5-ฟลูออโร-2-ไนโตรอะนิลีนเป็นสารประกอบอะโรมาติกที่มีไนโตรเจนที่สำคัญ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในเภสัชกรรม สีย้อม วัสดุ และสาขาอื่นๆ วิธีการสังเคราะห์ต่างๆ ของ 5-fluoro-2-nitroaniline จะแนะนำด้านล่างนี้
1. ประการแรก การสังเคราะห์ 5-fluoro-2-nitroaniline โดยปฏิกิริยาอะโรมาติกไนเตรตจะถูกนำมาใช้ วัตถุดิบสำหรับปฏิกิริยาคือ p-fluoronitrobenzene และกรดไนตริกเข้มข้น สภาวะของปฏิกิริยาโดยทั่วไปอยู่ที่อุณหภูมิห้อง อัตราส่วนโดยมวลของสารตั้งต้นคือ 1:1.3~1.5 และเวลาในการทำปฏิกิริยามากกว่า 10 ชั่วโมง ในระหว่างการเกิดปฏิกิริยา จำเป็นต้องควบคุมอุณหภูมิและเพิ่มสารเจือจางเพื่อส่งเสริมปฏิกิริยา ผลิตภัณฑ์ที่สังเคราะห์ขึ้นคือโคลนสีน้ำตาลแดง ซึ่งสามารถตกผลึกและล้างเพื่อให้ได้ 5-ฟลูออโร-2-ไนโตรอะนิลีน หลักการคือภายใต้การกระทำของไอออนไนโตรเจนอิเล็กโทรฟิลิกที่แรง (ไนโตรเนียมไอออน, NO2 บวก) อะตอมของไฮโดรเจนบนวงแหวนอะโรมาติกของสารประกอบอะโรมาติกจะถูกแทนที่ด้วยหมู่ไนโตร (หมู่ไนโตร, -NO2) จึงเกิดเป็นสารประกอบไนโตร ขั้นตอนเฉพาะมีดังนี้:
ขั้นตอนที่ 1: การเตรียมกรดผสมไนเตรต
ก่อนเตรียม 5-ฟลูออโร-2-ไนโตรอะนิลีน จำเป็นต้องเตรียมกรดผสมไนเตรต กรดไนเตรตผสม นั่นคือส่วนผสมของกรดไนตริกและกรดซัลฟิวริกเข้มข้น เป็นสารไนเตรตที่ใช้กันทั่วไปในการเตรียมสารประกอบไนโตร ขั้นตอนการเตรียมคอนกรีตมีดังนี้
(1.) ภายใต้สภาวะการทำความเย็นบางอย่าง ให้ค่อยๆ หยดกรดซัลฟิวริกเข้มข้นลงในกรดไนตริกเข้มข้นที่เย็นลง
(2.) กรดไนเตรตผสมที่เตรียมไว้ควรถูกทำให้เย็นสนิทและเก็บไว้ในอุปกรณ์กลั่นด้วยตัวทำละลายอินทรีย์แบบปิด
ขั้นตอนที่ 2: การสังเคราะห์ 5-ฟลูออโร-2-ไนโตรอะนิลีน
หลังจากเตรียมกรดผสมไนเตรตแล้ว การสังเคราะห์ 5-ฟลูออโร-2-ไนโตรอะนิลีนสามารถดำเนินการได้ ขั้นตอนเฉพาะมีดังนี้:
(1.) ละลาย 5-fluoro-2-aminophenylacetic acid ในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ สกัดด้วยอีเทอร์และทำให้แห้ง ได้รับผลิตภัณฑ์: 5-ฟลูออโร-2-กรดไนโตรฟีนิลอะซิติก
(2.) ละลาย 5-fluoro-2-nitrophenylacetic acid ในกรดผสมไนเตรต และเติมกรดซัลฟิวริกเข้มข้นส่วนเกิน อัตราส่วนโมลาร์ตามทฤษฎีของสารตั้งต้นคือ 1:2:3
(3.) ขณะเติมสารตั้งต้นต้องรักษาอุณหภูมิของส่วนผสมในการทำปฏิกิริยาไม่เกิน 5 องศา หลังจากทำปฏิกิริยาเป็นเวลา 1-2 ชั่วโมง ให้กรองและล้างตะกอนด้วยน้ำเย็น และสุดท้ายสกัดด้วยอีเทอร์เพื่อให้ได้ 5-ฟลูออโร-2-ไนโตรอะนิลีน
สรุป:
ด้วยขั้นตอนข้างต้น ทำให้สามารถสังเคราะห์ 5-ฟลูออโร-2-ไนโตรอะนิลีนได้สำเร็จ ควรสังเกตว่าปฏิกิริยาอะโรมาติกไนเตรตนั้นอันตรายมาก และผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องมีทักษะการทดลองทางเคมีและประสบการณ์ในการปฏิบัติงานที่สูงมาก เมื่อทำปฏิกิริยานี้ ควรปฏิบัติตามขั้นตอนการปฏิบัติงานด้านความปลอดภัยของห้องปฏิบัติการอย่างเคร่งครัด และควรคำนึงถึงความปลอดภัยเป็นอันดับแรก
