Московский Государственный университет им.
М. В. Ломоносова
Химический факультет
Синтез 1,3,5-трийодбензола
Курсовая работа по
органической химии студента 313 группы Ляхова А. Б..
Научный руководитель -
к. х. н. Гулюкина Н. С..
Москва, 19981. Введение
В последнее десятилетие арилйодиды находят самое широкое применение в органическом синтезе, особенно в синтетических процессах, катализируемых комплексами переходных металлов. Это обусловлено тем, что арилйодиды вступают в реакции окислительного присоединения много легче, чем соответствующие бромиды и тем более хлориды. С другой стороны, промышленное использование гомогенных каталитических процессов ставит задачу создания катализаторов многократного использования. Один из путей решения этой проблемы - создание объемных лигандов типа

что позволяет выделить катализатор из реакционной смеси фильтрованием через мембрану. Один из возможных подходов к синтезу такого типа молекул быть основан на использовании 1,3,5-трийодбензола и приведен на схеме:

Для проверки этого предположения в рамках данной курсовой работы была поставлена задача синтеза трийодбензола.
2. Литературный обзор
2.1. Получение 1,3,5-трийодбензола
В литературе описаны 2 основных метода получения 1,3,5-трийодбензола. В одном из этих методов в качестве исходного вещества берется 3,5-дийоданилин, в другом методе - 2,4,6-трийоданилин.
2.1.1. Синтез 1,3,5-трийодбензола из 3,5-дийоданилина
Метод, описанный в работе [4], состоит в диазотировании 3,5-дийоданилина, растворенного в соляной кислоте, при охлаждении в бане со льдом, после чего смесь в течение некоторого времени перемешивали без охлаждения. Потом к образовавшемуся раствору соли диазония приливали раствор йодида калия в воде, подогревали до 500С. Из раствора выпадал в осадок трийодбензол. Осадок трийодбензола отфильтровывали.

Полученный таким образом 1,3,5-трийодбензол очищали путем обработки раствором щелочи и кипячения с активированным углем, после чего перекристаллизовывали его из этанола. В качестве возможных методов очистки в работе указаны также сублимация и перегонка с водяным паром. Выход 1,3,5-трийодбензола в процентах от теоретического в работе не указан.
2.1.2. Синтез 1,3,5-трийодбензола из 2,4,6-трийоданилина
Второй метод синтеза 1,3,5-трийодбензола описан в работе [1] и исходным веществом в нем служит 2,4,6-трийоданилин. Суть этого метода состоит в диазотировании 2,4,6-трийоданилина и восстановлении получившейся соли 2,4,6-трийоддиазония до 1,3,5-трийодбензола.

В принципе, существуют различные варианты восстановления аминогруппы до водорода через соль диазония, различающиеся применяемыми восстановителями, условиями проведения реакции и растворителями. В работе [1] 2,4,6-трийоданилин растворялся в смеси бензола и этанола (5 : 1 по объему) при кипячении к раствору добавлялись концентрированная серная кислота и твердый нитрит натрия, при этом образующийся сульфат 2,4,6-трийодфенилдиазония сразу восстанавливается до 1,3,5-трийодбензола (этанол служит восстановителем). После этого большая часть растворителя упаривалась, раствор охлаждался, осадок 1,3,5-трийодбензола отфильтровывался. Далее следовала очистка путем сублимации, потом - перекристаллизации из этанола. Возможна также очистка путем перегонки с водяным паром. Выход больше либо равен 50% от теоретически рассчитанного.
2.1.3. Синтез 2,4,6-трийоданилина
Синтез 2,4,6-трийоданилина путем обработки анилина монохлоридом йода в солянокислом растворе.

