روش های مصنوعی 5-کلروپنتانوئیل کلرید چیست؟

5-کلرووالریل کلرید(ارتباط دادن:https://www.bloomtechz.com/synthetic-chemical/organic-intermediates/5-chlorovaleryl-chloride-cas-1575-61-7.html) یک ترکیب آلی است که در ساختار خود حاوی کربوکسیلیک اسید و گروه های هالوژن است. این ترکیب را می توان با روش های مختلفی سنتز کرد. برخی از این روش ها در زیر توضیح داده شده است:

1. کلرزنی پنتا کلرواستیک اسید:

پنتا کلرواستیک اسید با افزودن اسید کلریدریک اضافی در دمای اتاق تهیه می شود. مراحل زیر را می توان انجام داد:

(1.) معرف ها را آماده کنید:

پنتاکلرواستیک اسید، اکسی کلرید فسفر، آب دیونیزه یا خشک کننده

(2.) مخلوط واکنش را آماده کنید:

در یک بطری واکنش خشک، پنتا کلرواستیک اسید و اکسی کلرید فسفر را به آب دیونیزه یا یک ماده خشک‌کننده اضافه کنید، در حالی که مواد واکنش را تا زیر 0 درجه هم بزنید و خنک کنید.

(3.) 5-کلرووالریل کلرید را اضافه کنید:

به آرامی {{0}}کلرووالریل کلرید را به مخلوط واکنش اضافه کنید در حالی که دما را زیر صفر درجه نگه دارید. پس از تکمیل افزودن، مخلوط واکنش سفید شیری می شود.

(4.) برای واکنش بیشتر:

مخلوط واکنش را زیر 0 درجه نگه دارید و به مدت 30 دقیقه به هم زدن ادامه دهید، سپس مقدار معینی آب یونیزه یا ماده خشک کن اضافه کنید تا مخلوط واکنش زرد کم رنگ شود.

(5.) محصول ایزوله:

مخلوط واکنش در معرض تقطیر در خلاء قرار گرفت تا محصول جدا شود، در این زمان ابتدا محصول 5-کلرووالریل کلرید به دست آمد.

(6.) محصول خالص شده:

محصول {{0}}کلرووالریل کلرید به دست آمده در بالا را می توان با تبلور مجدد در دی متیل کربنات زیر صفر درجه خالص کرد و سپس 5-کلرووالریل کلرید خالص را می توان با فیلتر کردن و خشک کردن به دست آورد.

لازم به ذکر است که در مراحل روش کلرزنی، واکنش دهنده ها و مخلوط واکنش باید در شرایط خشک و دمای پایین نگهداری شوند تا از موفقیت واکنش و خالص سازی محصول اطمینان حاصل شود. علاوه بر این، اکسی کلرید فسفر در طول واکنش باید با احتیاط زیاد مورد استفاده قرار گیرد تا از واکنش های شیمیایی خطرناک جلوگیری شود.

2. کربوکسیلیک اسید و هالوژناسیون 5-کلروپنتانوئیک اسید:

5-اسید کلروپنتانوئیک با تری کلرید اسید فسفر واکنش می دهد و کلرید اسید کلروپنتانوئیک تولید می کند. سپس با مرکاپتواتانول واکنش داده و مرکاپتواستر را تشکیل می‌دهد که می‌تواند به هالواسید تبدیل شود. واکنش های کربوکسیلیک اسید و هالوژناسیون و مراحل دقیق آنها.

(1.) واکنش اسید کربوکسیلیک 5-کلرووالریل کلرید

اول، واکنش اسید کربوکسیلیک 5-کلرووالریل کلرید نیاز به استفاده از استون-HCl دارد.

مرحله 1: 5-کلرووالریل کلرید و استون را جداگانه به دو فلاسک ته گرد خشک اضافه کنید.

مرحله 2: گاز هیدروژن کلرید به یکی از فلاسک های ته گرد پمپ شد و در دمای اتاق به مدت 2 ساعت واکنش داد.