2. วิธีที่สองคือผ่านปฏิกิริยาไนตริฟิเคชันที่เร่งปฏิกิริยาด้วยฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์ การดำเนินการเฉพาะคือการละลาย2-อะมิโน-5-ฟลูออโรฟีนอลในอะซิโตน แล้วเติมฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์ในปริมาณเล็กน้อย เติมกรดไนตริกเข้าไปในระบบปฏิกิริยาในรูปแบบการไทเทรต และรักษาอุณหภูมิของระบบปฏิกิริยาให้ต่ำกว่า 0 องศาในระหว่างการเกิดปฏิกิริยา หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้น ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาจะถูกล้างด้วยน้ำ ละลายด้วยกรดเจือจางและทำให้บริสุทธิ์โดยการตกผลึกเพื่อให้ได้ 5-ฟลูออโร-2-ไนโตรอะนิลีน ขั้นตอนเฉพาะมีดังนี้:
1. เตรียมสารตั้งต้น: ผสมสารประกอบอินทรีย์ที่มีหมู่อะมิโนกับกรดไนตริก และเติมตัวเร่งปฏิกิริยาฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์
2. ตัวเร่งปฏิกิริยาทำงาน: ตัวเร่งปฏิกิริยาฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์มีบทบาทในการเร่งปฏิกิริยาและเร่งอัตราการเกิดปฏิกิริยา
3. ปฏิกิริยาการคายน้ำ: ภายใต้การเร่งปฏิกิริยาของฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์ ไฮโดรเจนไอออน (Hบวก) ในโมเลกุลของกรดไนตริกจะเกิดปฏิกิริยาการคายน้ำเพื่อสร้างไนโตรโซไอออน (NO2-) และโมเลกุลของน้ำ (H2O).
4. ปฏิกิริยาออกซิเดชัน: ไนโตรโซไอออนทำปฏิกิริยากับตัวเร่งปฏิกิริยาฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์เพื่อผลิตออกซิเจนและไนเตรตไอออน (NO2 บวก).
5. ปฏิกิริยาการเติม: ไนโตรไอออนโจมตีกลุ่มอะมิโนในโมเลกุลอินทรีย์เพื่อสร้างสารประกอบไนโตรโซ
6. ออกซิเดชันเพิ่มเติม: สารประกอบไนโตรโซจะถูกออกซิไดซ์เพิ่มเติมโดยตัวเร่งปฏิกิริยาฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์และเปลี่ยนเป็นสารประกอบไนโตร
7. การตกผลึกหรือการสกัด: ตามความต้องการ สารประกอบไนโตรที่ได้รับจะถูกแยกออกโดยการตกผลึกหรือการสกัด
โดยสรุป ผ่านปฏิกิริยาไนเตรตที่เร่งปฏิกิริยาโดยฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์ เราสามารถเปลี่ยนหมู่อะมิโนในโมเลกุลอินทรีย์ให้เป็นกลุ่มไนโตรได้ ปฏิกิริยานี้มีการใช้งานที่หลากหลายในด้านการแพทย์ อุตสาหกรรมเคมี สีย้อม และสาขาอื่นๆ
3. วิธีการสังเคราะห์ที่สามคือการได้ผลิตภัณฑ์เป้าหมายจากสารประกอบอะมิโนผ่านปฏิกิริยาอะมิเนชันของการสร้างพันธะ CN ปฏิกิริยาแรกได้รับเอทิล 2-อะมิโน-5-ฟลูออโรเบนโซเอต จากนั้นจึงทำปฏิกิริยาแอมโมโนไลซิสผ่านการกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาที่นิยมใช้ ได้แก่ เกลือเหล็ก เกลือทองแดง เป็นต้น เติมสารที่เป็นด่าง เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ เข้าไปในระบบปฏิกิริยา ให้ความร้อนแก่ปฏิกิริยา และภายใต้การกระทำที่ผิดปกติของเกลือโซเดียม ปฏิกิริยาจะสร้าง 5-ฟลูออโร{{5 }}ไนโตรอะนิลีน
ขั้นตอนการทดลองมีดังนี้
(1.) ขั้นแรกให้ทำให้ไอโซโพรพิลามีนแห้งในเครื่องดูดความชื้นเพื่อให้แน่ใจว่าไอโซโพรพิลามีนที่ใช้ในการทำปฏิกิริยาไม่มีความชื้น
(2.) ผสม5-ฟลูออโร-2-กรดไนโตรเบนโซอิกและไอโซโพรพิลามีนในอัตราส่วน 1:2 แล้วเติมลงในขวดก้นกลมขนาด 500 มล.
