Reagente di Burgess(noto anche come disidratatore Burgess) è un reagente di disidratazione comunemente usato in chimica organica, utilizzato principalmente per convertire le ammidi in nitrili. Questa trasformazione è molto importante nella sintesi organica, poiché il nitrile è un gruppo funzionale con molteplici usi in chimica organica.
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I passaggi dettagliati per sintetizzare un reagente di Burgess sono i seguenti:
1. Preparare reagenti e solventi: metanolo anidro, benzene anidro, P2O5, POCl3, SOCl2, PCl5 e altri agenti disidratanti.
2. Mescolare l'ammide con una quantità adeguata di agente disidratante, solitamente mescolando l'ammide con una quantità adeguata di P2O5 e mescolando uniformemente.
3. Riscaldare la miscela a una temperatura adeguata, solitamente 100-150 gradi, per favorire la reazione di disidratazione.
4. Durante il processo di riscaldamento, l'umidità e altre sostanze volatili nella soluzione di reazione vengono gradualmente evaporate e la reazione continua finché non si asciuga.
5. Una volta completata la reazione, raffreddare la soluzione di reazione a temperatura ambiente e quindi eseguire la distillazione sotto vuoto per rimuovere ulteriormente gli agenti disidratanti residui e altre sostanze volatili.
6. Raccogliere il distillato ottenuto dalla distillazione, solitamente nitrile, e affinarlo attraverso operazioni come la ricristallizzazione o l'estrazione per ottenere nitrile di elevata purezza.
Quella che segue è l'equazione chimica per il primo metodo:
Le ammidi reagiscono con agenti disidratanti per produrre nitrili:
RCONH2 → RCN+H2O
Tra questi, R rappresenta il gruppo idrocarburico.
Il riscaldamento favorisce il progresso della reazione:
RCONH2+H2O → RCN+2H2O
Distillazione sotto vuoto per rimuovere agenti disidratanti residui e altre sostanze volatili:
P2O5 → P2O3+O2
POCl3 → PCl3+O2
SOCl2 → SO2+Cl2
PCl5 → PCl3+Cl2
Nitrile raffinato:
RCN+H2O → RCONH2
Tra questi, R rappresenta il gruppo idrocarburico.
Secondo metodo: utilizzare P2O5 come agente disidratante
Oltre a utilizzare P2O5 come agente disidratante, esistono molti altri metodi per sintetizzare i reagenti di Burgess. Quello che segue è uno dei metodi comunemente usati, che utilizza metano sulfonil cloruro (CH3SO2Cl) come agente disidratante.
Equazione chimica
L'ammide reagisce con P2O5:
RCONH2+P2O5 → RCONH-P2O5
Riscaldamento e disidratazione:
RCONH-P2O5 → RCONH2+P2O5
Tra questi, R rappresenta il gruppo idrocarburico.
In questa reazione, P2O5 reagisce con l'ammide per convertirla nella corrispondente fosforamide. Quindi, la fosforamide viene riscaldata per rimuovere l'umidità e generare nitrile. In questo processo, lo stesso P2O5 è sia un reagente che un agente disidratante.
Fasi di sintesi:
1. Aggiungere una quantità adeguata di ammide in un pallone asciutto, quindi diluirla alla concentrazione appropriata con solvente anidro.
Aggiunta di cloruro di metano sulfonile
2. Aggiungere il cloruro di metano sulfonile calcolato alla soluzione contenente l'ammide. Fare attenzione a garantire che il cloruro di metano sulfonile sia anidro, altrimenti è necessario un pretrattamento per rimuovere l'umidità da esso.
Reazione di riscaldamento
3. Riscaldare la miscela a una temperatura adeguata, solitamente tra la temperatura ambiente e la temperatura media (25-60 gradi). Questa temperatura dipende dall'ammide specifica e dal tempo di reazione richiesto. Continuare a riscaldare finché tutta l'acqua non viene rimossa. Durante questo processo verrà generata una piccola quantità di vapore acqueo, quindi è necessario un condensatore efficace per raccogliere questo vapore.
4. Post trattamento e separazione del prodotto. Dopo aver rimosso tutta l'acqua, raffreddare la miscela a temperatura ambiente. A causa della volatilità del nitrile generato, può essere separato dai prodotti rimanenti mediante semplice distillazione sotto vuoto. Raccogli questa frazione, che dovrebbe contenere il nitrile generato.
