Размещено на http://www.allbest.ru/

Ароматические имины и их комплексы с переходными металлами

Автор: Скиба Катя

Руководитель: к.х.н., профессор Ройтерштейн Д.М.

Москва 2013

Оглавление

• Введение
• 1. Обзор литературы
• 1.1 Карбонильные соединения
• 1.2 Альдегиды и кетоны
• 1.3 Способы получения
• 1.4 Химические свойства
• 1.5 Реакции нуклеофильного присоединения с альдегидами и кетонами
• 1.6 Механизм нуклеофильного присоединения
• Вывод к первой главе
• 2. Экспериментальная часть
• 2.1 Получение иминов
• 2.2 Получение комплексов
• 2.3 Обсуждение результатов
• Вывод
• Список литературы

Введение

Целью исследования является получение ароматических иминов на основе о-аминофенолов и о-анизидинов, а также их комплексов с переходными металлами. Перед тем как начать экспериментальную деятельность мною были поставлено несколько задач:

1) Ознакомиться с литературой по теме нуклеофильное соединение о двойной связи CO, а также освоение новых приемов в химической лаборатории.

2) Получение иминов реакцией нуклеофильного присоединения ароматических аминов и карбонильных соединений.

3) Охарактеризовать полученные имины (т.е. подтвердить их индивидуальность и т.д.).

4) Получить комплексы соединений с металлами и установить их строение.

Работа основана на данных литературных источников, а также их анализе. Как основные научные источники мною были выбраны несколько книг:

1) Грандберг К.И., Мелешонкова Н.Н., Миняев М.Е., Ройтерштейн Д.М. Программа и основное содержание лабораторного практикума по курсу "Органический синтез". Для студентов Химико-биологического факультета МГПУ.

2) Реутов О.А., Курц А.Л., Бутин К.П. Органическая Химия. Учебник для студентов химических специальностей и аспирантов

1. Обзор литературы

1.1 Карбонильные соединения

Карбонильные соединения - это такие соединения, которые содержат карбонильную группу С=О. К ним относятся, например, карбонаты. Однако под карбонильными соединениями понимают не только альдегиды и кетоны, но и карбоновые кислоты и их производные.

Из-за наличия частичного положительного заряда на атоме углерода карбонильной группы, который образуется в связи с большой электроотрицательностью атома кислорода, соединения могут присоединять различные нуклеофилы (например, амины (R¹(R²)NR³, где R¹, R² R³ - органический радикал или атом водорода)). Также эти соединения вступают в реакции электрофильного замещения в ароматическом кольце. В результате реакции с нуклеофильными частицами отщепляется вода, и образуются производные карбонильных соединений

Альдегиды и простейшие кетоны реагируют с концентрированным водным раствором бисульфита натрия. В результате таких реакций образуются бисульфитные производные, выпадающие в осадок, из-за их нерастворимости в воде.

Реакции карбонильных соединений с азотсодержащими нуклеофилами (NH₂X) идут по механизму присоединение-элиминирование. Первоначально N-нуклеофил атакует карбонильный центр с разрывом связи С=О, при этом атом азота приобретает положительный заряд, а атом кислорода - отрицательный. Перемещение протона в промежуточном бетаине (триметильное производное глицина, (CH₃)₃NCH₂COO) приводит к неустойчивым сиаминопроизводным. Вследствие чего элиминирует молекула воды.

Также карбонильные соединения могут взаимодействовать с аммиаком. При таком взаимодействии образуется альдегидаммиак (неустойчивое кристаллическое соединение, теряющее воду), а образующийся при этом имин тримеризуется.

При взаимодействии альдегидов и кетонов с гидразином, общая формула которого - X=NH₂, реакция идет по обеим аминогруппам с образованием азинов. А при большом избытке гидразина в таких реакциях получаются гидразоны (R¹R²C=NNR³R⁴, где R², R³ R⁴ - органический радикал или атом водорода).

В результате конденсации альдегидов и кетонов с гидроксиламином (X=OH) образуются оксимы. Наличие двойной связи в таких соединениях предполагают существование изомеров, которые носят название син- и анти-изомеры.

При взаимодействии карбонильных соединений с вторичными аминами образуется новый класс, называющийся емины. Образование еминов происходит по механизму присоединения-элиминирования.

Реакции карбонильных соединений со слабыми нуклеофилами требуют обязательной активации карбонильной группы, которая происходит за счет ее протонирования.

