מהן שיטות הסינתזה עבור ריאגנט בורגס

מגיב של בורגס(הידוע גם בשם Burgess dehydrator) הוא מגיב התייבשות נפוץ בכימיה אורגנית, המשמש בעיקר להמרת אמידים לניטרילים. טרנספורמציה זו חשובה מאוד בסינתזה אורגנית, שכן ניטריל הוא קבוצה פונקציונלית עם שימושים מרובים בכימיה אורגנית.

(קישור למוצר: https://www.bloomtechz.com/synthetic-chemical/burgess-reagent-synthesis-cas-29684-56-8.html)

השלבים המפורטים לסינתזה של ריאגנט בורגס הם כדלקמן:
1. הכן ריאגנטים וממיסים: מתנול נטול מים, בנזן נטול מים, P2O5, POCl3, SOCl2, PCl5 וחומרים מייבשים אחרים.
2. מערבבים את האמיד עם כמות מתאימה של חומר מייבש, בדרך כלל על ידי ערבוב האמיד עם כמות מתאימה של P2O5 וערבוב אחיד.
3. מחממים את התערובת לטמפרטורה מתאימה, בדרך כלל 100-150 מעלות, כדי לקדם את תגובת ההתייבשות.
4. בתהליך החימום מתאדים בהדרגה הלחות ושאר החומרים הנדיפים בתמיסת הריאקציה, והתגובה נמשכת עד לייבוש.
5. לאחר השלמת התגובה, קררו את תמיסת התגובה לטמפרטורת החדר ולאחר מכן בצעו זיקוק ואקום כדי להסיר עוד יותר שאריות של חומרי התייבשות וחומרים נדיפים אחרים.
6. אוספים את התזקיק המתקבל מזיקוק, לרוב ניטריל, ומעדנים אותו באמצעות פעולות כמו גיבוש מחדש או מיצוי לקבלת ניטריל בטוהר גבוה.
להלן המשוואה הכימית לשיטה הראשונה:
אמידים מגיבים עם חומרים מייבשים לייצור ניטרילים:
RCONH2 → RCN+H2O
ביניהם, R מייצג קבוצת פחמימנים.
חימום מקדם התקדמות תגובה:
RCONH2+H2O → RCN+2H2O
זיקוק ואקום להסרת שאריות של חומרי התייבשות וחומרים נדיפים אחרים:
P2O5 → P2O3+O2
POCl3 → PCl3+O2
SOCl2 → SO2+Cl2
PCl5 → PCl3+Cl2
ניטריל מזוקק:
RCN+H2O → RCONH2
ביניהם, R מייצג קבוצת פחמימנים.

שיטה שנייה: השתמש ב-P2O5 כחומר מייבש
בנוסף לשימוש ב-P2O5 כחומר מייבש, ישנן מספר שיטות אחרות לסינתזה של ריאגנטים של Burgess. להלן אחת השיטות הנפוצות, המשתמשת במתאן סולפוניל כלוריד (CH3SO2Cl) כחומר מייבש.
משוואה כימית
אמיד מגיב עם P2O5:
RCONH2+P2O5 → RCONH-P2O5
חימום והתייבשות:
RCONH-P2O5 → RCONH2+P2O5
ביניהם, R מייצג את קבוצת הפחמימנים.
בתגובה זו, P2O5 מגיב עם אמיד כדי להמיר אותו לזרחן המתאים. לאחר מכן, הפוספורמיד מחומם כדי להסיר לחות וליצור ניטריל. בתהליך זה, P2O5 עצמו הוא גם מגיב וגם חומר מייבש.
שלבי סינתזה:
1. הוסף כמות מתאימה של אמיד לבקבוק יבש, ולאחר מכן דלל אותו לריכוז המתאים עם ממס נטול מים.
הוספת מתאן סולפוניל כלוריד
2. הוסף את המתאן סולפוניל כלוריד המחושב לתמיסה המכילה אמיד. יש להקפיד לוודא שמתאן סולפוניל כלוריד נטול מים, אחרת נדרש טיפול מקדים להסרת לחות ממנו.
תגובת חימום
3. מחממים את התערובת בטמפרטורה מתאימה, לרוב בין טמפרטורת החדר לטמפרטורה בינונית (25-60 מעלות). טמפרטורה זו תלויה באמיד הספציפי ובזמן התגובה הנדרש. המשך לחמם עד שכל המים יוסרו. כמות קטנה של אדי מים תיווצר במהלך תהליך זה, ולכן יש צורך בקבל יעיל כדי לאסוף את האדים הללו.
4. לאחר טיפול והפרדת מוצרים. לאחר שהוסרו כל המים, מצננים את התערובת לטמפרטורת החדר. בשל תנודתיות הניטריל שנוצר, ניתן להפריד אותו מהתוצרים הנותרים באמצעות זיקוק פשוט בוואקום. אסוף את השבר הזה, שאמור להכיל את הניטריל שנוצר.
5. טיהור מוצר. הניטריל המתקבל עשוי לדרוש טיהור נוסף כדי להסיר זיהומים שיוריים. ניתן להשיג זאת באמצעות התגבשות מחדש או זיקוק עם סופחים מתאימים.
6. פינוי פסולת. מתאן-סולפוניל כלוריד משומש הוא פסולת מסוכנת שלא ניתן להזרים ישירות לסביבה. יש לאחסן אותו במיכלים מתאימים ולמסור אותו לחברה מקצועית לפינוי פסולת לצורך פינוי.
7. רישום ואיסוף נתונים. לאורך כל תהליך הסינתזה, יש לרשום את כל השלבים והנתונים, כגון טמפרטורת תגובה, זמן תגובה, כמות חומרי גלם ומוצרים וכו', לצורך ניתוח ושיפורים אפשריים.

