Базы данных
База данных свойств веществ (поиск)
В трехгорлую колбу емкостью 500 мл, снабженную мешалкой, обратным холодильником и капельной воронкой, помещают раствор 4,1 г NaOH в 100 мл воды, 0,2-0,3 г скелетного никелевого катализатора и 14,8 г коричной кислоты. Смесь нагревают на водяной бане до 90°С и при перемешивании в течение 15 мин прибавляют 12 г 85%-ного гидразингидрата. Нагревание при 90°С и перемешивание продолжают до полного прекращения выделения азота. Дают реакционной смеси охладиться до комнатной температуры, отфильтровывают катализатор и подкисляют концентрированной HCl до кислой реакции по конго. Экстрагируют хлороформом (2 раза по 30 мл), отгоняют растворитель на кипящей водяной бане, а остаток перегоняют в вакууме из колбы с саблей.
Выход около 11 г (80% от теоретического); т. кип. 146-148°С при 8 мм.рт.ст. При стоянии препарат закристаллизовывается. Т. пл. 47-48°С.
Прибор для гидрогенизации состоит из газометра и сосуда, в котором производится гидрогенизация. Газометром служит перевернутый вверх дном литровый измерительный цилиндр, укрепленный с помощью кольца и зажима на штативе. Для поддержания уровня служит литровая склянка с тубусом внизу. Газопроводная трубка имеет два крана А и В. Кран А соединен через промывную склянку с раствором хамелеона с водородной бомбой; кран В соединен каучуковой трубкой с сосудом, в котором производится гидрогенизация. Таковым служит или сосуд для взбалтывания, называемый уточкой, или грушевидный сосуд с вплавленной боковой трубкой. Взбалтывание осуществляется эксцентриком, неподвижно соединенным с грушей. Движущая сила берется от электродвигателя. Горизонтальная трубка груши служит осью для насадки (гильза пробкового сверла или стеклянная трубка), которая при посредстве куска резиновой трубки укреплена в данном положении. Укрепление груши на штативе производится зажатием, защищенной деревянной пробкой, насадки. Во время взбалтывания все штативы должны быть прижаты к столу свинцовыми чушками.
Перед началом гидрогенизации прибор должен быть проверен на герметичность: с помощью склянки, служащей для регулирования уровня, устанавливают в наполненном водой газометре пониженное давление, вводят через кран А водород, закрывают А, открывают В и поднятием регулятора заставляют газ проходить черев грушу. Это повторяют два раза для вытеснения воздуха, потом закрывают боковую трубку груши каучуковой трубкой с зажимом, отсчитывают при атмосферном давлении объем газа (одинаковый уровень воды в газометре и регуляторе) и четверть часа взбалтывают, причем объем должен остаться постоянным. Тогда закрывают край В, удаляют зажим с боковой трубки груши, вносят через маленькую воронку (оттянутая пробирка) катализатор и подлежащий гидрогенизации раствор, открыванием крана В снова заставляют водород пройти в грушу и закрывают теперь боковую трубку и кран В. Наполняют газометр через А и отсчитывают объем. Затеи опять открывают В и начинают взбалтывание. За течением процесса гидрогенизации следят, вычерчивая диаграмму, где координатами являются потребленный водород в кубических сантиметрах и время в минутах (кривая гидрогенизации).
Катализатор получают, прибавляя к раствору 5 г азотнокислого никеля в 50 мл воды, 20 г тонкого порошка силикагеля, или инфузорной земли. Потом вливают 30 мл' крепкого аммиака и в течение 4 часов пропускают воздух при температуре 70°, чтобы осадить гидрат окиси никеля. После отсасывания и высушивания при 100° порошок вносят в небольшую печь для сожжения и восстанавливают в струе водорода (промывная склянка с хамелеоном). В продолжении 1,5 часов температуру повышают до 400° (термометр с азотом). Катализатор, если его сохранять в стеклянной банке, остается долгое время активным.
Получение катализатора может также быть произведено в груше для гидрирования нагреванием на песчаной бане.
Для гидрогенизации берут 5 г катализатора и 5 г коричной кислоты, растворенной в 50 мл воды и нейтрализованной едким кали. Гидрогенизация оканчивается примерно через 2 часа (кривая гидрогенизации). В зависимости от показаний барометра поглощение водорода составляет при комнатной температуре 800-870 мл. Раствор отфильтровывают от катализатора и подкисляют разбавленной соляной кислотой. Выпавшая сначала в виде масла гидрокоричная кислота застывает при охлаждении и потирании стеклянной палочкой. Ее отсасывают и перекристаллизовывают из горячей воды. Точка плавления 47°.
