Tabulka 2 shrnuje retenční časy možných látek přítomných v reakční směsi naměřených chromatografickou analýzou, jejíž podmínky jsou uvedeny Tabulce 3. Tabulka 2 etenční časy látek při chromatografické analýze Látka etenční čas Methylalkohol 2,41 Propanal 2,45 2-Methyl-2-pentenal 3,32 2-Methyl-1-pentanol 3,33 3

Pro atmosférickou destilaci je použita tříhrdlá 500 ml baňka s kulatým dnem, do které je vložen varný kamínek.

6 Tabulka 3 Podmínky chromatografické analýzy Počáteční teplota v koloně 80 C Doba držení počáteční teploty 5 min ychlost ohřevu (teplotní růst) 5 C min -1 Konečná teplota 250 C Doba držení konečné teploty 5 min Celkový čas jedné analýzy 34 min Konstantní průtok nosného plynu (He) 5 ml min -1 Tlak na vstupu do kolony 229 kpa Lineární rychlost 50 cm s -1 Split 100 Teplota injektoru 250 C Teplota detektoru 250 C Nástřik 0,2 μl 2.4 Vyhodnocení výsledků K vyhodnocení výsledků jsou využity ovnice 1-3. ovnice 1 uvádí výpočet analytické konverze látky A, kde A0 je koncentrace výchozí látky na počátku (v čase 0) a Aτ je koncentrace výchozí látky v průběhu reakce (v čase τ). Jednotky jsou uvedeny v hranatých závorkách. K A % A0 % A0 %.100 ovnice 1 ovnice 2 uvádí výpočet analytické selektivity katalyzátoru, kde A0 je koncentrace výchozí látky na počátku (v čase 0) a Aτ je koncentrace výchozí látky v průběhu reakce (v čase τ). Bτ je koncentrace žádaného produktu v průběhu reakce (v čase τ). Jednotky jsou uvedeny v hranatých závorkách. B % A %. 100 S ovnice 2 A0 % ovnice 3 uvádí výpočet analytického výtěžku produktu, kde A0 je koncentrace výchozí látky na počátku (v čase 0), Bτ je koncentrace produktu v průběhu reakce (v čase τ), M A je molární hmotnost výchozí látky a M B je molární hmotnost produktu. Jednotky jsou uvedeny v hranatých závorkách. 1 % M Agmol 1 gmol A0 % B V ovnice 3 M B 4

detektoru 250 C Nástřik 0,2 μl 2.4 Vyhodnocení výsledků K vyhodnocení výsledků jsou využity ovnice 1-3.

7 3. ÚKLY Před vstoupením do laboratoře A68 pro provedení Laboratoře oboru I Aldolová kondenzace při syntéze léčivých látek si nejprve promyslete Úkoly 1-4. Úkol 1: Nakreslete reakční schéma aldolové autokondenzace propanalu za přítomnosti bazického katalyzátoru. Úkol 2: Při aldolové autokondenzaci dochází vždy ke vzniku jednoho aldolu. Při smíšené aldolová kondenzaci dvou různých aldehydů či ketonů, které obsahují na α-uhlíku atomy vodíku, vzniká směs čtyř možných produktů. Je ale možné provést smíšenou aldolizaci aldehydu s ketonem za vzniku jednoho produktu, ovšem za pečlivě sledovaných podmínek. Vyhledejte a napište do protokolu dvě takové podmínky, aby při splnění alespoň jedné z nich vedla reakce pouze k jednomu produktu aldolové kondenzace. (doporučená literatura: McMurry, J. rganická chemie, 1. vydání.; VUTIUM: Brno, 2007.) Úkol 3: Do reakční směsi je předloženo 30 g propanalu. Vypočítejte, kolik musíte navážit hydroxidu sodného, aby tvořil 36% vodný roztok a zároveň tvořil 6 % (hmotnostních) vzhledem k substrátu (propanalu). Uveďte celý přesný výpočet i s výpočetními vztahy. Úkol 4: Jaká frakce atmosférické destilace reakční směsi po aldolové autokondenzaci propanalu by byla vhodná pro následnou hydrogenaci 2-methyl-2-pentenalu na 2-methylpentanal? 5

Při smíšené aldolová kondenzaci dvou různých aldehydů či ketonů, které obsahují na α-uhlíku atomy vodíku, vzniká směs čtyř možných produktů.

8 4. BSAH PTKLU Protokol k Laboratoři oboru I Aldolová kondenzace při syntéze léčivých látek bude obsahovat tyto body: 1) Úvod 2) Cíl práce i) dpověď na Úkol 1 ii) dpověď na Úkol 2 3) Stručný postup práce 4) Výsledky a diskuze i) dpověď na Úkol 3 ii) Přesné navážky substrátu, katalyzátoru a rozpouštědla iii) Graf časové závislosti koncentrací složek reakční směsi v průběhu aldolové kondenzace iv) Příklady výpočtů a výsledky pro konverzi, selektivitu a výtěžek aldolové autokondenzace v) Tabulka složení frakcí atmosférické destilace vi) dpověď na Úkol 4 5) Závěr 6) Seznam symbolů (pokud je třeba) 7) Seznam použité literatury 5. SEZNAM PUŽITÉ LITEATUY 1. Červinka,.; Dědek, V.; Ferles, M. rganická chemie, 3. vydání; SNTL/ALFA: Praha/Bratislava, Svoboda, J. a kolektiv. rganická chemie I, 1. vydání; VŠCHT v Praze: Praha, Svoboda, J. rganická syntéza I, 1. vydání; VŠCHT v Praze: Praha, Sharma, S. K.; Parikh, P. A.; Jasra,. V. Solvent free aldol condensation of propanal to 2-methylpentenal using solid base catalysts. J. Mol. Catal. A: Chemical 2007, 278, Lincová, D.; Farghali, H. Základní a aplikovaná farmakologie, 2. vydání, GALEN: Praha,

iv) Příklady výpočtů a výsledky pro konverzi, selektivitu a výtěžek aldolové autokondenzace v) Tabulka složení frakcí atmosférické destilace vi) dpověď na Úkol 4 5) Závěr 6) Seznam symbolů (pokud je

Podobné dokumenty

Heterogenně katalyzovaná hydrogenace při syntéze léčiv

R Laboratoř oboru I Výroba léčiv (N111049) a rganická technologie (N111025) Návod Heterogenně katalyzovaná hydrogenace při syntéze léčiv Vedoucí práce: Ing. Dana Bílková Studijní program: Studijní obor: