5-Fluoro-2-nitroanilinajest ważnym związkiem aromatycznym zawierającym azot, który jest szeroko stosowany w farmaceutykach, barwnikach, materiałach i innych dziedzinach. Poniżej zostaną przedstawione różne metody syntezy 5-fluoro-2-nitroaniliny.
1. W pierwszej kolejności przedstawiono syntezę 5-fluoro-2-nitroaniliny w reakcji nitrowania aromatycznego. Surowcami do reakcji są p-fluoronitrobenzen i stężony kwas azotowy, warunki reakcji są na ogół w temperaturze pokojowej, stosunek masowy reagentów wynosi 1:1,3 ~ 1,5, a czas reakcji wynosi ponad 10 godzin. Podczas reakcji konieczne jest kontrolowanie temperatury i dodanie rozcieńczalnika w celu przyspieszenia reakcji. Zsyntetyzowany produkt to czerwonawo-brązowy błoto, które można skrystalizować i przemyć, aby uzyskać 5-fluoro-2-nitroanilinę. Zasada jest taka, że pod działaniem silnego elektrofilowego jonu azotu (jon nitronium, NO2 plusy), atom wodoru w pierścieniu aromatycznym związku aromatycznego jest zastąpiony przez grupę nitrową (grupa nitrowa, -NO2), tworząc w ten sposób związek nitrowy. Konkretne kroki są następujące:
Krok 1: Przygotowanie nitrowanego kwasu mieszanego
Przed przygotowaniem 5-fluoro-2-nitroaniliny należy przygotować nitrowany kwas mieszany. Azotujący kwas mieszany, czyli mieszanina kwasu azotowego i stężonego kwasu siarkowego, jest powszechnie stosowanym środkiem nitrującym w przygotowaniu nitrozwiązków. Etapy przygotowania betonu są następujące:
(1.) W pewnych warunkach chłodzenia powoli wkraplać stężony kwas siarkowy do schłodzonego stężonego kwasu azotowego;
(2.) Przygotowaną mieszaninę kwasu azotującego należy całkowicie schłodzić i przechowywać w zamkniętym urządzeniu do destylacji rozpuszczalników organicznych.
Krok 2: Synteza 5-fluoro-2-nitroaniliny
Po przygotowaniu nitrowanego kwasu mieszanego można przeprowadzić syntezę 5-fluoro-2-nitroaniliny. Konkretne kroki są następujące:
(1.) Rozpuścić kwas 5-fluoro-2-aminofenylooctowy w roztworze wodorotlenku sodu, ekstrahować eterem i wysuszyć. Otrzymano produkt: kwas 5-fluoro-2-nitrofenylooctowy.
(2.) Rozpuść kwas 5-fluoro-2-nitrofenylooctowy w mieszanym kwasie nitrującym i dodaj nadmiar stężonego kwasu siarkowego. Teoretyczny stosunek molowy reagentów wynosi 1:2:3.
(3.) Podczas dodawania reagentów utrzymywać temperaturę mieszaniny reakcyjnej nie przekraczającą 5 stopni. Po reakcji przez 1-2 godzin, odsączyć i przemyć osad wodą z lodem, a na koniec ekstrahować eterem, otrzymując 5-fluoro-2-nitroanilinę.
Podsumować:
Wykonując powyższe kroki, można z powodzeniem zsyntetyzować 5-fluoro-2-nitroanilinę. Należy zauważyć, że reakcja nitrowania aromatycznego jest bardzo niebezpieczna, a operator musi mieć bardzo wysokie umiejętności prowadzenia eksperymentów chemicznych i doświadczenie operacyjne. Podczas przeprowadzania tej reakcji należy ściśle przestrzegać procedur bezpieczeństwa obowiązujących w laboratorium, a bezpieczeństwo powinno być sprawą nadrzędną.
2. Druga metoda polega na reakcji nitryfikacji katalizowanej pięciotlenkiem fosforu. Specyficzna operacja polega na rozpuszczeniu 2-amino-5-fluorofenolu w acetonie, a następnie dodaniu niewielkiej ilości pięciotlenku fosforu. Dodaj kwas azotowy do układu reakcyjnego w postaci miareczkowej i utrzymuj temperaturę układu reakcyjnego poniżej 0 stopnia podczas reakcji. Po zakończeniu reakcji produkt reakcji przemywa się wodą, rozpuszcza w rozcieńczonym kwasie i oczyszcza przez krystalizację, otrzymując 5-fluoro-2-nitroanilinę. Konkretne kroki są następujące:
1. Przygotuj reagenty: zmieszaj związek organiczny zawierający grupy aminowe z kwasem azotowym i dodaj katalizator pięciotlenek fosforu.
2. Katalizator działa: katalizator pięciotlenku fosforu pełni rolę katalityczną i przyspiesza szybkość reakcji.
3. Reakcja odwodnienia: pod wpływem katalizy pięciotlenku fosforu jon wodoru (Hplus) w cząsteczce kwasu azotowego ulega reakcji odwodnienia w celu wytworzenia jonu nitrozowego (NO2-) i cząsteczki wody (H2O).
4. Reakcja utleniania: Jony nitrozowe reagują z katalizatorem pięciotlenkiem fosforu, tworząc tlen i jony azotanowe (NO2 plusy).
5. Reakcja addycji: Jony nitrowe atakują grupy aminowe w cząsteczkach organicznych, tworząc związki nitrozowe.
6. Dalsze utlenianie: związek nitrozowy jest dalej utleniany przez katalizator pięciotlenku fosforu i przekształcany w związek nitrozowy.
