Voor procedure groepsindeling en actuele groepsindeling wordt verwezen naar deze pagina
1. Inleiding
De hier beschreven synthese-experimenten maken onderdeel uit van de cursus BORC13. Ze zijn gepaard aan theoretische kennis die in deze cursus of nauw verbonden cursussen aan de orde komt. Deze handleiding handelt over het programma en de werkwijze bij de organische synthese-experimenten. Voor organisatorische zaken en roosters worden jullie verwezen naar
practicum.chem.uu.nl > Scheikunde > Periode 2.2 BORC13
De roosters hangen tevens op de planborden.
2. Programma
Er staan voor iedere student 3 soorten proeven op het programma:
O1 Synthese waarbij een aromatische elektrofiele substitutie optreedt.
Voorbeelden: nitrering, Friedel-Crafts alkylering of acylering.
en
O2 Synthese waarbij gebruik gemaakt wordt van een Grignardreactie.
Voorbeeld: bereiding van 2-methyl-2-pentanol uit propylmagnesiumbromide en aceton.
en
O3 Synthese waarbij of een eliminatie, of een Wittig-reactie, of een 1,3 dicarbonylverbinding gealkyleerd wordt op de carbonyl C- plaats, of een vergelijkbare reactie uitgevoerd wordt.
Voorbeelden: synthese van 1,4-difenyl-1,3-butadieen.
Iedere student voert dus drie reacties uit, die deels op elkaar kunnen bouwen.
Bij deze experimenten staat het verband tussen theorie en praktisch handelen centraal. Verder ligt de nadruk op het veilig en gecontroleerd leren omgaan met reactieve, giftige, kankerverwekkende en stinkende stoffen.
De experimenten worden zo gekozen dat zo veel mogelijk gelijksoortige maar verschillende proeven door de studenten worden uitgevoerd. Zo doet binnen een groep elke student een andere Grignardsynthese. De volgorde en inhoud van de experimenten wordt op een planbord aangegeven en is tevens via de practicumwebsite te bekijken (http://practicum.chem.uu.nl).
3. Werkwijze
De experimenten vinden plaats onder begeleiding van assistenten (vaste stafleden, promovendi of masterstudenten), waarbij er 1 assistent is op 6 - 8 studenten. Doorgaans hebben deze assistenten synthese-ervaring opgedaan bij hun eigen chemisch onderzoek.
Op het planbord wordt de te bereiden verbinding gegeven. De student informeert vervolgens bij de assistent uit welke uitgangsstoffen de verbinding bereid moet worden, en op welke schaal (max. 0,05 mol). De assistent geeft eventueel de titel van een of meer boeken waarin relevante voorschriften gevonden kunnen worden. Dat kan een algemeen voorschrift zijn (bijv. Friedel-Crafts acyleringen in Organikum p. 404), en / of een specifiek voorschrift voor een bepaalde verbinding (bijvoorbeeld Cerfontain 10e editie p. 209 voor acetofenon volgens Friedel-Crafts). Het voorschrift kan in het Nederlands, Engels of Duits zijn opgesteld. Wanneer is vastgesteld welke procedure gevolgd wordt, dan wordt het voorschrift nader uitgewerkt. Dit houdt in dat de student aandacht besteedt aan het volgende:
- De onderliggende theorie, dat wil zeggen de reactievergelijkingen en de reactiemechanismen, toegepast op de uit te voeren synthese. Voor een deel zijn deze te vinden in McMurry of een ander organisch leerboek. Voor gedetailleerde informatie is het aanbevolen ook andere boeken te raadplegen, met name March kan soms zeer verhelderend werken.
- Van elke handeling in het voorschrift moet duidelijk zijn waarom deze plaatsvindt en hoe deze praktisch wordt uitgevoerd.
- De fysische en chemische eigenschappen van alle stoffen waarmee gewerkt wordt (ook van hulpstoffen, droogmiddelen etc.), alsmede de veiligheidsmaatregelen die preventief en bij ongelukken getroffen moeten worden.
- Een chemicaliën-, glaswerk- en tijdsplanning.
- De wijze(n) van karakterisering van het product: keuze van de methode(n), bijvoorbeeld IR-, NMR- en/of massaspectroscopie. Daarbij hoort ook een gedegen interpretatie van de te verkrijgen spectra (piektoekenningen, niet slechts een vergelijking met een literatuurspectrum).
In de uiteindelijke voorbespreking tussen student en assistent worden alle facetten van de synthese besproken. Als de assistent ervan overtuigd is dat de student zowel de onderliggende theoretische aspecten als de experimentele uitvoering overziet en begrijpt, dan kan verdergegaan worden.
- De student zorgt voor een eigen voorschrift in het labjournaal, dat puntsgewijs alle uitvoeringsaspecten bevat, alsmede voor een schema van de te maken opstelling(en). Bij niet-Nederlandstalige assistenten zal dit eigen voorschrift in het Engels opgesteld worden.