5. Purificazione del prodotto. Il nitrile ottenuto può richiedere un'ulteriore purificazione per rimuovere eventuali impurità residue. Ciò può essere ottenuto mediante ricristallizzazione o raffinazione con adsorbenti appropriati.
6. Smaltimento dei rifiuti. Il cloruro di metansolfonile usato è un rifiuto pericoloso che non può essere scaricato direttamente nell'ambiente. Dovrebbe essere conservato in contenitori adeguati e consegnato a un'azienda di smaltimento rifiuti professionale per lo smaltimento.
7. Registrazione e raccolta dati. Durante l'intero processo di sintesi, tutte le fasi e i dati dovrebbero essere registrati, come la temperatura di reazione, il tempo di reazione, la quantità di materie prime e prodotti, ecc., per analisi successive e possibili miglioramenti.
Terzo metodo: utilizzare l'anidride trifluoroacetica (TFAA) - trietilammina come agente disidratante
Oltre a utilizzare P2O5 e cloruro di metansolfonile come agenti disidratanti, esistono molti altri metodi per sintetizzare i reagenti di Burgess. Quello che segue è uno dei metodi comunemente usati, che utilizza l'anidride trifluoroacetica (TFAA) - trietilammina come agente disidratante.
Equazione chimica
L'ammide reagisce con l'anidride trifluoroacetica:
RCONH2+C4F6O3 → RCONH-C4F6O3
Trattamento con trietilammina:
RCONH-C4F6O3+(C2H5) 3N → RCONH-CN+(C2H5) 3N-H++C4F6O3-
Separazione del prodotto:
Separazione per distillazione RCONH-CN
Tra questi, R rappresenta il gruppo alchilico, TFAA rappresenta l'anidride trifluoroacetica e (C2H5) 3N rappresenta la trietilammina.
In questa reazione, l'anidride trifluoroacetica reagisce prima con l'ammide per convertirla nella corrispondente ammide trifluoroacetica. Quindi, la trietilammina reagisce con la trifluoroacetammide per convertirla in nitrile. Infine, il nitrile generato viene separato dalla miscela di reazione mediante distillazione.
Fasi di sintesi:
1. Aggiungere una quantità adeguata di ammide in un pallone asciutto, quindi diluirla alla concentrazione appropriata con solvente anidro.
Aggiungere anidride trifluoroacetica e trietilammina
2. Aggiungere in sequenza l'anidride trifluoroacetica calcolata e la trietilammina alla soluzione contenente l'ammide. Assicurarsi che tutti i reagenti siano anidri, altrimenti è necessario un pretrattamento per rimuovere l'umidità da essi.
3. Reazione di riscaldamento. Riscalda la miscela a una temperatura appropriata, solitamente tra la temperatura ambiente e la temperatura media (25-60 gradi). Questa temperatura dipende dall'ammide specifica e dal tempo di reazione richiesto. Continuare a riscaldare finché tutta l'acqua non viene rimossa. Questo processo genererà una grande quantità di sostanze volatili, quindi è necessario un condensatore efficace per raccogliere questi vapori.
4. Dopo il trattamento e la separazione del prodotto, una volta rimossa tutta l'acqua, raffreddare la miscela a temperatura ambiente. A causa della volatilità del nitrile generato, può essere separato dai prodotti rimanenti mediante semplice distillazione sotto vuoto. Raccogli questa frazione, che dovrebbe contenere il nitrile generato.
5. La purificazione del prodotto può richiedere un'ulteriore purificazione per rimuovere eventuali impurità residue dal nitrile ottenuto. Ciò può essere ottenuto mediante ricristallizzazione o raffinazione con adsorbenti appropriati.
6. Il trattamento dei rifiuti, l'anidride trifluoroacetica usata, la trietilammina e i nitrili generati sono tutti rifiuti pericolosi e non possono essere scaricati direttamente nell'ambiente. Dovrebbe essere conservato in contenitori adeguati e consegnato a un'azienda di smaltimento rifiuti professionale per lo smaltimento.
7. Registrazione e raccolta dati: durante l'intero processo di sintesi, tutte le fasi e i dati dovrebbero essere registrati, come la temperatura di reazione, il tempo di reazione, la quantità di materie prime e prodotti, ecc., per successive analisi e possibili miglioramenti.
8. Verifica e controllo di qualità: dopo il completamento della sintesi, devono essere utilizzati metodi analitici appropriati (come spettrometria di massa, risonanza magnetica nucleare, spettroscopia infrarossa, ecc.) per verificare la purezza e la struttura del prodotto. Se possibile, si dovrebbero fare confronti anche con standard conosciuti.