(3.) เติมตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรด โดยทั่วไปจะใช้กรดซัลฟิวริกเข้มข้นหรือกรดฟอสฟอริกเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาของกรด ในการทดลองนี้เราจะใช้กรดซัลฟิวริกเข้มข้นเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาของกรด ค่อยๆ เติมกรดซัลฟิวริกเข้มข้น 25 มล. ลงในขวด
(4.) ใส่ขวดลงในกาต้มปฏิกิริยา และเติมไอโซโพรพิลามีนที่เพิ่งต้มให้แห้งเพื่อแนะนำหมู่อะมิโน ควรเพิ่มเครื่องกวนแบบก้นหอยหลายตัวลงในเครื่องปฏิกรณ์เพื่อให้แน่ใจว่าสารตั้งต้นที่อยู่ด้านล่างจะไม่จับตัวเป็นก้อน
(5.) เปิดเครื่องกวนและทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ 140-150 องศาเป็นเวลา 2-3 ชั่วโมง ไนโตรเจนสามารถใช้เพื่อทำให้เย็นลงและควบคุมอุณหภูมิของปฏิกิริยาระหว่างการทำปฏิกิริยา
(6.) หลังจากปฏิกิริยาสิ้นสุดลง ให้ทำให้ส่วนผสมของปฏิกิริยาเย็นลงด้วยน้ำเย็น เติมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ลงในส่วนผสม และทำให้กรดซัลฟิวริกในนั้นกลายเป็นกลาง
(7.) กรองส่วนผสมและล้างของแข็งที่กรองด้วยเอทานอลร้อน
(8.) สามารถระบุผลิตภัณฑ์ที่เตรียมได้ด้วยวิธีการวิเคราะห์ทางเคมี เช่น NMR และ IR
4. วิธีการสุดท้ายที่นำเสนอคือการสังเคราะห์ 5-fluoro-2-nitroaniline โดยปฏิกิริยารีดักชัน ละลาย 5-ฟลูออโร-2-ไนโตรฟีนอลในตัวทำละลายแอลกอฮอล์ เติมโซเดียมบอโรไฮไดรด์เป็นตัวรีดิวซ์ และให้ความร้อนแก่ปฏิกิริยาจนกระทั่งสิ้นสุดปฏิกิริยา หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้น กรดจะถูกเติมเพื่อบำบัดกรด และล้างผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาด้วยเอทานอลและน้ำเพื่อให้ได้ 5-ฟลูออโร-2-ไนโตรอะนิลีนบริสุทธิ์ ต่อไปนี้เป็นขั้นตอนเฉพาะสำหรับการสังเคราะห์ 5-fluoro-2-nitroaniline:
(1.) การสังเคราะห์ 2-fluoro-5-nitroaniline: ทำปฏิกิริยา 2-amino-5-fluoronitrobenzene และ acetic acid ต่อหน้ากรดซัลฟิวริกเพื่อให้ได้ 2-fluoro{ {6}}ไนโตรอะนิลีน
(2.) ปฏิกิริยารีดักชัน: ละลาย2-ฟลูออโร-5-ไนโตรอะนิลีนในอะซิโตน เติมโซเดียมซัลไฟต์ส่วนเกิน และทำปฏิกิริยารีดักชันภายใต้สภาวะความร้อนแบบกรดไหลย้อน หยุดการให้ความร้อนหลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้น และล้างด้วยน้ำเพื่อให้ได้ 5-ฟลูออโร-2-ไนโตรอะนิลีน
กลไกเฉพาะของปฏิกิริยารีดักชัน:
โซเดียมซัลไฟต์สร้างโซเดียมไบซัลไฟต์ในน้ำ สารนี้มีความสามารถในการลดขนาดได้ดีและสามารถแลกเปลี่ยนกับกลุ่มไนโตรในไนโตรอะนิลีนเพื่อสร้างไนโตรโซอะนิลีนที่เสถียรยิ่งขึ้น จากนั้น ภายใต้การทำงานอย่างต่อเนื่องของตัวรีดิวซ์ ปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนอะตอมเกิดขึ้นในไนโตรโซอะนิลีนเพื่อให้ได้ 5-ฟลูออโร-2-ไนโตรอะนิลีน
ในการดำเนินการทดลอง จำเป็นต้องควบคุมอุณหภูมิและเวลาปฏิกิริยาเพื่อหลีกเลี่ยงการลดลงและผลพลอยได้มากเกินไป นอกจากนี้ การใช้โซเดียมซัลไฟต์มากเกินไปสามารถเพิ่มผลผลิตของปฏิกิริยารีดักชันได้
ข้างต้นเป็นวิธีการสังเคราะห์ที่หลากหลายสำหรับ 5-ฟลูออโร-2-ไนโตรอะนิลีน แต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง และสามารถเลือกวิธีการสังเคราะห์ที่เหมาะสมได้ตามความต้องการที่แท้จริง ในหมู่พวกเขา ต้นทุนการสังเคราะห์ผ่านปฏิกิริยาไนเตรตต่ำแต่ความเสี่ยงด้านความปลอดภัยสูง ในขณะที่ต้นทุนการสังเคราะห์จากปฏิกิริยารีดักชันสูงแต่อันตรายน้อยกว่า ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเลือกอย่างระมัดระวัง