Orgaanisen kemian laboratoriotyöt - Jyväskylän yliopisto

Orgaanisen kemian laboratoriotyöt
Juha Siitonen, Kemian laitos, Jyväskylän yliopisto
27. huhtikuuta 2010
1

Sisältö
1 trans-1,2-Diaminosykloheksaanin resoluutio 3
2 Williamsonin eetterisynteesi 4
3 Bupropionin one-pot synteesi 5
2

1 trans-1,2-Diaminosykloheksaanin resoluutio
Mukaillen Ari Koskinen, Petri Pihko, Tiina Putkonen, Mikko Passiniemi, Orgaanisen kemian
laboratoriotyöt, TKK. 2007, 20
Kuva 1: Reaktioskema
Diamiini trans-1,2-diaminosykloheksaania myydään optisesti puhtaana yhdisteenä (1R, 2R)
/ (1S, 2S) tai raseemisena seoksena. Optisesti puhdas yhdiste maksaa noin 50 e grammalta, kun
vastaavasti rasemaatti maksaa noin 1 e. Rasemaatin erilaiset enantiomeerit voidaan reagoittaa
kiraalisesti puhtaan reagenssin kanssa, jolloin muodostuu kaksi diastereomeeriä. Diastereomeerien
fysiikalliset ominaisuudet eroavat huomattavasti toisistaan, joten niiden erottaminen
on helpompaa. Tätä prosessia kutsutaan resoluutioksi.
Työssä enantiopuhtaana reagenssina käytetään suhteellisen halpaa L-viinihappoa. Syntyneillä
tartraattisuoloilla on erilaiset liukoisuudet, joten toinen diastereomeeri saadaan kiteytettyä
erilleen.
1. Piirrä trans-1,2-diaminosykloheksaanin molemmat enantiomeerit
2. Mikä reaktiotyyppi työssä on kyseessä?
3. Miksi reaktioseokseen lisätään jääetikkaa?
4. Voitaisiinko työssä teoriassa käyttää myös D-viinihappoa?
Liuotetaan 1,1 g trans-1,2-diaminosykloheksaania 2 ml vettä. Lisätään 0,72 g (+)-viinihappoa
pienissä erissä kolviin. Liuos lämmitetään 90 ◦ Cvesihauteella niin, että viinihappo liukenee.
Kaiken kiinteän aineen liuettua lisätään seokseen pisaroittain 1 ml jääetikkaa. Sekoitetaan reaktioseosta
90 ◦ Csekoittaen tunnin ajan ja annetaan seoksen tämän jälkeen jäähtyä huoneen lämpötilaan.
Imusuodatetaan muodostunut (1R, 2R)-1,2-diaminosykloheksaani tartraattisuola ja
pestään kiteet ensin kahdesti 2 ml jääkylmää vettä ja kolmesti 2 ml metanolia. Annetaan kiteiden
kuivua 80 ◦ Cuunissa tunnin ajan.
3

2 Williamsonin eetterisynteesi
Mukaillen John J. Esteb, John Magers, LuAnne McNulty*, Paul Morgan; Anne Wilson, J. Chem.
Ed. 2009
Kuva 2: Reaktioskema
Useat orgaaniset reaktiot ovat nimetty löytäjiensä mukaan. Tällaisia reaktioita kutsutaan
nimireaktioiksi. Williamsonin eetterisynteesi on siis vain hieno nimi reaktiolle, jossa alkoksidi
ja alkyylihalidi reagoivat emäksisessä liuoksessa SN2-mekanismilla. Tässä kokeessa alkoksidi
muodostetaan 2-naftolista ja halidina käytetään 1-butyylijodidia. Halidi on yleensä valittava
primääriseksi, koska tällöin sivureaktiona ei tapahdu nimeksikään eliminaatiota.
1. Mikä tässä reaktiossa on a) nukleofiili b) elektrofiili c) lähtevä ryhmä ?
2. Miksi naftoli reagoi natriumhydroksidin kanssa paljon mieluummin kuin etanoli?
3. Miksi eetteri saostuu, kun reaktioseos kaadetaan veteen?
4. Mitä tapahtuisi jos elektrofiilinä olisikin 2-jodo-2-metyylipropaani?
Punnitaan kolviin 0,56 g natriumhydroksidia ja 1,0 g 2-naftolia. Lisätään 20 ml etanolia.
Refluksoidaan magneettisekoitettua seosta kunnes kaikki kiintoaine on liuennut. Lisätään reaktioseokseen
1,0 ml 1-jodobutaania. Otetaan reaktioseoksesta kapillaaripipetillä näyte 20 minuutin
välein ja applikoidaan näytettä sekä 2-naftolin etanoliliuosta TLC-levylle. Ajetaan TLC
käyttäen eluenttina ?!?!. Naftolitäplän kadottua reaktio on tapahtunut ja voidaan refluksointi
voidan lopettaa. Annetaan reaktioseoksen jäähtyä huoneen lämpötilaan ja kaadetaan se 50 ml
jäävettä. Jään sulettua imusuodatetaan muodostunut tuote ja pestään se jääkylmällä vedellä.
Imetään tuotteen läpi ilmaa noin 10 min.
4