مرحله 3: مخلوط واکنش را به قیف جداکننده منتقل کرده و محصول را با اتر استخراج کنید

مرحله چهارم: محلول اسید کلریدریک رقیق، آب و NaOH غلیظ را یکی یکی اضافه کنید و در نهایت لایه اتر را با اسید سولفوریک سدیم بی آب خشک کرده و سپس تقطیر کنید تا محصول نهایی 5-کلرووالریل کلرید به دست آید.

(2.) واکنش هالوژناسیون 5-کلرووالریل کلرید

هالوژناسیون 5-کلرووالریل کلرید توسط کلرید فسفر انجام می شود.

مرحله 1: 5-کلرووالریل کلرید و کلرید فسفر را در بالن واکنش بریزید و میله شیشه ای را وارد کنید تا هم بزند.

مرحله 2: N,N-دی اتیل فرمامید (DMF) را با توجه به وزن کلرید فسفر اضافه کنید و به مخلوط کردن و هم زدن ادامه دهید.

مرحله 3: به افزودن N,N-دی اتیل فرمامید ادامه دهید، هم بزنید و دما را کنترل کنید که از 35 درجه بیشتر نشود.

مرحله 4: پس از اتمام واکنش، محصول را با آب رقیق کنید.

مرحله 5: مقدار کمی هیدروکسید سدیم اضافه شد و فاز آلی بالایی با اتر استخراج شد.

مرحله 6: لایه اتر را با اسید سولفوریک سدیم بی آب خشک کنید و تقطیر را انجام دهید تا محصول نهایی 5-کلرووالریل کلرید به دست آید.

خلاصه کردن:

مراحل بالا مراحل واکنش اسید کربوکسیلیک و هالوژناسیون 5-کلرووالریل کلرید است. این واکنش ها روش های رایج در شیمی آلی هستند. از طریق این واکنش ها می توان مجموعه ای از ترکیبات آلی را سنتز کرد که ابزار و روش های مهمی را برای تحقیقات شیمی آلی فراهم می کند.

3. کربونیلاسیون و هالوژناسیون استون:

ابتدا باید فرآیند کربونیلاسیون استون را درک کنیم. این فرآیند برای تبدیل پیوند دوگانه کربن-کربن در وسط استون به یک گروه کربونیل استفاده می شود، بنابراین در طول کربونیلاسیون، ساختار مولکولی استون تغییر می کند. معادله واکنش این فرآیند به صورت زیر است:

CH₃COCH₃به علاوه H₂O به اضافه H^{به علاوه}→ CH₃COCH₂اوه^{2 به علاوه}

به عبارت ساده، هنگامی که استون در معرض شرایط اسیدی قرار می گیرد، یک یون هیدروکسیل را از دست می دهد و یک یون هیدروژن جایگزین آن می کند. در نتیجه درجه کربونیل شدن استون افزایش می یابد.

اکنون می‌توانیم واکنش 5-کلرووالریل کلرید و استون را بررسی کنیم. این فرآیند را می توان به دو مرحله تقسیم کرد: مرحله اول کربونیلاسیون استون و مرحله دوم هالوژناسیون 5-کلرووالریل کلرید است. در زیر شرحی از مراحل دقیق ارائه شده است.

مرحله اول: کربونیلاسیون استون:

ما این مرحله را در شرایط اسیدی انجام می دهیم و یک الکل به عنوان کاتالیزور اضافه می کنیم. هر محلول اسید رقیق مانند اسید سولفوریک یا هیدروکلریک اسید را می توان استفاده کرد. به صورت زیر عمل کنید:

1. استون، اسید کلریدریک و متانول را مخلوط کنید. نسبت 1:1:1 به طور کلی استفاده می شود، اما می تواند در صورت نیاز مقیاس شود.

2. مخلوط را تا دمای واکنش (به طور کلی حدود 80-100 درجه) گرم کنید و مقداری کاتالیزور اسید سولفوریک به مخلوط اضافه کنید تا سرعت واکنش تسریع شود.

3. پس از انجام واکنش برای مدت معینی، مخلوط را با آب رقیق می کنیم تا محصول واکنش خالص شود.

4. از قیف جداکننده برای جداسازی آب و ترکیبات آلی استفاده کنید.