Спирты не присоединяются к альдегидам в нейтральной среде, но при наличии спирта или при кислотном катализе образуется полуацеталь. А при этих же условиях в полуацетале происходит замещение гидроксильной группы на алкоксильную с образованием полного ацеталя.

1.2 Альдегиды и кетоны

ароматический имин металл карбонильный

Альдегиды и кетоны относятся к карбонильным органическим соединениям. Такие соединения содержат карбонильную группу С=О (карбонил или оксогруппа).

Альдегиды - органические соединения, в молекулах которых атом углерода карбонильной группы (карбонильный углерод) связан с атомом водорода.

Общая формула альдегидов: R-CН=O.

Кетоны - органические вещества, молекулы которых содержат карбонильную группу, соединенную с двумя углеводородными радикалами.

Общие формулы кетонов: R₂C=O, R-CO-R'

В зависимости от строения углеводородных радикалов альдегиды и кетоны бывают алифатическими (ациклические, т.е. не имеющие цикла), и ароматическими.

Изомерия альдегидов связана только со строением радикалов.

Для альдегидов часто используют тривиальные названия, соответствующие названиям кислот, в которые альдегиды переходят при окислении. По систематической номенклатуре названия альдегидов образуют, прибавляя окончание -аль к начальному названию углеводорода с самой длинной углеродной цепью, включающей карбонильную группу, от нее и начинают нумерацию цепи. Названия ароматических альдегидов производят от первичной структуры ряда - бензальдегида С ₆Н ₅ --СН=О.

Изомерия кетонов связана со строением радикалов и с положением карбонильной группы в углеродной цепи.

Кетоны часто называют по наименованию радикалов, связанных с карбонильной группой, или по систематической номенклатуре: к названию предельного углеводорода добавляют суффикс -он и указывают номер атома углерода, связанного с карбонильным кислородом. Нумерацию начинают с ближайшего к группе кетона конца цепи.

Строение карбонильной группы C=O.

Свойства альдегидов и кетонов определяются строением карбонильной группы C=O.

Атомы углерода и кислорода в карбонильной группе находятся в состоянии sp²-гибридизации. Углерод своими sp²-гибридными орбиталями образует 3 s-связи (одна из них - связь С-О), которые располагаются в одной плоскости под углом около 120° друг к другу. Одна из трех sp²-орбиталей кислорода участвует в s-связи С-О, две другие содержат неподеленнные электронные пары. p-Связь образована р-электронами атомов углерода и кислорода.

Связь С=О полярна. Электроны кратной связи С=О, в особенности более подвижные p-электроны, смещены к электроотрицательному атому кислорода, что приводит к появлению на нем частичного отрицательного заряда. Карбонильный углерод

Поэтому углерод подвергается атаке нуклеофильными реагентами, а кислород - электрофильными, в том числе Н⁺.

В молекулах альдегидов и кетонов отсутствуют атомы водорода, способные к образованию водородных связей. Поэтому их температуры кипения ниже, чем у соответствующих спиртов. Метаналь (формальдегид) - газ, альдегиды С₂-C₅ и кетоны С₃-С₄ - жидкости, высшие - твердые вещества. С увеличением углеводородного радикала растворимость в воде падает, а полностью растворим только метаналь.

1.3 Способы получения

Исходными соединениями для получения альдегидов и кетонов могут быть углеводороды, галогенопроизводные, спирты или кислоты.

1. Гидратация алкинов (По Кучерову)

Взаимодействие алкинов с водой происходит в присутствии солей Нg²⁺ и дает ацетальдегид СН ₃СНО в случае ацетилена и различные кетоны в случае гомологов ацетилена.

2. Окисление спиртов

При окислении первичных спиртов образуются альдегиды, вторичных - кетоны.

3. Каталитическое окисление алкенов

Этой один из важнейших промышленных способов получения формальдегида.

4. Декарбоксилированием солей карбоновых кислот и самих кислот

"Сухая перегонка" кальциевых солей карбоновых кислот является общим методом получения любых кетонов. Соли одноосновных кислот дают кетоны с открытой цепью.

Если один из компонентов является солью муравьиной кислоты, то получится альдегид.

5. Гидроформилирование алкенов.

Альдегиды получают присоединением к олифинам смеси монооксида углерода и водорода. Реакцию проводят в присутствии [Co(CO)₄]₂ (дикобальтоктакарбонил) при 140 градусах и 20 МПа.

