Microsoft word - ald.doc

Zöld Kémiai Laboratóriumi Gyakorlatok
Aldol kondenzáció
Budapesti Zöld Kémia Laboratórium
Eötvös Loránd Tudományegyetem, Kémiai Intézet
Budapest
A gyakorlat célja
Az aldolkondenzáció és az oldószer nélküli (szilárd fázisú) reakciók bemutatása.
Bevezető
Az aldol kondenzáció egy fontos C-C kötés kialakítására szolgáló reakció a szerves kémiában, melynek során két karbonil vegyületből (két ketonból vagy egy ketonból és egy aldehidből) egy α,β-telítettlen keton keletkezik. Az olyan oxovegyületek, melyek α-szénatomján hidrogén található, bázisos katalizátor
segítségével addicionáltathatók egy (azonos vagy másik) oxovegyület
karbonilcsoportjára. Ezt a reakciót nevezzük aldol addiciónak, melynek terméke az ún.
aldol (aldehid + alkoholol).
Az aldol-addició a szerves szintézisek egyik fontos lehetőségévé vált: felhasználásával olyan nagyobb szénatomszámú vegyületekhez lehet eljutni, melyek karbonilcsoportot és hozzá képest β-helyzetben lévő hidroxilcsoportot tartalmaznak. Az aldol motivum különösen gyakori a poliketidekben, amelyek természetes anyagok. Ezekből állítanak elő számos gyógyszert mint pl. a tetraciklin antibiotikumokat. A tapasztalat szerint a β-hidroxi-oxovegyületek igen hajlamosak vízvesztésre ha α-szénatomjukon hidrogén található. Az ilyen reakció rendszerint akkor következik be, ha a bázisos reakcióelegyet melegítjük, vagy ha külön lépésben a β-hidroxi-oxovegyületet híg savval reagáltatjuk. Ilyenkor az aldol-kondenzáció néven ismert folyamatban α,β-telítettlen oxovegyület keletkezik. Az aldol reakciót Charles-Adolphe Wurtz és Alexander Porfyrevich Borodin egymástól függetlenül találták fel 1872-ben.
Felhasználás
Az aldol reakciónak számos alkalmazása ismert a gyógyszeriparban optikailag tiszta gyógyszerek előállításánál. A Pfizer-féle eljárással készített Lipitor nevezetű szívbaj elleni gyógyszer előállítása során kétszer is alkalmazzák az aldol reakciót. A biokémiában, az enzimkatalizált glikolízisben is kulcs szerepet játszik. Példaként említhető még a sokoldalú pentaeritritol szintézise, melynek polimerszármazékai alkid gyanták, lakkok, PVC stabilizátorok, olefin antioxidánsok. Manapság a természetben csak kis mennyiségben előforduló poliketidek laboratóriumi előállítását próbálják megvalósítani. Ennek nagy jelentősége lenne a gyógyszeriparban, pl. az antitumor hatású discodermolide nevű gyógyszerhez. Reakció mechanizmus
Az oxovegyületek dimerizációjában döntő jelentősége van a bázissal katalizált enolizációnak, ami a reakció bevezető lépése. A szénváz összeépülésével járó kulcslépés a karbanion nukleofil addiciója egy másik oxovegyület karbonil-szénatomjára, amit a negatív töltésűvé vált karbonil-oxigén protonfelvétele követ. Szilárd fázisú reakciók
A szilárd fázisú kémia gyorsan fejlődik, egyre nagyobb alkalmazása válik lehetővé az iparban. A reakció (szilárd – szilárd reakció) során két makroszkópikus szilárd anyag kölcsönhat, melynek eredményeként, új kovalens kötések kialakulásával, egy harmadik szilárd anyag keletkezik. A szilárd fázisú reakciók legnagyobb előnyei, hogy nem használnak oldószert, ezzel csökkentve a veszélyes anyagok (oldószerek) hasznalatát, hulladék keletkezésének lehetőségét, valamint jobb kitermelés és tisztább termék keletkezése várható. Ezen reakciók általában enyhébb körülmények között végbemennek ( szobahőmérséklet, atmoszférikus nyomás), nem szükségelnek nagyobb energiabefektetést. Kísérletünkben a 3,4-dimetoxibenzaldehid és az 1-indanon aldol kondenzációját vizsgáljuk, a hagyományos eljárástól eltérően oldószer nélkül. Reakcióegyenlet
Reakciók összehasonlítása
Atomhatékonyság
M=166 M=132 M=280 M=18 94%
H
atom

Alkalmazott zöldkémiai alapelvek
Atomhatékonyság növelése Segédanyagok használatának csökkentése Szükséges vegyszerek:
3,4-dimetoxi-benzaldehid (CH3O)2C6H3CHO 0,25 Eszközök:
Kémcső; fém spatula; mérőhenger (10 ml); pH papír; Erlenmeyer lombik (50 ml), üvegbot Munkavédelem:
Ne érjünk a szilárd nátrium-hidroxidhoz vagy a reakcióelegyhez! Gyakorlati munka:
1. Tegyünk 0,25 g 3,4-dimetoxibenzaldehidet és 0,2 g 1-indont egy kémcsőbe. Üvegbottal dörzsöljük össze az anyagokat barna olajjá. Vigyázzunk nehogy eltörjön a kémcső! 2. Adjunk a reakcióelegyhez 0,05 g szilárd (elporított) nátrium-hidroxidot és keverjük el. Figyeljünk arra hogy a nátrium-hidroxid teljesen feloldódjon! 3. Hagyjuk állni 15 percet, majd adjunk hozzá 2 ml 10%-os sósavat. Ellenőrizzük a 4. Vákuum-szűréssel válasszuk el a terméket, levegőn szárítsuk, majd mérjük le a 5. 20 ml etanol-víz 90:10 arányú elegyéből kristályosítsuk át a terméket. Az 6. Határozzuk meg az átkristályosított termék tömegét és olvadáspontját! [Irodalmi adat olvadáspontra: 178-181 °C] A várható kitermelés 50%. A gyakorlat K. M. Doxsee, J. E. Hutchison, Green Organic Chemistry, Universty of
Oregon, “Solventless reaction: The aldol condensation” c. kísérletén alapul.
G. Rothenberg, A. P. Downie,C. L. Raston, J. L. Scott, J. Am. Chem. Soc, 2001,123,8701

Ellenőrző kérdések

Mi az aldol addíció? Írja fel az általános reakcióegyenletet! Írja fel az aldol addíció reakciómechanizmusát! Mire használható az aldol addíció illetve az aldolok? Mi az aldol-kondenzáció? Írja fel a mechanizmusát! Hol használják az aldol reakciókat? Mik azok a szilárd fázisú reakciók? Mik a szilárd fázisú reakciók legnagyobb előnyei? Írja fel a gyakorlaton elvégzendő feladat reakcióegyenletét és számítsa ki az atomhatékonyságot! Milyen munkavédelmi előírásokat kell betartani a gyakorlat során!

Source: http://technologia.chem.elte.hu/hu/zoldkemialabor/Aldol_kondenzacio.pdf