از طریق این مرحله، می‌توانیم پیوند C{0}}C در استون را به یک گروه کربونیل تبدیل کنیم و در نتیجه CH تولید کنیم.₃COCH₂اوه^{2 به علاوه}، ترکیب هموکربونیل استون. این برای پاسخ های بعدی بسیار مهم است.

مرحله دوم: هالوژناسیون 5-کلرووالریل کلرید:

این مرحله وارد کردن 5-کلرووالریل کلرید به سیستم واکنش و واکنش با ترکیب کربونیل بالا استون است. به صورت زیر عمل کنید:

1. ترکیب پر کربونیل استون و 5-کلرووالریل کلرید را مخلوط کنید. معمولاً 4.5 مول استون و 1 مول 5-کلرووالریل کلرید برای مخلوط کردن استفاده می شود، اما نسبت خاص را می توان در صورت نیاز تنظیم کرد.

2. کاتالیزور کربنات سدیم را اضافه کرده و واکنش دهنده ها را مخلوط کنید.

3. سپس مخلوط تا دمای واکنش (معمولاً حدود 80-110 درجه) گرم می شود.

4. در طی واکنش، واکنش دهنده ها از طریق یک واکنش کاتالیز شده با اسید هالوژنه می شوند و محصول نهایی در این زمان تشکیل می شود: 5-کلرو-3-اکسوپنتانوئیل کلرید.

5. در نهایت ترکیب به دست آمده را با آب رقیق کرده و با جداسازی آب را از ترکیب آلی جدا می کنیم.

5-کلرو-3-اکسوپنتانوئیل کلرید یک ترکیب واسطه ای است که می تواند برای سنتز سایر ترکیبات آلی استفاده شود. معادله واکنش کل فرآیند واکنش به شرح زیر است:

CH₃COCH₂اوه^{2 به علاوه}به علاوه C₅H₉ClO به علاوه Na₂CO₃ → C₇H₁₀ClO₂به علاوه CO₂به علاوه H₂O به اضافه NaCl

این معادله واکنش کل فرآیند کربونیلاسیون استون و هالوژناسیون 5-کلرووالریل کلرید برای به دست آوردن محصول نهایی را پوشش می دهد.

4. هالوژناسیون 5-کلروپنتانول:

5-کلروپنتانول با تیونیل کلرید به 5-کلروپنتن تبدیل شد. سپس این ماده را می توان با واکنش با تری کلرید اسید فسفر و سپس افزودن دی کلرومتان و دی اتیل تترا استات به 5-کلرووالرالیل کلرید تبدیل کرد تا هالواسید اسید کلرووالریک تولید شود. ابتدا باید ملزومات آزمایشگاهی از جمله:

1. راکتور یا فلاسک ته گرد (100 میلی لیتر).

2. هیدروکلراید سدیم (NaCl) و اسید کلریدریک (HCl).

3. 5-کلروپنتانول و کلرید آهن بدون آب (FeCl₃);

4. اکسید آلومینیوم (Al₂O₃و تتراکلرید کربن (CCl₄);

5. حلال های اتر، حمام آب و حمام یخ.

در مرحله بعد، مرحله هالوژناسیون 5-کلروپنتانول را شروع می کنیم:

مرحله 1: 5-کلروپنتانول (1.0 میلی لیتر، 10 میلی مول) را به یک فلاسک ته گرد خشک اضافه کنید.

مرحله 2: اسید کلریدریک (2 میلی لیتر، نسبت مولی 1:1) را به یک فلاسک ته گرد اضافه کنید، آن را به مدت 15 دقیقه در دمای اتاق گرم کنید.

مرحله 3: محلول 30 درصد NaCl (2 میلی لیتر) را به واکنش دهنده اضافه کنید، آن را در یک حمام آب قرار دهید تا گرم شود.

مرحله 4: پس از حرارت دادن کامل و هم زدن، از یک قیف جداکننده برای جدا کردن لایه آبی و لایه آلی استفاده کنید و لایه آلی را در یک فلاسک ته گرد تمیز جمع کنید.

مرحله 5: کلرید آهن بدون آب (5 گرم) و آلومینا (5 گرم) را به یک فلاسک ته گرد اضافه کنید و به مدت 30 دقیقه در دمای اتاق هم بزنید.