6. Гидролиз дигалогенпроизводных, содержащих оба атома галогена при одном атоме углерода, в присутствии кислот или оснований. Если оба атома галогена находятся при первичном атому углерода, то образуется альдегид, если про вторичном - кетоны.

7. Восстановление хлорангидридов карбоновых кислот.

Реакция происходит при платиновом катализаторе, частично отравленного серой, что не допускает дальнейшего восстановления альдегида.

8. Реакция ацилирования (синтез ароматических кетонов по Фриделю-Крафтсу). Этот синтез из ароматических углеводородов и хлорангидридов кислот происходит в присутствии хлорида алюминия в качестве катализатора.

1.4 Химические свойства

Химические свойства альдегидов и кетонов обусловлены присутствием в их молекуле карбонильной группы, в которой двойная связь сильно поляризована из-за большой электроотрицательности кислорода (С==О).

В результате на карбонильном атоме углерода возникает заметный положительный заряд. Поэтому для альдегидов и кетонов характерны реакции присоединения по двойной связи С=О. Большинство из них протекает как нуклеофильное присоединение.

1.5 Реакции нуклеофильного присоединения с альдегидами и кетонами

Реакции нуклеофильного присоединения - это реакции присоединения, в которых атаку на начальной стадии осуществляет нуклеофил - частица, заряженная отрицательно или имеющая свободную электронную пару. На конечной стадии образующийся карбанион подвергается электрофильной атаке. Реакции присоединения различают по связи углерод-углерод и углерод-гетероатом. Наиболее эффективно в реакции нуклеофильного присоединения будут вступать вещества с наибольшим положительным зарядом на карбонильном атоме углерода. Алкильные заместители в кетонах менее заметно перемещают электронную плотность на карбонильный атом углерода, чем протоны в альдегидах. Поэтому кетоны активнее альдегидов.

Альдегиды и кетоны реагируют с первичными аминами с образованием иминов (оснований Шиффа, азометинов).

Реакция протекает как нуклеофильное присоединение первичного амина по карбонильной группе с последующим элиминированием воды (кислотный катализ) через образование промежуточного иминиум-карбениевого иона. В данной методике взаимодействием метиламина с бензальдегидом получают бензилиденметиламин (R=C₆H₅, R`=H, R``=CH₃). Продуктами реакции являются функциональные производные карбонильных.

1.6 Механизм нуклеофильного присоединения

Реакции нуклеофильного присоединения начинаются с взаимодействия положительного заряда атома углерода карбонильной группы со свободной электронной парой нуклеофильного реагента, после чего к образовавшемуся аниону присоединяется протон.

Активность карбонильных соединений и скорость протекания реакций зависят от положительного заряда на атоме углерода карбонильной группы. (Чем больше заряд, тем выше скорость присоединения нуклеофила). Поэтому альдегиды более активны, чем кетоны.

Когда электроноакцепторные заместители оттягивают электронную плотность, они увеличиваю положительный заряд этого атома углерода. Вследствие скорость протекания реакции увеличивается.

Электроноотталкивающие заместители, замедляют скорость реакции, потому что они увеличивают электронную плотность на карбонильном атоме, тем самым снижая его собственный заряд.

На реакционную способность карбонильной группы также влияет размер заместителя. Так как при большом объеме радикалов затрудняется доступ реагента к атому карбонильной группы.

Для проведения большинства таких реакций с альдегидами и кетонами требуется кислая среда. Это происходит из-за присоединения протона, которое приводит к возрастанию положительного заряда на карбонильном атоме углерода.

Кроме реакции присоединения по карбонильной группе, для альдегидов характерны также реакции с участием атомов водорода, соседних с карбонильной группой. Их реакционная способность связана с электроноакцепторным влиянием карбонильной группы, которое проявляется в повышенной полярности связи С--Н. Это приводит к тому, что альдегиды, в отличие от кетонов, легко окисляются. Их взаимодействие с аммиачным раствором оксида серебра является качественной реакцией на альдегиды.

1. Присоединение водорода с образованием спиртов

Из алдегидов получаются первичные спирты, а из кетонов - вторичный.

2. Реакция с циановодорооной (синильной) кислотой.

Эта реакция занимает важное место в органической химии, потому что в результате реакции можно удлинить углеродную цепь, а продукты реакции (гидроксинитрилы) служат исходными соединениями для синтеза гидроксикарбоновых кислот:

3. Взаимодействие со спиртами.

