RR-винная кислота и её производные

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Реферат

«RR-винная кислота и её производные»

выполнила Швитко Диана

Руководитель - К. Х. Н., доцент кафедры

«Органическая химия МГПУ»

Ройтерштейн Дмитрий Михайлович

Москва 2009

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Определение и классификация карбоновых кислот

1.2 Плоскость поляризации и поляризованный

1.3 Поляриметр

1.4 Физические свойства

1.5 Применение RR-винной кислоты

2. Практическая работа по исследованию свойств RR-винной кислоты

2.1 Синтез

2.2 Гидролиз

2.3 Получение 2-фенил-1,3-диоксолан-4,5(RR)-диэтилкарбоксилата лантана и иттербия

Выводы

Список литературы

Приложение

Актуальность данной темы объясняется тем, что на примере 2-фенил-1,3-диоксолан-4,5-дикарбоновой кислоты и её производных можно доступно объяснить изомерию органических веществ учащимся.

Цель: описать свойства RR-винной кислоты и её производных, которые могут выступать в качестве лигандов1 различных металлов.

Задачи:

1. Изучить литературу по теме RR-винная кислота и её изомерах (продолжать формировать умение реферирования материала, его адаптирования).

2. Расширить свои познания в области химии; составить представление о хиральных органических соединениях, их изомерии и номенклатуре.

3. Совершенствовать экспериментальные умения на примере получения производной винной кислоты - 2-фенил-1,3-диоксолан-4,5-дикарбоновой кислоты и её комплексов с Yb (иттербием) и La (лантаном).

Лиганды (от лат. Ligo- связываю) - в химических комплексах соединённые молекулы или ионы, непосредственно связанные с центральным атомом (комплексообразователем). [1 стр.718]

1. Теоретическая часть

1.1 Определение и классификация карбоновых кислот

Карбоновые кислоты -- класс органических соединений, молекулы которого содержат одну или несколько функциональных карбоксильных групп -COOH. Кислые свойства объясняются тем, что данная группа может сравнительно легко отщеплять протон. [5]

Классификация карбоновых кислот [6]

1. По числу карбоксильных групп кислоты подразделяются на:

o одноосновные (монокарбоновые)

o Например:

o многоосновные (дикарбоновые, трикарбоновые и т.д.).

2. По характеру углеводородного радикала различают кислоты:

o предельные (например, CH3CH2CH2COOH);

o непредельные

CH2=CHCH2COOH

ароматические (RC6H4COOH).

Винные кислоты

Винная2 (виннокаменная) кислота [CH(OH)]2(COOH)2 - бесцветное кристаллическое вещество, растворимое в воде и в этиловом спирте. Образует соли - тартраты и гидротартраты. Молекулярная масса = 150 г/моль; бесцветные кристаллы. Существует в виде трёх стереомеров. [2]

Винная кислота получила своё название из-за того, что главным источником ее является виноградный сок, из которого она выделяется при брожении в виде труднорастворимой кислой калиевой соли - C 4H5O6 K - так называемого винного камня. [4]

Классификация винных кислот [2 стр.123]

Существует 3 оптических изомера винных кислот:

· RR-винная - L-винная кислота

· SS-винная - D-винная кислота

· RS- и SR-винная кислота - мезовинная кислота

Причём, RR-винная и SS-винная кислоты являются зеркальными изомерами3 (энантиомерами), а SS-винная и SR-винные, RR-винная и SR-винные не являются зеркальным отображением друг друга. Из-за того, что RR и SS - винные кислоты являются изомерами, у них одинаковые свойства. Различить их можно с помощью плоскости поляризации.

Изомеры - соединения, имеющие одинаковую молекулярную формулу, но разное расположение атомов. Главные типы: структурные изомеры и стереоизомеры. Структурные изомеры имеют одинаковые молекулярную формулу, но различную последовательность атомов. Стереоизомеры отличаются пространственным расположением атомов. Все изомеры обладают различными химическими и/или физическими свойствами. [3 стр. 350]

1.2 Плоскость поляризации и поляризованный

Плоскость поляризации - плоскость, проходящая через направление распространения линейно поляризованной электромагнитной волны и направление колебаний электрического вектора этой волны. Плоскость поляризации поляризатора совпадает с плоскостью поляризации пропускаемых им волн (лучей) света.

