Базы данных
База данных свойств веществ (поиск)
В литровую четырехгорлую круглодонную колбу, снабженную мешалкой с ртутным затвором, капельной воронкой, термометром и обратным холодильником, помещают 96 г (1 моль) свежеперегнанного фурфурола (примечание 1), 250 мл воды и 250 мл (3,46 моля) 40%-ного раствора формальдегида (примечание 2).
Смесь охлаждают до 5°, после чего постепенно в течение 25—30 минут, при непрерывном перемешивании, прибавляют из капельной воронки 230 г 50%-ного водного раствора едкого натра (2,87 моля), поддерживая при этом температуру реакционной смеси в пределах 15—20° (примечание 3), что достигается наружным охлаждением колбы ледяной водой и регулированием скорости прибавления щелочи.
После прибавления всего количества раствора едкого натра, продолжая перемешивание, смесь нагревают в течение пяти часов при 40—45° (температура реакционной смеси) (примечание 3) и оставляют стоять при комнатной температуре 15 — 18 часов (примечание 4), после чего экстрагируют пятью порциями эфира по 150 мл каждая. Из соединенных эфирных вытяжек, после высушивания над безводным сернокислым натрием, отгоняют растворитель и остаток перегоняют в вакууме. До 75°/15 мм перегоняется около 10 мл начальной фракции, состоящей в основном из непрореагировавшего фурфурола; затем собирают фурфуриловый спирт, кипящий при 75—76 С/15 мм. Выход 80,0—82,0 г или 81,6—83,6% теоретического количества.
Фурфуриловый спирт, С3Н6O2, мол. вес 98,05, представляет собой бесцветную жидкость со своеобразным запахом, хорошо растворимую в воде, спирте и эфире; d (22,7/4) 1,1282; n (D, 20 C) 1,4851. При стоянии на воздухе вещество принимает светло-желтую окраску.
Примечания
1. Применение технического фурфурола не отражается заметным образом на выходе фурфурилового спирта.
2. Применение эквимолекулярных количеств реагентов снижает выход фурфурилового спирта до 53—55% теоретического количества. При сокращении же указанных в тексте количеств формальдегида до 1,5 моля и едкого натра до 1,8 моля на один моль фурфурола фурфуриловый спирт получается с выходом 71—73%. Некоторое снижение выхода компенсируется, однако, тем, что при этом количественном соотношении компонентов продолжительность реакции составляет всего 3—3,5 часа (оптимальная температура 15—25°); оставление смеси на 15—18 часов, в этом случае, не изменяет выхода фурфурилового спирта.
3. При более высоких температурах выход фурфурилового спирта сокращается за счет образования полимерных продуктов.
4. При непосредственной обработке, без оставления реакционной смеси на 15—18 часов, выход фурфурилового спирта понижается до 70%.
5. Фурфуриловый спирт можно получить восстановлением фурфурола амальгамой натрия. Каталитическое восстановление фурфурола осуществляется в жидкой фазе под давлением, при температурах порядка 130—160° в присутствии медного и медно-хромового катализаторов, содержащих окиси щелочноземельных металлов. Фурфуриловый спирт был получен с выходом 85% восстановлением пирослизевой кислоты алюмогидридом лития. Дисмутация фурфурола, осуществляемая с помощью амида натрия и растворов щелочей, приводит к образованию фурфурилового спирта и пирослизевой кислоты. Выход фурфурилового спирта может быть повышен путем проведения перекрестной реакции Канниццаро со смесью фурфурола и формальдегида; приведенная выше пропись предложена А. М. Беркенгеймом и Т. Ф. Лайковой.
В 4-литровый медный сосуд (примечание 1), снабженный механической мешалкой и поставленный в баню со льдом, помещают 1 кг (862 мл; 10,2 мол.) фурфурола (примечание 2). Пускают в ход мешалку, и фурфурол охлаждают до 5—8°. По достижении указанной температуры из капельной воронки приливают 825 г 33,3%-ного раствора технического едкого натра (примечание 3) с такой скоростью, чтобы температура реакционной смеси не превышала 20°. Продолжительность прибавления зависит от того, насколько хорошо охлаждается масса; обычно на это нужно 20—25 минут. После прибавления всего раствора, едкого натра перемешивание продолжают еще один час.
Во время реакции выделяется значительное количество натриевой соли пирослизевой кислоты в виде мелких чешуйчатых кристаллов. По окончании перемешивания реакционной смеси дают нагреться до комнатной температуры, после чего прибавляют такое количество воды, которое оказывается как раз достаточным для растворения натриевой соли (около 325 мл). После этого раствор помещают в экстрактор непрерывного действия (рис. 15) и экстрагируют фурфуриловый алкоголь 1500—2000 мл эфира (примечание 4). Извлечение заканчивается через б—7 час. (примечание 5). Полученный эфирный раствор фурфурилового алкоголя подвергают перегонке до тех пор, пока температура жидкости (не паров!) не достигнет 95°. После этого остаток перегоняют в вакууме. Сперва отгоняется некоторое количество эфира и воды; затем температура быстро повышается до точки кипения фурфурилового алкоголя.