- Op de ruiten van de zuurkast waarin de proef wordt gedaan moet zowel een kopie van dit schema als van het door de assistent geparafeerde puntsgewijze voorschrift worden aangebracht.
Wanneer het puntsgewijze voorschrift is goedgekeurd, dan kan de student beginnen met het experimentele werk.
Aandachtspunten
Iedere student werkt individueel.
- Er wordt vanuit gegaan dat je technieken die in de 1e-jaarspractica aan de orde geweest zijn, zoals destillatie en herkristallisatie, beheerst. De ervaring leert dat dat vaak niet voldoende het geval is. Verdiep je daarom opnieuw in deze technieken als je het idee hebt dat dat nodig is.
- Alle werkzaamheden, inclusief het spoelen van gebruikt glaswerk, worden uitsluitend in een zuurkast verricht!
- Het uitvoerig en compleet bijhouden van een laboratoriumjournaal, volgens standaard model, is verplicht. In het laboratoriumjournaal dient voor elke proef ook een lijst te worden opgenomen met de te gebruiken stoffen, de gevaren van deze stoffen en de te nemen veiligheidsmaatregelen (vooraf en bij eventuele ongelukken).
- N.B. Het labjournaal mag tussendoor niet mee naar huis meegenomen worden, maar blijft op de zaal, opdat de assistent dit kan bekijken.
- Tijdens de uitvoering moeten de al verrichte handelingen op het puntsgewijze voorschrift worden afgevinkt. In dat geval kunnen anderen bij calamiteiten direct mogelijke risico’s en gevolgen inschatten.
- Bij het kiezen van de schaal waarop de syntheses worden uitgevoerd moet in eerste instantie worden gestreefd naar beperking van de hoeveelheden te gebruiken stoffen. Het werken met microschaalhoeveelheden is echter minder gewenst, omdat dan de hoeveelheden zo klein kunnen worden dat er op het gebied van het controleren van de reactiewarmte en het veilig hanteren van de stoffen weinig meer te leren valt. Bovendien treden er vaak grote problemen op bij de isolatie en de zuivering van de gewenste producten. Globaal wordt gestreefd naar een opbrengst in de orde van grootte van een paar gram tot 10 gram.
4. Rapportage
Over één (meestal het 1e experiment) experiment wordt een verslag geschreven. Deze experimenten worden door de practicumleiding vastgesteld, en staan op het planbord vermeld. Om jullie alvast voor te bereiden op je toekomstige werkomgeving zal het verslag in het Engels geschreven worden. Het cijfer voor het verslag telt voor 50 % mee in het eindcijfer van het experiment waartoe het behoort en moet minstens 5.0 bedragen.
Verslagen bevatten een inleiding, theorie, een gedetailleerde beschrijving van de uitvoering, resultaten, en een discussie daarover. Vaak is het handig om resultaten en discussie samen te voegen. Het labjournaal wordt bij het betreffende verslag ingeleverd. De vorm van het verslag is conform die aangegeven in het dictaat ‘Rapporteren tijdens de Scheikundestudie’ (zie de 1e-jaarspracticumhandleiding of de practicumwebsite). Over de andere experiment/-en wordt gerapporteerd d.m.v. het labjournaal. Dit moet daarom alle relevante informatie bevatten, op een goed voor de assistent te volgen wijze, eveneens conform het bovengenoemde dictaat. Spectra etc. worden in de tekst opgenomen of als bijlage bij het verslag meegeleverd. Let op: deze figuren moeten duidelijk leesbaar zijn. Foto’s van spectra worden daarom niet geaccepteerd; maak een kopie of scan van voldoende resolutie.
Als verslagen elektronisch ingeleverd worden (overleg dit met de assistent) dan gebeurt dat zowel in pdf als MS-Word format. Het eerste geldt als de ingeleverde versie, het tweede wordt gebruikt om opmerkingen bij het verslag te plaatsen.
De inlevertermijn van een verslag is aangegeven op het rooster. Labjournaals worden direct na afloop van het experiment ingeleverd. De student is ervoor verantwoordelijk dat het labjournaal in de juiste handen komt. Bij overschrijden van de inlevertermijn wordt een punt per dag afgetrokken van het cijfer van het labjournaal of verslag. Eventueel kan de practicumleiding verder experimenteel werk opschorten. Bij niet-Nederlandstalige assistenten zal het Labjournaal in het Engels opgesteld worden. Als dit bezwaarlijk gevonden wordt, word je verzocht dat vooraf te melden.
5. Beoordeling
Voor elk experiment wordt een (elektronische) beoordelingskaart bijgehouden. Hierin worden door de assistent de voor de beoordeling relevante gegevens genoteerd.