Выход количественный.
Работа проводится в установке для каталитического гидрирования. Газометр, наполненный водородом, соединяют при помощи трехходового крана с газовым цилиндром, который заполняют водородом. Замечают объем газа, для чего уравнительную склянку устанавливают таким образом, чтобы уровень воды в ней был одинаков с уровнем воды в цилиндре. Затем переводят трехходовой кран в положение, при котором газовый цилиндр соединяется с реакционной колбой, и проверяют установку на герметичность. После этого, перекрыв соединение установки с колбой, вносят в нее 3,7 г (0,025 моль) коричной кислоты, 20 мл этанола и немного скелетного никелевого катализатора (на конце шпателя). Далее проводят вытеснение воздуха из реакционной колбы, для чего ее соединяют с газовым цилиндром и медленно пропускают 200 — 300 мл водорода. Последний выходит под тягу через шланг, одетый на отросток насадки Дрекселя. После промывки систему закрывают заглушкой, а трехходовой кран переводят в положение, при котором газовый цилиндр соединен с реакционной колбой. Отмечают исходный объем водорода в цилиндре, пускают в ход мешалку. Гидрирование можно считать законченным, когда поглотится рассчитанное количество водорода. Контроль полноты гидрирования проводят методом ТСХ. Элюент — смесь хлороформа и этилацетата, 20:1; Rf коричной кислоты 0,5, Rf гидрокоричной кислоты 0,35. Раствор фильтруют, этанол тщательно удаляют на ротационном испарителе. Остаток на холоде затвердевает. Его очищают перекристаллизацией из разбавленной хлороводородной кислоты (концентрация примерно 10%). Получают бесцветные кристаллы в форме длинных игл; т. пл. 47 — 49 С.
Выход 3,4 г (90%). Дополнительная очистка может быть проведена методом вакуумной сублимации при температуре 100 С и давлении 2 мм рт.ст.
В толстостенный стакан, снабженный механической мешалкой, помещают 14,8 г коричной кислоты и 150 мл воды и приливают небольшой избыток (ок. 50 мл) раствора NaOH (10%). К полученному раствору при хорошем перемешивании прибавляют постепенно, небольшими кусочками, ок. 300 г амальгамы натрия (2,5%). По окончании реакции раствор сливают с ртути и подкисляют НС1, причем гидрокоричная кислота выделяется в виде быстро затвердевающего при охлаждении масла. Продукт перекристаллизовывают из воды. Т. пл. 46—47°.
Выход. 10,5—13,5 г (70—90%).
Примечание. Амальгаму натрия готовят внесением небольших кусочков металлического натрия в сухую ртуть. Перед тем как вносить следующую порцию натрия следует выждать, пока не прореагирует предыдущая. Работать под тягой! Пары ртути очень ядовиты!
А. Прибор. Восстановление проводят в толстостенном цилиндрическом стеклянном сосуде (стакане Бунзена, размером 18 х 25 см; примечание 1), охлаждаемом снаружи холодной водой. В сосуд наливают ртуть, которая служит катодом, в таком количестве, чтобы она покрывала дно. Анодом служит ролик из толстого листового свинца, подвешенный в пористом цилиндре, который установлен так, чтобы его дно почти соприкасалось с поверхностью ртути (примечание 2). Ток подводится к ртути посредством медной проволоки, изолированной резиновой трубкой по всей длине за исключением конца (0,3 см), погруженного в ртуть. Катодная жидкость перемешивается мощной механической мешалкой. Ток берут от аккумуляторной батареи на 30V, соединенной с реостатом и амперметром на 15 А. Вообще можно брать ток от любого источника емк. от 80 до 85 ампер-часов, дающего ток силой от 5 до 10 А. Восстановление удобно вести одновременно в нескольких приборах, соединив их последовательно.