3 Bupropionin one-pot synteesi
Mukaillen Daniel M. Perrine,* Jason T. Ross, Stephen J. Nervi, and Richard H. Zimmerman,
Department of Chemistry, Loyola College, Baltimore, MD, J. Chem. Ed., Nov. 2000, 1479-1481
Kuva 3: Reaktioskema (vika vaihe puuttuu..)
Bupropioni, ±-2-(t-butyyliamino)-3-kloropropiofenonia markkinoitiin ensimmäistä kertaa
1985 masennuslääkkeenä nimikkeellä Wellbutrin. Toisin kuin serotoniinin vastaanottamista hidastavat
lääkkeet, kuten Prozac, Zoloft tai Paxil, tämä lääkeaine ei vaikuta seksuaaliseen suorituskykyyn
eikä aiheuta nimeksikään uneliaisuutta. Lisäksi lääkkeen huomattiin kliinisissä testeissä
auttavan tupakoivien ihmisten tupakanhimoa. Vuonna 1997 bupropioni tuli markkinoille
uudella kauppanimellä Zyban, jota käytetään tupakoinnin lopettamiseen.
Synteesissä bupropionia valmistetaan kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa ketoni
bromataan ja toisessa vaiheessa bromi korvataan t-butyyliamiinilla. Näin muodostunut vapaa
emäsmuoto on öljy ja se saadaan kiteytymään kun siitä valmistetaan vastaava hydrokloridisuola.
1. Ensimmäisessä vaiheessa bromia lisättäessä seoksessa muodostuu pieniä kuplia, mitä
kaasua reaktiossa mahtaa muodostua?
2. α-Halogenaatio on happokatalysoitu reaktio, miten tämä havaitaan reaktionopeudessa?
3. Bromin korvautuminen aminoryhmällä tapahtuu SN2-mekanismilla, mitä muita kilpailevia
reaktioita tapahtuu?
4. Mitä yhdisteitä uutossa jää a) vesifaasiin b) orgaaniseen faasiin ?
2-Bromo-3’-kloropropiofenoni Punnitaan kolviin 1,0 g m-kloropropiofenonia ja liuotetaan
se 5 ml diklorometaania magneettisekoitusta käyttäen. Lisätään kolviin tiputussuppilosta 6 ml
1,0 M bromin diklorometaaniliuosta muutama pisara. Bromin väri vaalenee hiljalleen, jos
näin ei tapahdu, kuumennetaan reaktioseosta hiukan lämpimällä vesihauteella. Reaktion käynnistyttyä
siirretään kolvi jäähauteeseen. Bromiliuosta lisätään pisaroittain samalla sekoittaen.
Kun kaikki bromi on lisätty ja bromin väri on vaalentunut, väkevöidään tuote tislaamalla
liuotin (diklorometaani) erilleen tuotteesta. Tislauskolvia kuumennetaan vesihauteella, jonka
lämpötila on noin 60 ◦ C. Kaiken diklorometaanin tislauduttua (lämpötila nousee 40 ◦ C, pysyy
siinä ja lähtee tippumaan kun kaikki diklorometaani on tislautunut) tislaus lopetetaan ja kolvin
annetaan jäähtyä huoneenlämpöön.
(±)-(t-Butyyliamino)-3-kloropropiofenoni Jäähtyneeseen tuotteeseen lisätään tiputussuppilosta
pisaroittain seosta, jossa on 5 ml t-butyyliamiini ja 5 ml N-metyylipyrrolidonia. Lisäyksen
jälkeen seosta kuumennetaan 60 ◦ Cvesihauteella samalla sekoittaen, kunnes lähtöainetta ei
enää näy TLC:ssä.
5

Siirretään jäähtynyt reaktioseos erotussuppiloon, lisätään 25 ml vettä ja 10 ml dietyylieetteriä.
Uutetaan seos kolme kertaa 25 ml erillä eetteriä. Yhdistetään näin saadut eetteriliuokset.
Huuhdotaan erotussuppilo vedellä ja pestään edellisestä uutosta saatu etterifaasi viidesti 25 ml
erillä vettä. Siirretään näin pesty eetterifaasi erlenmeyeriin ja kuivataan kidevedettömällä natriumsulfaatilla.
(±)-(t-Butyyliaminohydrokloridi)-3-kloropropiofenoni Suodata eetteriliuos pumpulin läpi
jäähauteessa olevaan dekantterilasiin. Pese erlenmeyeriin jäänyt kuivausaine pienellä määrällä
eetteriä ja suodata se kuten edellä. Lisätään jääkylmään suodokseen 2:10 väk. HCl : isopropyylialkoholin
seosta pisaroittain samalla sekoittaen, kunnes seos on selvästi hapan (pH-paperi).
Peitetään keitinlasi kellolasilla ja annetaan sen seisoa jäähautessa noin 10 min. Erotetaan muodostuneet
kiteet imusuodattamalla ja pestään ne kahdesti pienellä määrällä eetteriä. Annetaan
kuivua ilmassa.
6