5009 Синтез фталоцианина меди

NOP
http://www.oc-praktikum.de
5009 Синтез фталоцианина меди
O
H2N
O+ 8
H2N
O
4
C8H4O3
(148.1)
CH4N2O
(60.1)
O + CuCl
(NH4)6Mo7O24
. 4 H2O
N
N
- 8 NH3
- 8 CO2
- 4 H2O
- HCl
CuCl
(99.0)
H24Mo7N6O24
(1235.9)
N
. 4 H2O
N
N
Cu
N
N
N
C32H16N8Cu
(576.1)
Литература
Классический синтез: F. H. Moser, A. L. Thomas, Phthalocyanine Compounds, Reinhold,
New York 1963; микроволновой способ: A. Shaabani, J. Chem. Research (S) 1998, 672-673
Классификация
Типы реакций и классы веществ
Реакция карбонильной группы в производных карбоновых кислот, реакция замыкания
кольца
Ангидриды карбоновых кислот, производные угольной кислоты, гетероциклы,
красители
Методы работы
Реакции с помощью микроволн, перемешивание с помощью магнитной мешалки,
нагревание с обратным холодильником, экстрагирование, фильтрование, отвод газов
Методика (размер загрузки 4,5 ммоль)
Оборудование
Микроволновая система ETHOS 1600, стеклянная трубка (40 см, шлиф 29), двугорлая
колба на 100 мл, магнитная мешалка, обратный холодильник, две промывные склянки,
приемник со шлифовым соединением и насадкой для шланга.
1
Сентябрь 2008
NOP
http://www.oc-praktikum.de
Вещества
мочевина (т.пл. 132,5-134,5 °C)
фталевый ангидрид (т.пл. 129-132 °C)
хлорид меди (I)
гептамолибдат аммония
конц. соляная кислота (32%)
этанол (т.кип. 78 °C)
5,53 г (92,0 ммоль)
2,67 г (18,0 ммоль)
500 мг (5,00 ммоль)
75 мг (0,061 ммоль)
5 мл
80 мл
Реакция
Реакционный аппарат включает двугорлую колбу на 100 мл с датчиком температуры и
обратным холодильником. Обратный холодильник оснащен переходником со
шлифовым соединением и насадкой для шланга, которая соединена с газоотводной
трубкой для газов, образующихся во время реакции. Трубка соединена с пустой
предохранительной промывной склянкой, а затем с другой промывной склянкой,
содержащей 300 мл воды.
Смесь 5,53 г (92,0 ммоль) мочевины, 2,67 г (18,0 ммоль) фталевого ангидрида, 500 мг
(5,00 ммоль) хлорида меди (I) и 75 мг (0,061 ммоль) гептамолибдата аммония
помещают в реакционную колбу. После прибавления двух капель воды реакционный
аппарат устанавливают в микроволновую систему со стеклянной трубкой (см. раздел
«Технические указания: стандартный прибор для кипячения с обратным
холодильником в микроволновой системе»). Смесь исходных веществ не обязательно
гомогенизировать, поскольку полное расплавление достигается уже через 2 минуты.
Реакционную смесь облучают в течение 10 минут при ограничении температуры 250°C
при мощности 1000 Вт. Уже после половины времени реакции расплав затвердевает в
виде пористой фиолетовой массы.
Выделение продукта
Твердое вещество, которое охладилось до комнатной температуры, измельчают в
реакционной колбе, добавляют 50 мл воды и 5 мл концентрированной соляной
кислоты, и колбу устанавливают в микроволновую систему, как описано выше,
оснастив магнитной мешалкой, датчиком температуры и обратным холодильником, но
без трубки для отвода газа. Смесь нагревают при перемешивании и облучении
мощностью 800 Вт в течение 10 мин при 102 °C, при этом избыточные или
непрореагировавшие исходные вещества экстрагируются из твердого вещества. После
охлаждения твердое вещество отфильтровывают через складчатый фильтр, промывают
на фильтре 50 мл воды и затем небольшим количеством этанола, и затем сушат. Желтокоричневый водный фильтрат утилизируют. Выход сырого продукта: 2,40 г,
фиолетовое твердое вещество.
Сырой продукт и 50 мл этанола снова помещают в двугорлую колбу и устанавливают в
микроволновую систему, как описано выше, оснастив магнитной мешалкой, датчиком
температуры и обратным холодильником. При облучении мощностью 500 Вт смесь
нагревают при перемешивании до 80 °C в течение 10 минут, при этом побочный
продукт дигирофталоцианин должен экстрагироваться из твердого вещества. После
2
Сентябрь 2008
NOP
http://www.oc-praktikum.de
охлаждения до 50 °C продукт отфильтровывают через складчатый фильтр, промывают
на фильтре 20 мл этанола и сушат в эксикаторе при пониженном давлении.
Выход: 2,15 г (3,73 ммоль, 83%); блестящее фиолетовое мелкокристаллическое
вещество, нерастворимое в органических растворителях.
Поведение вещества при плавлении может служить критерием чистоты: чистый
продукт получен, если до температур выше 200°C не заметно плавления или
разложения продукта. Выделенное в данном синтезе вещество устойчиво до 360°C.
Побочный продукт дигидрофталоцианин плавится с разложением при 195-197°C.
Комментарии
Прибавление двух капель воды перед началом реакции ускоряет поглощение
микроволновой энергии твердой смесью.
Организация сбора и выделения отходов
Утилизация отходов
Отход
Водный фильтрат
Этанольные фильраты
Тип емкости для сбора отходов
Нейтрализуют, затем утилизируют как смесь
растворитель-вода, содержащую галогены, содержащую
тяжелые металлы
Смеси растворителей с водой, не содержащие галогенов
Время
1-2 часа
Перерыв
Между микроволновыми обработками
Степень сложности
Легкая
3
Сентябрь 2008
NOP
http://www.oc-praktikum.de
Анализ
Зависимость температуры от времени на различных стадиях обработки в
микроволновой системе
Синтез фталоцианина меди (II)
250
1200
1000
800
150
600
T1 [°C]
100
Energie [Watt]
Energie [W]
Temperatur [°C]
200
400
50
200
0
0
200
400
600
800
1000
1200
0
1400
Zeit [sec]
120
600
100
500
80
400
60
300
40
200
T1 [°C]
Energie [Watt]
20
100
0
0
200
400
600
800
1000
Energie [W]
Temperatur [°C]
Экстракция сырого фталоцианина меди (II) разбавленной соляной кислотой
1200
0
1400
Zeit [sec]
4
Сентябрь 2008
NOP
http://www.oc-praktikum.de
Экстракция фталоцианина меди (II) этанолом
90
600
80
500
400
60
50
300
40
T1 [°C]
30
200
Energie [W]
Temperatur [°C]
70
Energie [Watt]
20
100
10
0
0
200
400
600
800
1000
1200
0
1400
Zeit [sec]
ИК спектр продукта – фталоцианина меди (II) (KBr)
5
Сентябрь 2008