RR и SS-винные кислоты являются энантиомерами (проявляют одинаковые химические и физические свойства). Отличить один энантиомер от другого можно с помощью «хирального исследования» (например, с помощью поляризованного света). [7]

Поляризованный свет

Обычный свет представляет собой совокупность электромагнитных волн, колебания которых расположены в различных направлениях плоскости, перпендикулярной направлению расположения луча. Если обычный свет пропустить через призму Николя4 (см. рис. 1), то свет становится плоскополяризованным. Поскольку RR-винная и SS-винная кислоты являются энантиомерами, то их нельзя различить по химическим и физическим свойствам. Различить их можно лишь по оптической активности (RR-винная и SS-винная кислоты являются оптически активными соединениями в отличии от рацемата (смеси)). Когда плоскополяризованный свет проходит через хиральную среду, один из циркулярнополяризованных компонентов замедляется относительно другого. Это явление смещает левый и правый вращательные векторы по фазе. [2 стр. 126]

Призма Николя. Штриховка указывает направление оптических осей кристаллов в плоскости чертежа. Направления электрических колебаний световых волн указаны на лучах стрелками (колебания происходят в плоскости рисунка) и точками (колебания перпендикулярны плоскости рисунка). O и е -- обыкновенный и необыкновенный лучи. Чернение на нижней грани призмы поглощает полностью отражаемый от плоскости склейки обыкновенный луч. Клей -- канадский бальзам.

Призма Николя (сокр. "николь ") поляризационное устройство, в основе принципа действия которого лежат эффекты двойного лучепреломления и полного внутреннего отражения.

Устройство изобрёл Уильям Николь в 1820 году.

Принцип действия

Свет с произвольной поляризацией, проходя через торец призмы испытывает двойное лучепреломление, расщепляясь на два луча; обыкновенный, имеющий горизонтальную плоскость поляризации ( "AO ") и необыкновенный, с вертикальной плоскостью поляризации ( "OE "). После чего обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение о плоскость склеивания и выходит через боковую поверхность. Необыкновенный беспрепятственно выходит через противоположный торец призмы.

Применение

Призма Николя находит своё применение наряду с прочими поляризационными устройствами в различных областях науки и техники, хотя подавляющей частью они ныне заменены на более технологичные.

До появления дешёвых поляроидных плёнок призма Николя использовалась для просмотра стереофотографий, проецируемых на экран [8]

1.3 Поляриметр

Для измерения угла вращения плоскости поляризованного света каким-либо энантиомером используется поляриметр, в состав которого входит монохроматический источник света, который имеет одну и ту же длину волны в отличии от обычного света. Так как монохроматический свет не поляризован, его пропускают через поляризатор, превращающий его в плоскополяризованный свет. Затем плоскополяризованный свет пропускают через кювету (ёмкость) с раствором того вещества, для которого производится измерение угла оптического вращения. Свет, который образуется после прохождения кюветы, имеет плоскость поляризации, повёрнутую по часовой стрелке или против часовой стрелки на некоторый угол, который и подлежит измерению. Направление вращения определяется по отношению к наблюдателю, а угол вращения определяется с помощью специального анализатора (устройство, пропускающее только поляризованный свет), который имеется в поляриметре.

Анализатор устанавливается так, чтобы пропускать плоскополяризованный свет, который выходит из поляризатора (сначала тот, который не повёрнут образцом; свет, повёрнутый образцом в это время пройти не может). Затем анализатор поворачивают до тех пор, пока он не станет максимально пропускать свет, прошедший через кювету с образцом (плоскость пропускания анализатора совпадает с плоскостью света, прошедшего сквозь образец). Разность углов между исходным и окончательным положениями анализатора определяет угол оптического вращения исследуемого вещества.[3 стр. 352]

Устройство поляриметра

1.4 Краткая характеристика винных кислот

Мезовинная кислота t плавления 140°С. Образует моногидрат С4Н6О6·Н2О; растворимость в 100 г воды 125 г. Кислая соль мезовинной кислоты очень хорошо растворяется в воде. Образуется мезовинная кислота при продолжительном кипячении всех форм винной кислоты в растворах едких щелочей, при окислении малеиновой (С4H4О4) кислоты (КМnО4 либо OsO4) или фенола (КМnО4). [4]