В работах [1,5] монохлорид йода получали взаимодействием сухого газообразного хлора с твердым йодом при комнатной температуре, полноту протекания реакции определяли по увеличению массы реакционной колбы.
Cl2 + J2 = 2JCl
Монохлорид йода малоустойчив, поэтому хранить его следует в холодильнике в течение не более чем нескольких дней.
Анилин растворяли в большом количестве концентрированной соляной кислоты и очень сильно разбавляли водой. Через этот раствор при комнатной температуре пропускали быстрый поток воздуха, насыщенного парами монохлорида йода. Монохлорид йода брали в некотором избытке по сравнению с теоретически рассчитанным количеством. Отмечено, что хотя JCl плавится при 25 - 270С, он имеет сильную тенденцию к переохлаждению, и при комнатной температуре нет проблем с затвердеванием JCl в трубке.
Насыщение воздуха парами монохлорида йода проводилось путем пропускания потока воздуха через колбу с монохлоридом йода, подогретую на водяной бане до 600С.
После окончания пропускания потока воздуха с парами монохлорида йода (оно велось в течение 30-40 минут) выпавший грязный осадок (из которого авторам не удалось выделить 2,4,6-трийоданилин) очень быстро отфильтровывали, маточный раствор оставляли на ночь. За ночь выпадал осадок 2,4,6-трийоданилина (осадок «цвета кожи буйвола»), пригодного для дальнейших превращений. Выход составлял 20 - 40% от теоретического.
В работе [2] показана возможность существенно увеличить выход 2,4,6-трийоданилина, модифицировав метод получения монохлорида йода с целью исключения его загрязнения свободным йодом и трихлоридом йода. Для этого при синтезе монохлорида йода реакционная колба должна непрерывно встряхиваться, а пропускание хлора должно вестись до тех пор, пока на стенках колбы не появятся желтые кристаллы трихлорида йода, не исчезающие при встряхивании. Перед использованием монохлорид йода следует слегка подогреть на водяной бане до исчезновения кристаллов трихлорида йода. Далее синтез 2,4,6-трийоданилина велся как в [1], при этом в осадок сразу выпадал достаточно чистый 2,4,6-трийоданилин, выход - около 80% от теоретически рассчитанного.
Для использования в дальнейших превращениях полученный 2,4,6-трийоданилин очищать не нужно.
Получение хлора.
Сухой хлор в лаборатории обычно получают взаимодействием твердого перманганата калия с концентрированной соляной кислотой с последующим пропусканием газа через серию осушителей. Стандартная методика получения хлора описана в [3]. Схему прибора и применяемые осушители - см. экспериментальную часть.
2.1.3.2. Другие способы получения 2,4,6-трийоданилина.
Другой возможный способ получения 2,4,6-трийоданилина - кипячение водного раствора 3,5-дийод-4-аминобензоата калия с йодом [6].
2,4,6-трийоданилин можно также получить из N-ацетилантраниловой кислоты, обрабатывая ее монохлоридом йода в уксусной кислоте [7].
2.1.4. Синтез 3,5-дийоданилина
В работе [4] предложена следующая схема синтеза 3,5-дийоданилина. Исходным веществом является 2,6-дийод-4-нитроанилин. Это вещество обрабатывали нитритом натрия, получали соль 2,6-дийод-4-нитрофенилдиазония и восстанавливали ее этанолом до 3,5-дийоднитробензола.

3,5-дийоднитробензол далее восстанавливали до 3,5-дийоданилина раствором хлоридом олова (II) в концентрированной соляной кислоте.

2.2. Свойства 1,3,5-трийодбензола
Точка плавления очищенного 1,3,5-трийодбензола, согласно [1], лежит в пределах 182 - 1850С.
О растворимости 1,3,5-трийодбензола существуют следующие данные [1]:
в воде - совершенно нерастворим;
в ацетоне, этаноле - плохо растворим в холодном, в горячем растворимость средняя;
в хлороформе - средняя растворимость в холодном, хорошо растворим в горячем;
в ледяной уксусной кислоте - плохо растворим в холодной, хорошо в горячей;
в эфире - растворимость средняя;
в бензоле, сероуглероде - хорошо растворим в холодных.
Имеются данные [1], что при нитровании 1,3,5-трийодбензола дымящейся азотной кислотой в ароматическое ядро вводятся 2 нитрогруппы, при этом образуется 2,4-динитро-1,3,5-трийодбензол.
3. Экспериментальная часть
3.1. Синтез монохлорида йода
Необходимый для синтеза монохлорида йода хлор получали путем взаимодействия твердого перманганата калия с концентрированной соляной кислотой по методике, описанной в [3]. К 80 г твердого KMnO4, помещенного в колбу с отводом, прибавляли по каплям из капельной воронки (с пробкой, обводом и краном на нем) концентрированную соляную кислоту. (Следует иметь ввиду, что в конце реакции колбу с перманганатом калия иногда приходится подогревать). Поток полученного хлора осушался последовательно двумя промывалками с концентрированной серной кислотой, колонкой с безводным хлоридом кальция и колонкой с оксидом фосфора, после чего поток сухого хлора вводился в колбу с помещенными в нее 25 г кристаллического йода (перед промывалками с серной кислотой необходимо поставить пустую обратную промывалку, во избежание попадания серной кислоты в сосуд с перманганатом калия). Выход в атмосферу из колбы с йодом был защищен трубкой с безводным хлоридом кальция. Схема прибора приведена на рис. 1.
Замечание: прибор для получения хлора следует разбирать сразу после использования, так как под действием хлора наблюдается затвердевание смазки на шлифах.
Во время пропускания хлора колбу с йодом непрерывно встряхивали. Пропускание хлора продолжали до тех пор, пока на стенках колбы не появились оранжевые кристаллы трихлорида йода, не исчезающие при встряхивании (после этого монохлорид йода можно