مرحله 6: تتراکلرید کربن (10 میلی لیتر) را برای استخراج اضافه کنید، یک قیف جداکننده را روی درب چوبی قرار دهید، لایه آلی و لایه آبی را جدا کنید و لایه آلی را در یک فلاسک ته گرد تمیز جمع کنید.

مرحله 7: استفاده از محلول اسید هیدروکلریک غلیظ برای اسیدی کردن لایه آلی.

مرحله 8: حل کردن مواد آلی در یک حلال اتر، فیلتر کردن و خشک کردن.

مرحله 9: از یک اواپراتور چرخشی برای حذف حلال برای به دست آوردن 5-کلرووالریل کلرید، یک محصول هالوژنه از 5-کلروپنتانول استفاده کنید.

به طور کلی، این واکنش نسبتاً پایدار و ایمن است و محصول مورد انتظار را می توان در آزمایش به دست آورد. هنگام انجام واکنش های هالوژناسیون، باید مراقبت های ویژه ای انجام شود تا از تماس چشمی و پوستی با هالیدها جلوگیری شود و تهویه مناسب باید انجام شود. در صورت بروز هرگونه واکنش شیمیایی غیرعادی در واکنش، فوراً واکنش را متوقف کرده و اقدامات ایمنی مناسب را انجام دهید.

5. واکنش هالوژناسیون اسید بروموبوتیریک:

واکنش هالوژناسیون 5-کلرووالریل کلرید و اسید بروموبوتیریک یک واکنش سنتز آلی متداول است و گروه‌های عاملی فعال در ساختار شیمیایی خود می‌توانند برای واکنش‌های جایگزینی برای به دست آوردن ترکیبات آلی جدید استفاده شوند.

مراحل واکنش به شرح زیر است:

(1.) آماده سازی واکنش دهنده ها: ابتدا باید واکنش دهنده های 5-کلرووالریل کلرید و اسید بروموبوتیریک آماده شوند. 5-کلرووالریل کلرید را می توان با کلرزنی 5-کلرووالریک اسید و تیونیل کلراید تهیه کرد. بروموبوتیریک اسید را می توان با واکنش جایگزینی بوتانول و برم تهیه کرد.

(2.) تهیه محلول واکنش: 5-کلرووالریل کلرید و اسید بروموبوتیریک تهیه شده را به ترتیب در یک حلال آلی خشک، مانند دی کلرومتان یا بنزن، حل کنید.

(3.) افزودن کاتالیزور: مقدار مناسبی کاتالیزور را اضافه کنید، به طور کلی از هیدروکسید سدیم یا کلرید آهن و غیره استفاده کنید.

(4.) فرآیند واکنش: به آرامی دو مایع واکنش را به صورت قطره ای به راکتور اضافه کنید و واکنش را گرم کنید. زمان واکنش چندین ساعت است و دمای واکنش به طور کلی زیر نقطه جوش واکنش دهنده کنترل می شود.

(5.) درمان در پایان واکنش: پس از واکنش، ماده واکنش را با آب سرد یا محلول اسید هیدروکلریک درمان کنید تا باقیمانده واکنش و کاتالیزور حذف شود. محصول هالوژنه حاصل با استخراج و جداسازی جدا شده، تغلیظ و فیلتر شد تا محصول خالص به دست آید.

مکانیسم واکنش به شرح زیر است: ابتدا کاتالیزور گروه کربوکسیل اسید بروموبوتیریک را اسیدی می کند و در نتیجه جایگزینی آن را آسان تر می کند. ثانیاً، گروه کلروآلکیل در 5-کلرووالریل کلرید تحت یک واکنش جایگزینی با گروه کربوکسیل در اسید بروموبوتیریک قرار می‌گیرد تا محصول هالوژنه تولید شود. در نهایت، محلول برای به دست آوردن محصول هالوژنه خالص فیلتر شد.

روش های فوق چندین روش مصنوعی اصلی هستند که همگی می توانند 5-کلرووالریل کلرید را بدست آورند. انتخاب روش مصنوعی همچنین به در دسترس بودن واکنش دهنده ها، هزینه و تجهیزات و مواد شیمیایی موجود در آزمایشگاه بستگی دارد.