Рацемат винной кислоты (виноградная кислота) из воды кристаллизуется в виде дигидрата 2С4Н6О6·2Н2О (t плавления 73 °С), из спирта - в безводной форме (t плавления 205°С); в 100 граммах воды расстворяется 20,6 грамм кислоты, в этаноле - 2,08 (при 15°С), в эфире - 1,08. При нагревании до 130°С с соляной кислотой виноградная кислота частично превращается в мезовинную. Виноградная кислота образуется в смеси с мезовинной при кипячении раствора SS-винной кислоты со щелочью, при окислении фумаровой (С4Н4O4) или сорбиновой (C6H8O2) кислоты действием КМnО4, при восстановлении глиоксиловой (C2H2O3) кислоты Zn в уксусной кислоте. [4]

RR-Винная кислота (виннокаменная кислота, винная кислота) - t плавления 170°С; в 100 граммах воды растворяется 139,44 грамма кислоты, в этаноле - 20,40 (при 18°С); растворяется в ацетоне.

Получают RR-винную кислоту действием минеральных кислот на винный камень, образующийся при брожении виноградного сока; расщеплением виноградной кислоты. [4]

1.5 Применение

RR-винная кислота и её соли (тартраты) широко применяют в пищевой промышленности (например, при приготовлении лимонадов и печенья), при крашении, в органическом синтезе, аналитической химии и т.д. [4]

2. Практическая работа по исследованию свойств RR-винной кислоты

Задача: получить комплексы с 2-фенил-1,3-диоксолан-4,5(RR)-диэтилкарбоксилатным лигандом.

Цель: исследовать свойства RR-винной кислоты.

Ход работы:

2.1 Синтез

Перегнали бензальдегид, объёмом 100 мл (0,5 моль) в вакууме (tкип=106o), отделили воду. Перегнанный бензальдегид перелили в круглодонную колбу, снабжённую магнитной мешалкой и обратным холодильником. Добавили диэтиловый эфир RR-винной кислоты (с =1,205 г/см3, m=103г,V=m: с=103г:1,205г/см3=85,5 см3, M=206г/моль, ?=m:M=103г:206г/моль=0,5моль) и 430 мл толуола. Кипятили в течение недели при температуре 110оC, пока не выделилось 12 мл воды {?(диэтилового эфира RR-винной кислоты)=?(H2O)=0,5моль,V(H2O)т.=9мл V(H2O)пр.=12мл (3 мл - вода, содержавшаяся в толуоле)}. Промыли 200 мл насыщенного раствора карбоната натрия, водой (2·200 мл) и 100 мл насыщенного раствора хлорида натрия. Полученный раствор высушили 100 мл диэтилового эфира и сульфатом натрия. К остатку после упаривания добавили 100 мл гексана. Оставили на неделю, чтобы он закристаллизовался и отфильтровали полученный кристалл. Отфильтровали RR-2-фенил-1,3-диоксолан-4,5-диэтилкарбоксилат (mполуч=47,76г).

2.2 Гидролиз

Гидроксид натрия: для этого ?(NaOH)=0,35 моль, m=M·?=40г/моль·0,35моль=14г, V(H20)=30мл - растворили щёлочь в дистиллированной воде. Взяли 47,76 г 2-фенил-1,3-диоксолан-4,5(RR)-диэтилкарбоксилата, растворили в 70 мл этилового спирта, добавили раствор щёлочи; в ходе кипячения добавили 50 мл этанола. Чтобы убедиться, что реакция прошла, взяли 1 мл, упарили и сняли ЯМР спектр5 (см. приложение 1), который показал, что реакция завершилась. Упарили вдвое в вакууме (выделилось 115 мл спирта). Промыли 150мл эфира (3 раза по 50 мл). К остатку добавили соляную кислоту (до получения кислой среды (pH=1)).

Экстрагировали диэтиловым эфиром (50 мл). Экстракт упарили, высушили и перетёрли с петролейным эфиром и отфильтровали.

Ядерный магнитный резонанс - резонансное поглощение электромагнитной энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином (собственным моментом импульса элементарных частиц, имеющих квантовую природу и не связанным с перемещением частицы как целого) во внешнем магнитном поле, обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер. Применяется большей частью в спектроскопии.