שיטה שלישית: השתמש ב-trifluoroacetic anhydride (TFAA) - triethylamine כחומר מייבש
בנוסף לשימוש ב-P2O5 ומתאן-סולפוניל כלוריד כחומרי התייבשות, ישנן מספר שיטות אחרות לסינתזה של ריאגנטים של Burgess. להלן אחת השיטות הנפוצות, המשתמשת ב-trifluoroacetic anhydride (TFAA) - triethylamine כחומר מייבש.
משוואה כימית
אמיד מגיב עם אנהידריד טריפלואורואצטי:
RCONH2+C4F6O3 → RCONH-C4F6O3
טיפול בטריאתילאמין:
RCONH-C4F6O3+(C2H5) 3N → RCONH-CN+(C2H5) 3N-H++C4F6O3-
הפרדת מוצר:
הפרדת זיקוק RCONH-CN
ביניהם, R מייצגת קבוצת אלקיל, TFAA מייצגת אנהידריד טריפלואוראצטי, ו-(C2H5) 3N מייצגת טריאתילאמין.
בתגובה זו, אנהידריד טריפלואוראצטי מגיב תחילה עם אמיד כדי להמיר אותו לאמיד הטריפלואוראצטי המתאים. לאחר מכן, triethylamine מגיב עם trifluoroacetamide כדי להמיר אותו לניטריל. לבסוף, הניטריל שנוצר מופרד מתערובת התגובה על ידי זיקוק.
שלבי סינתזה:
1. הוסף כמות מתאימה של אמיד לבקבוק יבש, ולאחר מכן דלל אותו לריכוז המתאים עם ממס נטול מים.
הוסף אנהידריד טריפלואוראצטי וטריאתילאמין
2. הוסף את ה-trifluoroacetic anhydride המחושבים ואת triethylamine ברצף לתמיסה המכילה amid. ודא שכל הריאגנטים נטולי מים, אחרת נדרש טיפול מקדים כדי להסיר לחות מהם.
3. תגובת חימום. מחממים את התערובת בטמפרטורה מתאימה, בדרך כלל בין טמפרטורת החדר לטמפרטורה בינונית (25-60 מעלות). טמפרטורה זו תלויה באמיד הספציפי ובזמן התגובה הנדרש. המשך לחמם עד שכל המים יוסרו. תהליך זה יפיק כמות גדולה של חומרים נדיפים, ולכן יש צורך בקבל יעיל לאיסוף האדים הללו.
4. לאחר הטיפול והפרדת המוצר, כאשר כל המים מוסרים, מצננים את התערובת לטמפרטורת החדר. בשל תנודתיות הניטריל שנוצר, ניתן להפריד אותו מהתוצרים הנותרים באמצעות זיקוק פשוט בוואקום. אסוף את השבר הזה, שאמור להכיל את הניטריל שנוצר.
5. טיהור מוצר עשוי לדרוש טיהור נוסף כדי להסיר זיהומים שיוריים מהניטריל המתקבל. ניתן להשיג זאת באמצעות התגבשות מחדש או זיקוק עם סופחים מתאימים.
6. טיפול בפסולת, אנהידריד טריפלואוראצטי משומש, טריאתילאמין וניטרילים שנוצרו הם כולם פסולת מסוכנת ולא ניתן להזרים אותם ישירות לסביבה. יש לאחסן אותו במיכלים מתאימים ולמסור אותו לחברה מקצועית לפינוי פסולת לצורך פינוי.
7. רישום ואיסוף נתונים: לאורך כל תהליך הסינתזה יש לרשום את כל השלבים והנתונים כגון טמפרטורת תגובה, זמן תגובה, כמות חומרי גלם ומוצרים ועוד, לצורך ניתוח ושיפור אפשרי בהמשך.
8. אימות ובקרת איכות: לאחר השלמת הסינתזה, יש להשתמש בשיטות אנליטיות מתאימות (כגון ספקטרומטריית מסה, תהודה מגנטית גרעינית, ספקטרוסקופיה אינפרא אדום וכו') כדי לוודא את טוהר ומבנה המוצר. במידת האפשר, יש לבצע השוואות גם עם תקנים ידועים.