Альдегиды могут взаимодействовать с одной или двумя молекулами спирта, образуя соответственно полуацетали и ацетали.

Полуацеталями называются соединения, содержащие при одном атоме углерода гидроксильную и алкоксильную группы.

Ацетали - это соединения, содержащие при одном атоме углерода две алкоксильные группы:



Реакцию получения ацеталей широко используют в органических синтезах для "защиты" активной альдегидной группы от нежелательных реакций:

Особенно важное значение подобные реакции имеют в химии углеводов.

4. Присоединение гидросульфитов служит для выделения альдегидов из смесей с другими веществами и для получения их в чистом виде, поскольку полученное сульфопроизводное очень легко гидролизуется:

5. Присоединение реактива Гриньяра.

В органическом синтезе чрезвычайно часто используется реактив Гриньяра - одно из простейших металлоорганических соединений.

При добавлении раствора галогеналкана в диэтиловом эфире к магниевой стружке легко происходит экзотермическая реакция, магний переходит в раствор и образуется реактив Гриньяра:



где R - алкильный или арильный радикал, Х - галоген.

а) Взаимодействием реактива Гриньяра с формальдегидом можно получить практически любой первичный спирт (кроме метанола). Для этого продукт присоединения реактива Гриньяра гидролизуют водой:

б) При использовании любых других алифатических альдегидов могут быть получены вторичные спирты:

в) Взаимодействием реактивов Гриньяра с кетонами получают третичные спирты:

6. Реакции окисления

Альдегиды и кетоны по-разному относятся к действию окислителей. Альдегиды легко (значительно легче, чем спирты) окисляются в соответствующие карбоновые кислоты. Для их окисления можно использовать такие мягкие окислители, как оксид серебра и гидроксид меди (II).

Кетоны к действию окислителей инертны, в частности они не окисляются кислородом воздуха. Кетоны реагируют только с очень сильными окислителями, способными разорвать углерод-углеродные связи в их молекуле.

а) Одной из качественных реакций для обнаружения альдегидной группы является реакция "серебряного зеркала" - окисление альдегидов аммиачным раствором оксида серебра.

В растворе аммиака оксид серебра образует комплексное соединение, при действии которого на альдегид происходит окислительно-восстановительная реакция. Альдегид окисляется в соответствующую кислоту (точнее, в ее аммонийную соль), а комплексный катион восстанавливается до металлического серебра, которое дает блестящий налет на стенках пробирки - "серебряное зеркало":

б) Другая качественная реакция на альдегиды заключается в окислении их гидроксидом меди (II). При окислении альдегида светло-голубой гидроксид меди (II) превращается в желтый гидроксид меди (I) при комнатной температуре. Если подогреть раствор, то гидроксид меди (I) превращается в оксид меди (I) красного цвета, который плохо растворим в воде и выпадает в осадок:

7. Реакции замещения кислорода карбонильной группы

Для альдегидов и кетонов характерны реакции с веществами, содержащими в молекуле группу NH₂ . В результате таких реакций выделяется вода и образуются производные, содержащие группу C = N - X (где X=OH, NH₂ и др.)

а) Действие аммиака.

Эта реакция является характерной для альдегидов.

Для альдегидов такая реакция протекает без затруднений, но для кетонов замещение аммиаком протекает сложно.

б) Реакция с гидроксиламином.

При действии на альдегиды и кетоны гидроксиламином образуются оксимы альдегидов и кетонов.

Оксимы кетонов способны к реакции, происходящей с изменением химического строения (перегруппировке). Реакция происходит только в кислой среде.

в) Реакция с гидрозином

Такая реакция приводит к образованию гидразонов.

г) Реакция с фенилгидразином.

Такие реакции приводят к образованию фенилгидразонов.

8. Реакция полимеризации

При полимеризации альдегидов происходит разрыв двойной связи карбонильной группы, и атом кислорода одной молекулы соединяется с атомом углерода другой карбонильной группы. В результате могут образоваться линейные и циклические углероды.

9. Реакции конденсации

Реакция конденсации - реакция образования больших молекул из молекул с меньшей молекулярной массой, протекающая с отщеплением (или перемещением) атомов или атомных групп.

В молекуле альдегидов и кетонов водородные атомы, стоящие у соседнего с карбонильной группой атома углерода, под влиянием карбонильной группы приобретают частичный заряд, из-за чего обретает способность отщепляться в виде протона. Реакции конденсации у альдегидов и кетонов происходят по механизму нуклеофильного присоединения.