Принцип действия

Образец, помещённый в стеклянную ампулу диаметром около 5мм, заключается между полюсами сильного электромагнита. Затем ампула начинает вращаться, а магнитное поле, действующее на неё, постепенно усиливают. В качестве источника излучения используется радиочастотный генератор высокого качества. Под действием усиливающегося магнитного поля начинают резонировать ядра, на которые настроен спектрометр. При этом экранированные ядра резонируют на частоте чуть меньшей, чем номинальная частота резонанса (и прибора). Поглощение энергии фиксируется радиочастотным мостом и затем записывается самописцем. Частоту увеличивают до тех пор, пока она не достигает некого предела, выше которого резонанс невозможен.

2.3 Получение 2-фенил-1,3-диоксолан-4,5(RR)-диэтилкарбоксилата лантана и иттербия

Взяли 0,2 г получившейся кислоты (M=238г/моль,?=m:M=0,2г:238г/моль=0,00084моль), добавили 8 мл метанола, 1,68 мл щёлочи (? =0,0084 моль·2=0,0168моль) и хлорида лантана=?) 0,00168 моль, M=371,5 г/моль, m= M·?=0,00168 моль·371,5 г/моль=0,624г), упарили досуха, добавили 7 мл метанола и 4 мл диэтилового эфира - аккуратным слоем поверх вышеперечисленного, чтобы смешивание происходило медленно, но качественно, оставили на неделю.

Взяли 0,2 г получившейся кислоты (M=238г/моль,?=m:M=0,2г:238г/моль=0,00084моль), добавили 8 мл метанола, 1,68 мл щёлочи (? =0,0084 моль·2=0,0168моль) и хлорида иттербия (=? 0,00168 моль, M=387,5 г/моль, m= M·?=0,00168 моль·387,5 г/моль=0,651г), выпал осадок, отфильтровали и упарили раствор досуха в вакууме растворили в 3 мл метанола, сверху добавили 5 мл диэтилового эфира. Выпавшие осадки отфильтровали, высушили, взвесили, измерили температуру плавления и сняли ЯМР спектр (см. приложение 2 и 3): m( c La -песочного цвета)=0,237 г, tразложения выше 280о, tначала плавления=260o, tокончания плавления=280о - позеленел; m(c Yb - белого цвета)=0,225г, tначала плавления=342o t окончания плавления= 367о, потемнел при t=350о, tразложения выше 367о.

Вывод по практической: получили комплексы с Yb и La.

Вывод

Была проделана работа, в ходе которой я изучила литературу по теме моего реферата (RR-винная кислота и её производные), расширила свои познания в области химии (получила углублённые знания, касающиеся темы хиральности соединений, их изомерии и номенклатуре); приобрела опыт практической работы с современным лабораторным оборудованием, не доступным школе. Кроме того, я овладела операциями перегонки в различных условиях, кристаллизации, экстрагирования, измерение температуры плавления; поработала с реактивами, не доступными для работы обычными учащимися в школе. Помимо этого, были получены два комплекса с иттербием и лантаном на основе бензалиден-диэтилтартрата (2-фенил-1,3-диоксолан-4,5-диэтилкарбоксилата). И узнала, что самым большим достоинством RR-винной кислоты и её производных являются доступность, низкая цена и оптическая активность данных веществ в качестве реагентов.

Cписок литературы

Книги

1. Прохоров А. М. Советский энциклопедический словарь - М.: Советская энциклопедия, 1989 г.

2. Терней Н.А. Органическая химия - М.: Мир, 1979 г.

3. Фримантл М. К. Химия в действии-М.: Мир, 1991 г.

Электронные источники

4. Винная кислота Горбов А. И. http://www.wikiznanie.ru

5. Карбоновые кислоты, Ядерный Магнитный Резонанс http://ru.wikipedia.org/

6. Классификация карбоновых кислот http://www.chemistry.ssu.samara.ru/

7. Плоскость поляризации http://www.cultinfo.ru

8. Призма Николя http://dic.academic.ru/

Приложение 1

1.ЯМР спектр RR-2-фенил-1,3-диоксолан-4,5-диэтилкарбоксилата.

3. ЯМР спектр RR-2-фенил-1,3-диоксолан-4,5-диэтилкарбоксилата лантана.

3.ЯМР спектр RR-2-фенил-1,3-диоксолан-4,5-диэтилкарбоксилата иттербия.

Размещено на Allbest.ru