Решение задачи химического турнира школьников. Синтез циклопентаконтана из неорганических в-в
Решение задачи химического турнира школьников.
Предложите метод синтеза циклопентаконтана (C50H100) из неорганических реагентов. Постарайтесь обойтись как можно меньшим количество стадий. Отдельно опишите, как вы планируете обеспечить чистоту конечного продукта.
Синтез ацетилена взаимодействием карбида кальция с водой.
Димеризация ацетилена в винилацетилен (под действием CuCl и NH4Cl).
Восстановление винилацетилена в бутадиен - гидрирование в мягких условиях. Недостаток Н2, палладий (Pd) в качестве катализатора, температура около +20 °С.
Для инициирования реакции олигомеризации бутадиена нужен анионный инициатор - металлорганическое соединение. Чтобы позже создать на конце карбоксильную группу (-СООН) нам нужно что-то такое:
N=C-CH2Li (литиевая соль ацетонитрила). [Хотя конечно же нет гарантии, что литиевая соль ацетонитрила будет эффективным катализатором анионной полимеризации бутадиена...]
Ацетонитрил получаем из уксусной кислоты с аммиаком на катализаторе (Al2O3) при 300-400 °С. (См. Википедию, там есть уравнение реакции).
Уксусную кислоту получаем гидратацией ацетилена по реакции Кучерова с последующим окислением ацетальдегида (см. в Википедии «Уксусная кислота». Получение).
Ацетонитрил бромируем бромом, бромацетонитрил вводим в реакцию с металлическим литием. Получившуюся литиевую соль ацетонитрила используем в качестве инициатора анионной олигомеризации бутадиена.
Когда степень олигомеризации будет примерно 12 (подбор температуры, времени реакции и концентраций реагентов), то «обрываем» цепь действием метилхлорформиата (= метилового эфира хлормуравьиной кислоты).
Метилхлорформиат получаем из фосгена и метанола. Фосген получаем из угарного газа (СO) и хлора. Метанол получаем или гидрированием угарного газа.
Очищаем продукт олигомеризации методом жидкостной колоночной хроматографии (на силикагеле или на Al2O3), то есть выделяем из смеси олигомеров нужный нам олигомер.
Подбор условий олигомеризации бутадиена и выделение целевого продукта - это надо повозиться...
В целевом продукте олигомеризации гидрируем в мягких условиях двойные С=С связи, чтобы не повредить нитрильную группу (СN). Затем гидролизуем в разбавленной серной кислоте при нагревании. Группа -CN гидролизуется до -COOH.
Получаем кальциевую (или бариевую) соль дикарбоновой кислоты, при нагревании замыкается в кетон (с отщеплением одной молекулы углекислого газа в виде CaCO3). Восстанавливаем кетонную группу до CH2 по реакции Клемменсена (амальгама цинка в соляной кислоте). Или по реакции Кижнера-Вольфа.
Мы получили нужное нам соединение!
Предложите метод синтеза циклопентаконтана (C50H100) из неорганических реагентов. Постарайтесь обойтись как можно меньшим количество стадий. Отдельно опишите, как вы планируете обеспечить чистоту конечного продукта.
Синтез ацетилена взаимодействием карбида кальция с водой.
Димеризация ацетилена в винилацетилен (под действием CuCl и NH4Cl).
Восстановление винилацетилена в бутадиен - гидрирование в мягких условиях. Недостаток Н2, палладий (Pd) в качестве катализатора, температура около +20 °С.
Для инициирования реакции олигомеризации бутадиена нужен анионный инициатор - металлорганическое соединение. Чтобы позже создать на конце карбоксильную группу (-СООН) нам нужно что-то такое:
N=C-CH2Li (литиевая соль ацетонитрила). [Хотя конечно же нет гарантии, что литиевая соль ацетонитрила будет эффективным катализатором анионной полимеризации бутадиена...]
Ацетонитрил получаем из уксусной кислоты с аммиаком на катализаторе (Al2O3) при 300-400 °С. (См. Википедию, там есть уравнение реакции).
Уксусную кислоту получаем гидратацией ацетилена по реакции Кучерова с последующим окислением ацетальдегида (см. в Википедии «Уксусная кислота». Получение).
Ацетонитрил бромируем бромом, бромацетонитрил вводим в реакцию с металлическим литием. Получившуюся литиевую соль ацетонитрила используем в качестве инициатора анионной олигомеризации бутадиена.
Когда степень олигомеризации будет примерно 12 (подбор температуры, времени реакции и концентраций реагентов), то «обрываем» цепь действием метилхлорформиата (= метилового эфира хлормуравьиной кислоты).
Метилхлорформиат получаем из фосгена и метанола. Фосген получаем из угарного газа (СO) и хлора. Метанол получаем или гидрированием угарного газа.
Очищаем продукт олигомеризации методом жидкостной колоночной хроматографии (на силикагеле или на Al2O3), то есть выделяем из смеси олигомеров нужный нам олигомер.
Подбор условий олигомеризации бутадиена и выделение целевого продукта - это надо повозиться...
В целевом продукте олигомеризации гидрируем в мягких условиях двойные С=С связи, чтобы не повредить нитрильную группу (СN). Затем гидролизуем в разбавленной серной кислоте при нагревании. Группа -CN гидролизуется до -COOH.
Получаем кальциевую (или бариевую) соль дикарбоновой кислоты, при нагревании замыкается в кетон (с отщеплением одной молекулы углекислого газа в виде CaCO3). Восстанавливаем кетонную группу до CH2 по реакции Клемменсена (амальгама цинка в соляной кислоте). Или по реакции Кижнера-Вольфа.
Мы получили нужное нам соединение!