有機合成化学実験
本実験は、9月下旬から11月上旬にかけて、全14テーマを一斉に実施され
ます。下記に、テーマ及び簡単な概要を述べておきます。レポートは、テーマ1・2
以外は実験終了後に出題され、その1週間後に提出となります。
テーマ1.減圧蒸留
合成実験で時々出てくる基本操作として、減圧蒸留があります。これは、
液体の化合物を精製するときに使います。ここでは、テーマ6・9で使う
ブロモベンゼンを減圧蒸留で精製し、同時に沸点も測定します。また、
キャピラリーの引き方・毛細管の作り方について、指導があります。
テーマ2.再結晶
減圧蒸留と並んでよく出てくる操作で、結晶の化合物を精製する
ときに使います。ここでは、テーマ3で用いるベンゾインを再結晶
します。また、融点測定も行います。粗結晶と再結晶サンプルを比較して
みましょう。尚、この段階でテーマ1・2のレポートが出題されます。
テーマ3.ベンジルの合成
テーマ2で精製したベンゾインを、Jonesのクロム酸を用いて酸化し、
ベンジルを合成します。尚、この反応では副生成物として安息香酸や
ベンズアルデヒドが得られるため、分離の操作があります。最後に
エバポレーターによる濃縮により、目的物が得られます。序盤に
しては、かなり大変な実験でした。
テーマ4.ベンジル酸転位
テーマ3で合成したベンジルにKOHを作用させて加熱すると、
転位反応が起こります。これをベンジル酸転位といいます。この
状態ですとカリウム塩なので、最後に酸と反応させて目的物である
ベンジル酸が得られます。
テーマ5.環化付加反応
環化付加の代表的な反応であるDiels-Alder反応を行います。
ここでは、ジエノフィルとして無水マレイン酸、ジエンとして
フランを使います。無水反応なので、気をつけて行う必要があり
ます。有機化学第2で、この反応については学んでいると思いますが、
エンド付加体ができることは、記憶しておいてください。
テーマ6.p−ブロモニトロベンゼンの合成
テーマ1で精製したブロモベンゼンを、濃硝酸・濃硫酸の混酸と反応させて、
ニトロ化させます。今までの講義で分かる通り、ハロゲンがベンゼンに置換
されているときは、オルト・パラ体が優先的に得られます。混酸の調製に
は気をつける必要があります。
テーマ7.p−ブロモアニリンの合成
テーマ6の化合物を使います。ニトロベンゼンを金属(鉄又はスズ)と
塩酸で還元させると、ニトロ基がアミノ基に変換されます。例え、ブロム
が置換されていても、この現象は起こります。ここでは、金属として
鉄を使います。反応機構については、ハウスの本を見てください。一電子
還元の機構が掲載されています。
テーマ8.p−ブロモアセトアニリドの合成
アセチル化剤として、無水酢酸が使われることはご存知だと思います。ここでは、
テーマ7で合成したものをアセチル化します。アミノ基が変換させて、ペプチド結
合が形成されます。尚、この反応は結構早く進行します。
テーマ9.安息香酸の合成
安息香酸の合成法としては、下記の方法が挙げられます。
@ブロモベンゼンとMgを反応させてできるPhMgBrと二酸化炭素より
合成する方法(Grignard反応、無水反応)。
Aトルエンの側鎖を酸化させるもしくは、ベンジルアルコール又は
ベンズアルデヒドを酸化させる方法。
ここでは、今まで机上で数多く登場したGrignard反応を用いて行います。
二酸化炭素の発生源として、ドライアイスを用います。無水反応であるため、前の時間に
仮組みを行います。
テーマ10.酵素加水分解による光学分割
毎年、やることが若干変化します。ここでは、昨年の実験を紹介します。酵素の
1種であるアミノアシラーゼは、アミノアシル基をアミノ基に変換する加水分解
酵素です。ここでは、ラセミ体である2−クロロアセチルアミノデカン酸を用いて、
速度論的光学分割により、加水分解が早く進行する(R)−2−アミノデカン酸と
(S)−2−クロロアセチルアミノデカン酸を得ます。旋光度や融点の測定により、
化合物を同定します。
テーマ11.微生物によるベンゾニトリルの加水分解
酵素を用いずに、ベンゾニトリルを加水分解して安息香酸を得る為には、高温で
強酸もしくは強塩基を使わなければなりませんが、これは厳しい条件であり、
安全性に問題があります。そこで、中性〜弱酸性・40℃の条件で行うために
微生物を用います。この微生物は、ニトリルヒドラターゼとアミダーゼを持っており、
これによりベンゾニトリルがベンズアミドを経由して、安息香酸に変換されます。
対照実験として、強酸及び強塩基による常温での加水分解を試みます。また、テーマ
9で合成した安息香酸と融点の比較も行います。かなり大変な実験で、8時くらいまで
残されました。
テーマ12.アセトフェノンの合成
Grignard反応と同様に、無水反応の代表的な例として、Friedel-Crafts反応があり
ます。ここでは、Friedel-Craftsアシル化反応を用いて、ベンゼンよりアセトフェノ
ンを合成します。基質としては、ベンゼン・塩化アセチル・塩化アルミニウムを
用います。尚、アセトフェノンは液体なので、精製方法として減圧蒸留を
扱います。
テーマ13.アセトフェノンオキシムの合成
テーマ12で合成したアセトフェノンをオキシム化させる反応です。試薬としては、
ヒドロキシアミンと塩酸を使います。C=N結合があるので、E体とZ体ができる
可能性がありますが、E体が優先的に得られます。反応機構については、前述の
本を参照してください。
テーマ14.Beckmann転位
骨格転位の一つを扱います。アセトフェノンオキシムをキシレンに溶かし、
PPA(ポリリン酸)と反応させると、骨格転位が起こってアセトアニリド
が得られます。これをもって、有機合成実験が終了です。
お疲れさまでした。
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