Результатом реакции конденсации является появление новых углерод-углеродных связей.

a. Конденсация альдегидов с альдегидами.

В реакции участвует одна молекула своей карбонильной группы, а другая молекула - б-водорода. Под действием этих оснований молекула карбонильного соединения превращается в карбанинон, который является нуклеофилом. Такой анион способен отрывать протон от воды.

b. Конденсация альдегидов с кетонами.

В такой реакции кетоны выступают в качестве метильного компонента, потому что оксогруппа у кетонов менее активна, чем у альдегидов.

c. Конденсация кетонов с кетонами.

Конденсируются аналогично альдегидам и способен оторвать протон от молекулы воды.

d. Конденсация альдегидов и кетонов с углеводородами.

- Конденсация с алкенами.

При взаимодействии избытка формальдегида с алкенами в присутствии серной кислоты образуется диоксаны.

- Конденсация с ацетиленами и алкинами.

Реакция протекает в присутствии твердых щелочей или алкоголятов щелочных металлов. Продуктами таких реакций являются спирты.

- Конденсация с ароматическими углеводородами.

При конденсации альдегидов с ароматическими углеводородами образуются соединения ряда дифенил- и трифенилметанов.

10. Взаимодействие аминов с альдегидами и кетонами

При взаимодействии аминов и альдегидов (кетоны вступают в реакцию труднее) происходит дегидратации (отщепление воды), и в результате образуются основания Шиффа (имины).

Эти реакции являются нуклеофильным присоединением амина к углероду альдегидной группы с образованием нестойкого 1,1-аминоспирта с последующей его дегидратацией до имина.

Шиффовы основания (N-замещенные имины) - органические соединения общей формулы R¹R²C=NR³, в которых азот связан с арильной или алкильной группой, но не с водородом. Подкласс оснований Шиффа, синтезируемых из анилина, его производных (R³ фенил или замещённый фенил) и карбонильных соединений, то есть N-фенилимины, называются анилам.

Свойства

Шиффовы основания - нерастворимые в воде и растворимые в органических растворителях масла или кристаллические вещества. Большинство оснований Шиффа бесцветны, однако в случае участия иминогруппы в сопряженной системе могут быть окрашены (азометиновые красители).

Вывод к первой главе

При написании первой части диплома я ознакомилась с литературой по теме "Нуклеофильное присоединение по двойной связи С=О" и "Альдегиды и кетоны". Я описала карбонильную группу, и мной была написана краткая характеристика альдегидвов и кетонов (номенклатура, способы получения, физические и химические свойства). Карбонильные соединения вступают в различные реакции, что позволяет получить разные продукты на выходе.

2. Экспериментальная часть

2.1 Получение иминов

· Получение 2-((2-метоксифенил)-иминометил)фенола.

(H₃COC₆H₄N=CHC₆H₄OH)

В круглодонную колбу на 250 мл поместили 26 г (0.21 моль) салицилового альдегида, 0.2 г моногидрата п-толуолсульфокислоты, 25 мл (0.22 моль, 27.52 г.) о-анизидина и 70 мл толуола. Кипятили, при перемешивании, с обратным холодильником и водоотделителем (насадка Дина-Старка). Кипячение прекратили когда престала выделяться вода (объем воды составил 0,9 мл). Получили раствор темно-коричневого цвета. Для удаление п-толуолсульфокислоты реакционную смесь промывали насыщенным раствором NaHCO₃, затем разделили слои на делительной воронке, нижний водный слой слили. Органический слой высушили над безводным сульфатом натрия. Отогнали толуол на роторном испарителе, и остаток перекристаллизовали из изопропилового спирта (30 мл) и высушили на воздухе.

Получено: 8,1 г (71%) в виде оранжевых кристаллов, tпл.=58-60?С.

ЯМР 1H 3,9 (синглет, 3H); 6,9-7,4 (мультиплет, 8H); 8,7 (синглет, 1H); 13,8 (синглет, 1H).

· Получение 2-((2-гидроксофенил)-иминометил)анизола.