Beoordeeld worden de voorbereiding, de uitvoering, de uitwerking en de rapportage.
Voor elk experiment wordt het cijfer afgerond op 0.1. Het gehele practicum wordt met een voldoende afgesloten wanneer cijfers voor de afzonderlijke experimenten tenminste 5.0 bedragen en het gemiddelde eindcijfer 5.6 of hoger is. Als dat niet het geval is, dan stelt de practicumleiding vast welk aanvullend of vervangend werk verricht moet worden om alsnog een voldoende beoordeling te verkrijgen.
Beoordelingskaarten zijn slechts door de student zelf, de assistent en de practicumleiding in te zien.
6. Verdere informatie
Aan iedere student wordt per synthese-experiment een werkplek toegewezen
De practicumtijd moet ten volle benut worden; eventuele afwezigheid moet gemeld worden bij de practicumleiding.
INDIEN JE WEET DAT
- JE AFWEZIG ZAL ZIJN (bv. ziekte of familieomstandigheden)
- JE TE LAAT DENKT TE KOMEN (bv. als de brug open staat)
ABSENTIE MELDEN VIA WHATSAPP (zie practicum website voor instructies hoe)
De practicumzalen (KGB 6.14 / 6.16) zijn geopend van 9.00 tot 17.00 uur. Het is niet mogelijk buiten deze tijden enig werk op de zaal te verrichten; houd daarmee rekening bij de planning van experimenten.
In het belang van de eigen veiligheid en die van anderen moet iedere deelnemer aan het practicum van de veiligheidsvoorschriften op de hoogte zijn. Deze zijn in deze handleiding als appendix opgenomen.
Iedere student en assistent wordt geacht deze bestudeerd te hebben en in praktijk te brengen.
Het dragen van een bril is op dit practicum verplicht,
op straffe van verwijdering van de zaal!
Een onderscheid met het eerstejaars practicum is dat nu wel met een aantal van de op dat practicum “verboden” gevaarlijke chemicaliën gewerkt moet worden (bijvoorbeeld met benzeen). Van a.s. chemici moet immers worden verwacht dat ze hier veilig mee om kunnen gaan. Een ander verschil met het eerstejaars practicum, en met bijvoorbeeld de analytische practica, is dat alle werkzaamheden (ook spoelen) volledig in een zuurkast moeten worden uitgevoerd.
Veiligheid is overigens méér dan het schools naleven van veiligheidsregels.
Het gaat om een houding!
Zie ook het onderstaande zaalreglement.
Breekgeldregeling: er zijn voor de studenten geen kosten bij breuk van glaswerk. Gebroken glaswerk wordt, wanneer ook maar het vermoeden bestaat dat het (gedeeltelijk) gerepareerd kan worden, schoongemaakt en verzameld in een daartoe op de zaal aanwezige bak.
7. Zaalreglement
Het is van het grootste belang dat men zich steeds realiseert dat "het praktisch bezig zijn" risico's met zich meebrengt. Hoewel met name door de practicumleiding en de assistentie al het mogelijke wordt gedaan deze risico's te minimaliseren blijft voor de studenten de eigen houding de belangrijkste factor i.v.m. veiligheid.
Elke student draagt in deze dan ook een eigen verantwoordelijkheid. Ook de ARBO-wetgeving gaat van dit principe uit. De volgende regels gelden expliciet.
1. De zuurkasten dienen voor, tijdens en na gebruik schoon en droog te zijn.
Let op het juiste gebruik: de ramen moeten zoveel mogelijk gesloten zijn, en nooit verder geopend staan dan de aangegeven maximale werkhoogte.
Iedere student moet de eigen werkplek op orde houden.
2. Los glaswerk dient te worden opgeborgen in de daarvoor bestemde bergruimte. Chemicaliën mogen niet onder de zuurkast worden opgeslagen, maar moeten in de zuurkast worden bewaard, voorzien van een (geel) formulier met de daarop gewenste informatie.
Op de tafels mogen geen glaswerk of chemicaliën worden geplaatst.
3. Met de praktische uitvoering van een experiment mag niet eerder worden begonnen dan na toestemming van de assistent. Op de zaal mogen geen experimenten worden uitgevoerd als niet tenminste één assistent aanwezig is.
De gebouwde opstelling moet vooraf door de assistent worden gecontroleerd en goedgekeurd.
De uitvoering moet plaatsvinden overeenkomstig het goedgekeurde en geparafeerde voorschrift en het schema van de opstelling. Deze documenten worden duidelijk zichtbaar op de zuurkast aangebracht. Op deze documenten moet ook duidelijk staan aangegeven welk experiment wordt uitgevoerd.
4. Gebouwde opstellingen mogen 's avonds in de zuurkasten blijven staan mits daarvoor toestemming is verleend door de assistent of de practicumleiding, blijkens een bij de opstelling aanwezig en door de assistent of de practicumleiding ondertekend (geel) formulier.