Б. Восстановление коричной кислоты электрическим током. После того как аппарат собран, в катодное пространство наливают 2 л 7—8%-ного раствора сернокислого натрия (примечание 3) и таким же раствором наполняют пористый цилиндр так, чтобы жидкость в нем была на одном уровне с жидкостью в катодном пространстве. Мешалку пускают в ход и суспендируют в катодном растворе 200 г (1,35 мол.) чистой коричной кислоты (примечание 4). Затем прибавляют раствор 35 г (0,88 мол.) едкого натра в 150 мл воды с такой скоростью, чтобы не образовывалось комков коричнокислого натрия (примечание 5). По прибавлении всего количества щелочи включают ток и устанавливают реостат так, чтобы через прибор проходил ток от 5 до 10 А (примечание 6). С этого момента процесс не требует постоянного наблюдения. По мере восстановления суспендированные коричнокислый натрий и коричная кислота постепенно растворяются. Вещество, приставшее к стенкам сосуда, сталкивают в жидкость палочкой, а остаток его смывают небольшим количеством воды из промывалки. Ради сохранения щелочной реакции в анодную жидкость прибавляют приблизительно через каждые полчаса концентрированный раствор едкого натра (примечание 5), в общем—около 110 г (2,7 моля). На восстановление требуется от 76 до 80 ампер-часов (примечание 7); к концу процесса на катоде выделяется значительное количество водорода. Температуру можно не контролировать (примечание 8).
По окончании восстановления (примечание 7) катодную жидкость сливают с ртути декантацией или сифонированием, отфильтровывают от твердых частиц и подкисляют избытком серной кислоты уд. веса 1,1. Гидрокоричная кислота выпадает в виде масла и после охлаждения затвердевает. Выход сырого продукта, содержащего воду и другие примеси, составляет 180—200 г. Для очистки кислоту перегоняют в вакууме, собирая фракцию, кипящую при 194—197°/75 мм (145—147°/18 мм). Таким образом получают 160— 180 г (80—90% теоретич.) бесцветной, плавящейся при 47,5—48° гидрокоричной кислоты (примечание 9). Выход зависит от качества исходной коричной кислоты (примечание 4).
Примечания
1. Здесь приведен размер обычного продажного стакана. Можно взять любой прочный стеклянный сосуд подходящей величины.
2. Свинцовый анод должен иметь приблизительно такую же поверхность, как и катод. Пористый цилиндр берут размером приблизительно 8 х"21 см; однако можно пользоваться и другими размерами. В качестве подставки для него удобно взять фарфоровый кружок для эксикатора на трех ножках.
3. Концентрация раствора сернокислого натрия не имеет значения. Если восстановление повторяют несколько раз, то фильтрат, полученный после отсасывания гидрокоричной кислоты, нейтрализуют едким натром, разбавляют, если это нужно, и применяют снова. Таким образом, следы гидрокоричной кислоты, содержащиеся в этом растворе, не пропадают. Химически чистые реактивы не нужны.
4. Качество взятой коричной кислоты имеет большое значение. Из продажной химически чистой кислоты, плавящейся при 132,5— 133°, получается выход 86—90%; из продукта, полученного перекристаллизацией сырой кислоты с животным углем и плавящегося при 131,5—133°, выход составляет 81—83%; при применении технической кислоты выход часто не достигает и 60%. Катодная жидкость во время восстановления сильно вспенивается, и после перегонки остается значительное количество высококипящего остатка.
5. При прибавлении большого количества едкого натра образуется густая масса, которую невозможно хорошо перемешивать. Следует отметить, что во время восстановления у катода образуются два эквивалента едкого натра, а у анода — один эквивалент серной кислоты.
6. Силу тока можно несколько изменить, в особенности если анодная жидкость станет слишком разбавленной или очень кислой. Концентрация раствора едкого натра, прибавляемого к анодной жидкости, должна быть настолько значительной, чтобы происходящая всегда диффузия не вызывала слишком большого разбавления катодной жидкости. Высокий ампераж сокращает расход времени, но усиливает нагревание. Удобнее всего вести восстановление при токе в 7 А.
7. Теоретическое количество тока — 72 ампер-часа. Для того чтобы обеспечить полноту восстановления, следует пропустить избыток тока в 4—8 ампер-часов. Восстановление следует считать оконченным, если из пробы катодной жидкости после подкисления избытком серной кислоты выпадает масло, а не твердое вещество.
8. Реакции благоприятствует умеренно высокая температура. Перегрева можно избежать, изменяя силу тока и температуру охлаждающей воды.
9. Следует отметить, что этот процесс по существу является восстановлением с помощью амальгамы натрия. По этому же способу ?-фурилакриловая кислота может быть восстановлена в ?-фурилпропионовую кислоту с выходом 60—70%. С некоторыми изменениями метод можно применять для восстановления других веществ, восстанавливаемых амальгамой натрия.
]