(HOC₆H₄N=CHC₆H₄OCH₃)

В круглодонную колбу на 250 мл поместили 5,45 г (0,05 моль) о-аминофенола, 0.2 г моногидрата п-толуолсульфокислоты, 6,8 г (0,05 моль) о-метоксибензальдегида и 82 мл толуола. Кипятили, при перемешивании, с обратным холодильником и водоотделителем (насадка Дина-Старка). Когда престала выделяться вода, кипячение прекратили (объем воды составил 0,9 мл). Получили раствор темно-коричневого цвета. Для удаления п-толуолсульфокислоты реакционную смесь встряхивали с разбавленным раствором NaHCO₃, затем разделили слои на делительной воронке, нижний водный слой слили. Органический слой высушили над безводным сульфатом натрия. Отогнали толуол на роторном испарителе, к нему прилили петролейный эфир и собрали выпавший твердый осадок. Вязкий остаток растворяем в 70 мл хлористого метилена. Высушили раствор с помощью Na₂SO₄. Поместили на магнитную мешалку и прилили к образовавшемуся раствору 500 мл петролейного эфира. Выпал осадок в виде темных хлопьев. Высушили кристаллы на воздухе.

Получено: 5,2 г (46%), tпл.= 148?С.

ЯМР 1H 3,9 (синглет, 3H); 6,8-8,2 (мультиплет, 8H); 9,2 (синглет, 1H).

2.2 Получение комплексов

· Получение комплекса 2-((2-метоксифенил)-иминометил)фенола с медью

0,20 г (0,0012 моль) CuCl₂*2H₂0 растворили в 5 мл этанола. 0,53 г (0,0024 моль) лиганда растворили в 2 мл этанола.

Нагревая, помешивали до полного растворения веществ. Затем смешали вещества.

Раствор комплекса с медью стал болотного цвета. Поместили раствор на 2 недели в холодильник (t= -18?С). И через 2 недели профильтровали его.

Получено: 0,41 г (59) в виде кристаллов тёмно-зелёного цвета.

Вычислено для CuCl₂C₂₈H₂₈N₂O₄ (%): С 55,25; H 4,56; N 4,56.

Найдено для CuCl₂C₂₈H₂₈N₂O₄ (%): С 55,35; H 4,48; N 4,61.

· Получение комплекса 2-((2-метоксифенил)-иминометил)фенола с неодимом

0,20 г (0,00058 моль) NdCl₃*6H₂O растворили в 3 мл этанола. Цвет раствора - светло фиолетовый. К 0,25 г (0,0011 моль) лиганда добавили 4 мл этанола. Размешали, нагрели пробирки до полного растворения веществ и смешали растворы. Раствор стал коричневого цвета. Поставили в холодильник. Поместили раствор на 2 недели в холодильник (t= -18?С). И через 2 недели отделили водный раствор от кристаллов пипеткой.

Получено: 0,20 г (50) в виде кристаллов.

По данным химического анализа единственным выделенным из реакции веществом оказался исходный лиганд.

· Получение комплекса 2-((2-гидроксофенил)-иминометил)анизола с медью.

0,2 г (0,0012 моль) CuCl₂*2H₂0 растворили в 3 мл этанола. 0,531 г (0,002 моль) лиганда растворили в 4 мл этанола при небольшом нагреве. Затем смешали. Раствор комплекса меди стал темно-коричневого цвета. Перемешивали на магнитной мешалке в течение часа. Поместили раствор на 3 недели в холодильник (t= -18?С). И через 3 недели отделили водный раствор от кристаллов пипеткой.

Получено: 0,33 г (47,82) в виде кристаллов тёмно-коричневого цвета.

Вычислено для CuCl₂C₂₈H₂₈N₂O₄ (%): С 55,25; H 4,56; N 4,56.

Найдено CuCl₂C₂₈H₂₈N₂O₄ (%): С 57,88; H 4,33; N 4,39.

· Получения комплекса 2-((2-гидроксофенил)-иминометил)анизола с неодимом.

0,2 г (0,0056 моль) NdCl₃*6H₂O растворили в 3 мл этанола. Цвет раствора - светло фиолетовый. 0,25 г (0,0011 моль) лиганда растворили в 4 мл этанола при небольшом нагреве. Размешали, нагрели пробирки до полного растворения веществ и смешали растворы. Раствор комплекса с неодимом стал темно-коричневого цвета. Перемешивали на магнитной мешалке в течение часа. Поместили раствор на 3 недели в холодильник (t= -18?С). И через 3 недели профильтровали его. Из раствора не выпал осадок комплекса.

