5009 Sintesi della ftalocianina rameica

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5009 Sintesi della ftalocianina rameica
O
H2N
O+ 8
H2N
O
4
C 8H 4O 3
(148.1)
CH4N2O
(60.1)
O + CuCl
(NH4)6Mo7O24
. 4 H 2O
- 8 NH3
- 8 CO2
- 4 H 2O
- HCl
CuCl
(99.0)
H24Mo7N6O24
(1235.9)
N
N
N
. 4 H 2O
N
N
Cu
N
N
N
C32H16N8Cu
(576.1)
Riferimento in letteratura:
Sintesi classica: F. H. Moser, A. L. Thomas, Phthalocyanine Compounds, Reinhold, New
York 1963;
Variante con micro-onde: A. Shaabani, J. Chem. Research (S) 1998, 672-673;
• Classificazione
Tipo di reazione e classi di sostanze
Reazione del gruppo carbossile nei derivati degli acidi carbossilici, ciclizzazione;
Anidride di acido carbossilico, derivato di acido carbonico, eterociclo, colorante;
Tecniche usate
Reazione con uso di micro-onde, agitazione con ancoretta magnetica, riscaldamento sotto
riflusso, estrazione, filtrazione, smaltimento fumi di reazione con bottiglie Drechsel;
• Istruzioni (scala dell’esperimento: 4,5 mmol)
Attrezzatura
Forno a micro-onde ETHOS 1600, tubo connettore di vetro (lunghezza: 40 cm, dimensione
smerigli: NS 29/32), pallone a due colli da 100 mL, agitatore magnetico con ancoretta
magnetica, condensatore a riflusso, 2 bottiglie Drechsel, portatubo;
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Sostanze
urea (pf 132,5-134,5 °C)
anidride ftalica (pf 129-132 °C)
cloruro di rame(I)
eptamolibdato di ammonio tetraidrato
acido cloridrico concentrato (al 32%)
etanolo (pe 78 °C)
5,53 g (92,0 mmol)
2,67 g (18,0 mmol)
500 mg (5,00 mmol)
75 mg (0,061 mmol)
5 mL
80 mL
Reazione
Predisporre un pallone a due colli da 100 mL e dotarlo di sensore per la temperatura e
condensatore a riflusso; montare sull’estremità di quest’ultimo un portatubo, connesso tramite
un tubo in gomma con 2 bottiglie Drechsel: la prima funge da polmone di sicurezza e rimane
vuota, mentre la seconda deve essere riempita con 300 mL circa d’acqua (NB: Il circuito
appena descritto è necessario per smaltire i fumi che si formano durante la reazione).
Mettere nel recipiente di reazione 5,53 g (92,0 mmol) di urea, 2,67 g (18,0 mmol) di anidride
ftalica, 500 mg (5,00 mmol) di cloruro di rame(I) e 75 mg (0,061 mmol) di eptamolibdato di
ammonio. Dopo aver aggiunto 2 gocce d’acqua alla miscela risultante, predisporre
(servendosi del tubo di vetro) tutta l’apparecchiatura per il trattamento nel forno a microonde, come indicato nell’articolo “Istruzioni tecniche - apparato di riflusso standard nei forni
a micro-onde”, presente nella sezione “Tecniche” di questo stesso sito. Dal momento che i
reagenti fondono rapidamente nelle prime fasi della reazione (sono sufficienti 2 minuti di
trattamento in forno), non è necessario omogeneizzare il contenuto del pallone.
Irraggiare quindi la miscela di reazione per 10 minuti ad una potenza di 1000 W, avendo cura
di fissare il limite massimo della temperatura a 250 °C: già dopo 5 minuti circa, si nota la
formazione di una massa solida (porosa) di colore violetto.
Work up
Raffreddare il solido risultante fino a temperatura ambiente e sminuzzarlo (lasciandolo
all’interno dello stesso pallone utilizzato per la reazione); aggiungere quindi 50 mL d’acqua e
5 mL di acido cloridrico concentrato (al 32%). Rimontare l’apparecchiatura nel forno a microonde secondo le stesse indicazioni precedentemente fornite, avendo cura di eliminare il
portatubo dal condensatore a riflusso (non è, infatti, più necessario il circuito di smaltimento
dei fumi). Mantenendo sotto costante agitazione, irraggiare la miscela per 10 minuti ad una
potenza di 800 W e una temperatura di 102 °C, così da eliminare i reagenti in eccesso (o non
reagiti) dalla massa solida.
Dopo aver raffreddato il tutto, filtrare il solido su un filtro a pieghe, lavarlo prima con 50 mL
d’acqua e poi con poco etanolo, quindi seccarlo.
Resa di prodotto grezzo: 2,40 g; aspetto: solido violetto;
Mettere il prodotto grezzo in un pallone a due colli contenente 50 mL di etanolo, quindi
predisporre tutta l’apparecchiatura nel forno a micro-onde, adottando le stesse indicazioni
precedentemente riportate per la prima fase di work up. Mantenendo sotto costante agitazione,
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irraggiare il tutto per 10 minuti ad una potenza di 500 W ed una temperatura di 80 °C: in
questo modo si elimina il sotto-prodotto diidroftalocianina dalla frazione principale.
Dopo aver raffreddato il tutto fino a 50 °C circa, filtrare il solido risultante su un filtro a
pieghe, lavarlo con 20 mL di etanolo e seccarlo in un essiccatore a pressione ridotta.
Resa: 2,15 g (3,73 mmol, 83%); aspetto: sostanza cristallina, violetta e lucente; caratteristiche:
insolubile in solventi organici;
Il punto di fusione del prodotto è un buon criterio per valutarne la purezza: se non si osserva
alcuna decomposizione fino (od oltre) i 200 °C, il solido può essere considerato puro. La
ftalocianina isolata nel nostro esperimento si è rivelata stabile fino a 360 °C. Il sotto-prodotto
diidroftalocianina presenta un punto di decomposizione nell’intervallo 195-197 °C.
Commenti
Le poche (2) gocce d’acqua aggiunte nel pallone prima dell’inizio della reazione favoriscono
la propagazione dell’energia della radiazione attraverso la miscela.
Gestione dei rifiuti
Suggerimenti per lo smaltimento dei rifiuti
Rifiuto/i
Filtrato acquoso
(neutralizzato)
Filtrato alcolico
Smaltimento
Miscele acquose di solventi,
contenenti alogeni, contenenti metalli pesanti
Miscele acquose di solventi, non contenenti alogeni
Durata dell’esperimento
Da 1 a 2 ore.
Quando posso interrompere l’esperimento?
Tra un trattamento con le micro-onde e il successivo.
Grado di difficoltà
Facile
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• Caratterizzazione
Dipendenza Temperatura – Tempo dei vari trattamenti nel forno a micro-onde
Sintesi della ftalocianina
250
1200
Temperatura [°C]
200
1000
Potenza [W]
800
150
Potenza [W]
Temperatura [°C]
600
100
400
50
200
0
0
200
400
600
800
1000
1200
0
1400
Tempo [sec]
Estrazione della ftalocianina (grezzo) con acido cloridrico diluito
120
600
100
500
80
400
60
300
Potenza [W]
Temperatura [°C]
Temperatura [°C]
40
200
Potenza [W]
20
100
0
0
200
400
600
800
1000
1200
0
1400
Tempo [sec]
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Estrazione della ftalocianina (grezzo) con etanolo
Spettro IR del prodotto ftalocianina rameica (KBr)
Trasmissione [%]
Numeri d’onda [cm-1]
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