Выход фурфурилового алкоголя с т. кип. 75—77 С/15 мм составляет 310—325 г (61-63% теоретич.; примечание 6).
Водный раствор, содержащий натриевую соль пирослизевой кислоты, подкисляют по конго 40%-ной серной кислотой, на что требуется около 400 мл. По охлаждении раствора отсасывают выкристаллизовавшуюся пирослизевую кислоту. Полученная неочищенная кислота содержит значительное количество кислого сернокислого натрия и окрашена в темный цвет. Для получения более чистого продукта кислоту растворяют в 2300 мл кипящей воды, раствор кипятят с 60 г животного угля в течение 45 мин., фильтруют, охлаждают, все время перемешивая, до 16—20° (примечание 7) и выкристаллизовавшуюся пирослизевую кислоту отсасывают; получается светложелтый продукт, который при хранении несколько темнеет. Выход пирослизевой кислоты с т. пл. 121—124° составляет 360—380 г (60—63% теоретич.; примечание 8). Кислота плавится при 121—124° и, согласно результатам титрования, содержит 93—95% чистой кислоты. Полученный продукт достаточно чист для большинства целей.
Для дальнейшей очистки кислоту можно перекристаллизовать из горячей воды или растворить в щелочи и снова осадить; ее можно также перегнать в вакууме или возогнать. Каждая из этих операций связана со значительной потерей вещества или вследствие растворимости или вследствие термического разложения. Наилучший продукт получается при перегонке в вакууме. Неочищенную кислоту перегоняют из колбы Клайзена с низкоприпаянной боковой трубкой для того, чтобы избежать нагрева кислоты значительно выше точки кипения. Получается бесцветный продукт с т. кип. 141—144°/20 мм и т. пл. 125—132° (примечание 9). Выход перегнанной кислоты — около 75—85% веса сырой кислоты.
Примечания
1. Весьма удобным сосудом для этой реакции является мороженица емк. в 4 л. Медный сосуд не обязателен.
2. Для этого синтеза можно употреблять технический фурфурол уд. веса 1,15 (стр. 454) с т. кип. 140—160°, содержащий около 2% влаги.
3. Это соответствует приблизительно 28% чистого едкого натра или 5,77 мол.
4. В колбу F наливают 2/3 растворителя, применяемого для экстракции, а остаток помещают в склянку, объем которой как раз достаточен для того, чтобы вместить раствор, подлежащий экстракции, и остаток растворителя. Колбу нагревают на бане, причем пары проходят через Е в холодильник, откуда жидкость через В стекает на дно склянки, содержимое которой перемешивают во время экстракции механической мешалкой для облегчения эффективного соприкосновения жидкостей. С изображает мешалку и ртутный затвор. Для опорожнения и наполнения склянки (без разнимания прибора) служит трубка А с винтовым зажимом. Единственная предосторожность, на которую необходимо обратить внимание: иногда раствор в колбе становится настолько концентрированным и, следовательно, горячим, что эфир не может течь обратно через D, ввиду быстрого его испарения. Если это случится, содержимое колбы следует сменить и заменить свежим растворителем.
Для извлечения фурфурилового алкоголя можно пользоваться четыреххлористым углеродом. Для этого требуется экстракционный аппарат несколько иной конструкции, так как растворитель должен удаляться со дна склянки для извлечения. При работе с четыреххлористым углеродом встречаются некоторые затруднения, так как образующаяся в небольших количествах соляная кислота превращает фурфуриловый алкоголь в нерастворимую в воде форму. При употреблении четыреххлористого углерода выходы как пирослизевой кислоты, так и фурфурилового алкоголя значительно снижаются.
5. Имеются указания на то, что можно избежать необходимости извлечения алкоголя эфиром после завершения реакции Канниццаро и улучшить выход, если избыток щелочи нейтрализовать пирослизевой кислотой или сернокислым аммонием или если в самом начале брать недостаточное количество щелочиг.
6. Полученный таким образом фурфуриловый алкоголь полностью растворим в воде и обладает только слегка желтоватым оттенком. При хранении к нему необходимо прибавить в качестве стабилизатора 0,5—1% мочевины (по весу).
7. При охлаждении ниже 16° вместе с пирослизевой кислотой начинает выпадать кислый сернокислый натрий.
8. Низкие выходы пирослизевой кислоты получаются частично вследствие образования смолистых побочных продуктов, а частично вследствие потерь от растворимости в воде. Маточный раствор содержит около 2,5 г пирослизевой кислоты на 100 мл раствора. Ее можно извлечь эфиром.
9. Температура плавления пирослизевой кислоты не очень резка.
Перегнанная кислота, 100%-ная согласно результатам титрования, заметно размягчается при 125° и плавится полностью при 132°2.
Хорошие результаты получаются также при перекристаллизации пирослизевой кислоты из четыреххлористого углерода, к которому добавлено небольшое количество воды. При этом почти все темноокрашенные примеси переходят в водный слой, и из получившегося слабоокрашенного прозрачного раствора в СС14 выпадают бесцветные кристаллы пирослизевой кислоты с хорошей температурой плавления. Было предложено также, не прибавляя воды, нагревать раствор в четыреххлористом углероде с животным углем и затем подвергать фильтрованию.