2.3 Обсуждение результатов

Основной целью нашей работы было получение двух ароматических иминов, содержащих 2 атома кислорода и 1 атом азота. Такие атомы имеют неподеленные электронные пары. Благодаря этому полученный лиганд может координироваться с металлом одновременно тремя атомами. Следовательно, именно такие имины подходят нам для получения комплексов с переходными металлами. Также эти имины являются основаниями Шиффа. Основания Шиффа получают из ароматических аминов и карбонильных соединений по механизму нуклеофильного присоединения. Для синтеза мы использовали реакции, проходящие по механизму нуклеофильного присоединения.

Реакции нуклеофильного присоединения - это реакции присоединения, в которых атаку на начальной стадии осуществляет нуклеофил - частица, заряженная отрицательно или имеющая свободную электронную пару.

Механизм нуклеофильного присоединения

Реакции нуклеофильного присоединения начинаются с взаимодействия атома углерода карбонильной группы со свободной электронной парой нуклеофильного реагента, после чего к образовавшемуся аниону присоединяется протон.

Мы использовали ароматические амины и вещества, содержащие карбонильную группу, так как амин присоединяется к углероду карбонильной группы.

На следующей стадии синтеза происходит дегидратация вещества до имина. Поэтому для смещения реакции в сторону продуктов мы удаляем воду в процессе реакции.

Реакции получения ароматических иминов:

Строение полученных иминов было подтверждено с помощью спектров ЯМР. При анализе спектра мы наблюдали мультиплет (ряд близко расположенных друг к другу спектральных линий) протонов ароматических колец, синглет протонов метокси групп, протонов CH₃ и протонов двойной связи С=N.

По данным спектра ЯМР и сравнению температур плавления веществ с данными литературы мы установили, что строение лигандов соответствует формулам. Таким образом, подтвердили строение полученных нами соединений.

Для получения нужных нам комплексов мы использовали переходный металл (Cu (медь)) и редкоземельный (Nd (неодим)). Сами реакции проводили в этиловом спирте, т.к. он универсальный растворитель для органических и неорганических соединений.

CuCl₂·*2H₂O +2L > CuCl₂L₂·*H₂O; NdCl₃·*6H₂O +2L > NdCl₃L₂·*H₂O,

где L= H₃COC₆H₄N=CHC₆H₄OH или HOC₆H₄N=CHC₆H₄OCH₃.

Нам удалось синтезировать комплексы 2-((2-метоксифенил)-иминометил)фенола с медью и 2-((2-гидроксофенил)-иминометил)анизола с медью.

Несмотря на то, что комплексы получались в одинаковых условиях, комплексы обоих лигандов с неодимом синтезировать не получилось. Следовательно, полученные нами лиганды хороши для меди, но не подходят для редкоземельных металлов, таких как неодим.

Химический анализ комплексов установил их формулу. Она соответствует CuCl₂C₂₈H₂₈N₂O₄.

Вывод

Прочитав литературу по предложенной теме, мы изучили реакцию нуклеофильного присоединения, которая не проходится в школе. Также мы освоили основные приемы органического синтеза.

Мы достигли поставленной цели и синтезировали 2 лиганда (2-(2-гидроксифенилиминометил)-анизол и 2-(2-метоксифенил)-иминометилфенол). Затем мы получили комплексы этих лигандов с медью. Состав комплексов доказан методом химического анализа. Но нам не удалось получить комплексы с неодимом, это позволяет сделать вывод, что полученные нами имины хороши для получения комплексов с медью, но не подходят для неодима.

Список литературы

1. Грандберг К.И., Мелешонкова Н.Н., Миняев М.Е., Ройтерштейн Д.М. Программа и основное содержание лабораторного практикума по курсу "Органический синтез". Для студентов Химико-биологического факультета МГПУ, стр. 3-10.

2. Нифантьев И.Э., Ивченко П.В. Практический курс спектроскопии ядерного магнитного резонанса. Методическая разработка. - М.: 2006

3. Реутов О.А., Курц А.Л., Бутин К.П. Органическая Химия. Учебник для студентов химических специальностей и аспирантов. Ч. 3: Учебник - М.: Изд-во Бином, 2010.

4. R. V. Singh and J. P. Tandon. N-Substituted Salicylaldimines Derivatives of Germanium (IV) - Monatshefte fur Chemie 111, 1391-1397 (1980), Table 1,2, p. 1393-1394

Размещено на Allbest.ru

...