7. Krystalizacja lub ekstrakcja: W zależności od potrzeb otrzymane nitrozwiązki oddziela się metodą krystalizacji lub ekstrakcji.
Podsumowując, poprzez reakcję nitrowania katalizowaną pięciotlenkiem fosforu możemy przekształcić grupy aminowe w cząsteczkach organicznych w grupy nitrowe. Reakcja ta ma szerokie zastosowanie w medycynie, przemyśle chemicznym, barwnikach i innych dziedzinach.
3. Trzecią metodą syntezy jest otrzymanie docelowego produktu ze związku aminowego poprzez reakcję aminowania tworzenia wiązania CN. W reakcji otrzymuje się najpierw 2-amino-5-fluorobenzoesan etylu, a następnie poprzez działanie katalizatora zachodzi reakcja amonolizy. Powszechnie stosowanymi katalizatorami są sole żelaza, sole miedzi itp. Dodaj do układu reakcyjnego substancje alkaliczne, takie jak wodorotlenek sodu, podgrzej reakcję, a przy nieprawidłowym działaniu soli sodowej reakcja wytworzy 5-fluoro{{5 }}nitroanilina.
Etapy eksperymentalne są następujące:
(1.) Najpierw wysusz izopropyloaminę w eksykatorze, aby upewnić się, że izopropyloamina użyta w reakcji nie zawiera wilgoci.
(2.) Zmieszaj kwas 5-fluoro-2-nitrobenzoesowy i izopropyloaminę w stosunku 1:2 i dodaj do kolby okrągłodennej o pojemności 500 ml.
(3.) Dodać kwasowy katalizator. Na ogół jako katalizator kwasowy stosuje się stężony kwas siarkowy lub kwas fosforowy. W tym doświadczeniu użyjemy stężonego kwasu siarkowego jako katalizatora kwasowego. Powoli dodać do kolby 25 ml stężonego kwasu siarkowego.
(4.) Umieścić kolbę w kotle reakcyjnym i dodać izopropyloaminę, która została właśnie wygotowana do sucha w celu wprowadzenia grup aminowych. Do reaktora należy dodać kilka mieszadeł spiralnych, aby zapewnić, że reagenty na dnie nie opadną.
(5.) Włącz mieszadło i prowadź reakcję w temperaturze 140-150 stopni przez 2-3 godzin. Azot można stosować do chłodzenia i kontrolowania temperatury reakcji podczas reakcji.
(6.) Po zakończeniu reakcji schłodzić mieszaninę reakcyjną zimną wodą, dodać do mieszaniny roztwór wodorotlenku sodu i zneutralizować zawarty w niej kwas siarkowy.
(7.) Przesączyć mieszaninę i przemyć odsączoną substancję stałą gorącym etanolem.
(8.) Przygotowany produkt można zidentyfikować metodami analizy chemicznej, takimi jak NMR i IR.
4. Ostatnią prezentowaną metodą jest synteza 5-fluoro-2-nitroaniliny w reakcji redukcji. Rozpuść 5-fluoro-2-nitrofenol w rozpuszczalniku alkoholowym, dodaj borowodorek sodu jako środek redukujący i ogrzewaj mieszaninę reakcyjną do końca reakcji. Po zakończeniu reakcji dodaje się kwas w celu zakwaszenia, a produkt reakcji przemywa się etanolem i wodą, otrzymując czystą 5-fluoro-2-nitroanilinę. Poniżej przedstawiono poszczególne etapy syntezy 5-fluoro-2-nitroaniliny:
(1.) Synteza 2-fluoro-5-nitroaniliny: reakcja 2-amino-5-fluoronitrobenzenu i kwasu octowego w obecności kwasu siarkowego z wytworzeniem 2-fluoro{ {6}}nitroanilina.
(2.) Reakcja redukcji: Rozpuścić 2-fluoro-5-nitroanilinę w acetonie, dodać nadmiar siarczynu sodu i przeprowadzić reakcję redukcji w warunkach ogrzewania pod chłodnicą zwrotną. Przerwij ogrzewanie po zakończeniu reakcji i przemyj wodą, aby uzyskać 5-fluoro-2-nitroanilinę.
Specyficzny mechanizm reakcji redukcji:
Siarczyn sodu tworzy wodorosiarczyn sodu w wodzie. Substancja ta ma dobrą redukowalność i może wymieniać się z grupą nitrową w nitroanilinie, tworząc bardziej stabilną nitrozoanilinę. Następnie, pod ciągłym działaniem reduktora, w nitrozoanilinie zachodzi reakcja addycji atomów wodoru, w wyniku której powstaje 5-fluoro-2-nitroanilina.
W operacji eksperymentalnej konieczne jest kontrolowanie temperatury i czasu reakcji, aby uniknąć nadmiernej redukcji i produktów ubocznych. Ponadto nadmierne użycie siarczynu sodu może zwiększyć wydajność reakcji redukcji.
Powyżej przedstawiono różne metody syntezy 5-fluoro-2-nitroaniliny. Każda metoda ma swoje zalety i wady, a odpowiednią metodę syntezy można wybrać zgodnie z rzeczywistymi potrzebami. Wśród nich koszt syntezy w reakcji nitrowania jest niski, ale ryzyko bezpieczeństwa jest wysokie, podczas gdy koszt syntezy w reakcji redukcji jest wysoki, ale mniej niebezpieczny, dlatego musi być starannie dobrany.