Alleen bij hoge uitzondering, en met toestemming van de practicumleiding mag ‘werkende’ apparatuur ‘s nachts worden aangelaten (rustig roeren, stikstof doorborrelen etc.).
5. Indien (elektrische) apparatuur in de zuurkast is geplaatst, dan dient men te waken voor aantasting van de apparatuur door schadelijke stoffen (vocht, gassen, etc.).
Daarnaast moet het gevaar van het ontstaan van brand door elektrische vonken niet vergeten worden. Zo nodig worden bijzondere maatregelen genomen.
Na gebruik dient alle apparatuur gecontroleerd en zo nodig schoon gemaakt te worden alvorens deze in de daartoe bestemde kasten wordt opgeborgen.
6. Vacuümpompen mogen alleen gebruikt worden, indien er een terugslagvat en zo nodig een gasval is voorgeschakeld (om schadelijke stoffen te weren). De nakoeler moet aangezet worden.
De pompen moeten na gebruik nog ca. 5 minuten aanblijven om schone lucht door te zuigen.
7. Chemicaliëngebruik dient zuinig te zijn. Bij ieder experiment moet de schaal waarop dit wordt uitgevoerd mede hierop worden bekeken.
Er mogen uit het magazijn geen grotere hoeveelheden chemicaliën worden gehaald dan nodig zijn voor het betreffende experiment.
Chemicaliën worden door het magazijnpersoneel slechts verstrekt na afgifte van een door de assistent ondertekende bestelbon. De student moet aan de hand van het etiket op de pot controleren of hem / haar de juiste stoffen worden verstrekt.
Het vervoer van het magazijn naar de zaal dient veilig te geschieden. Sommige zeer gevaarlijke chemicaliën worden niet door de studenten over de gang vervoerd, maar zijn op de zaal voorradig of worden van de assistent uitgedeeld.
Het is niet toegestaan om chemicaliën te vervoeren of te bewaren zonder dat op het potje vermeld staat wat erin zit.
8. Afval dient overeenkomstig de universitaire indeling in de afvalvaten gedeponeerd te worden.
Op het vat dient genoteerd te worden wat hierin gebracht is. Is een afvalvat bijna vol, dan wordt een laboratoriummedewerker gewaarschuwd; die zal zorgen voor afvoer van het volle afvalvat en plaatsing van een nieuw afvalvat.
9. Lozen op het riool is alleen bij hoge uitzondering toegestaan! Zie het speciale blad daarover, waarvan hierna een kopie is afgedrukt!! Op dit practicum kan ervan uitgegaan worden dat vrijwel niets op het riool mag worden geloosd. Vooral bij het spoelen van glaswerk moet hier op gelet worden. De spoelvloeistof is gewoonlijk nog zo vervuild dat het in een afvalvat overgebracht moet worden.
10. De balansen dienen na gebruik schoon en droog achter gelaten te worden. Kwalijk riekende of giftige stoffen moeten op een balans in een zuurkast worden afgewogen (zo nodig zelf een balans erin zetten).
11. Defecte apparatuur niet terugzetten waar je het vandaan gepakt hebt, maar schoon inleveren bij Sanne Kers; waarbij je haar vertelt wat er (vermoedelijk) aan de hand is.
Literatuur Organische Synthese
A. Vooronderzoek: Synthesemethoden en stofeigenschappen
Ga na of de te synthetiseren stof te vinden is in algemene naslagwerken als “Handbook of Chemistry and Physics” en “Merck Index”. Beide werken zijn ook elektronisch te raadplegen. In het Handbook staan fysische constanten en verwijzingen naar “de Beilstein”, in de Merck Index staan eigenschappen en toepassingen, soms worden er ook verwijzingen naar synthesemethoden vermeld. Beide zijn elektronisch beschikbaar via de website van de universiteitsbibliotheek.
Een volgende stap kan zijn het raadplegen van het “Römpps Lexikon” (125-260) en van de Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (140C-300). Hierin worden voor zeer veel stoffen beschrijvingen en toepassingen vermeld; daarnaast staan er ook weer veel verwijzingen naar synthese-literatuur in. Overzichten van synthesemethoden voor organische verbindingen zijn in een aantal seriewerken te vinden, bijvoorbeeld:
a. “Beilstein”. b. “Houben-Weyl”. c. “Rodd’s”.
d. “Patai”. e. “Dictionary of Organic Compounds”.
B. Voorschriften.
Een aantal boeken met synthesevoorschriften is op het practicum aanwezig. Belangrijke auteurs zijn bijvoorbeeld: Vogel (diverse wat verschillende edities), Gattermann, Fieser en Fieser, Williamson, Cerfontain, “Organikum” (Duits- en Engelstalig). Een belangrijke reeks syntheseboeken is: “Organic Syntheses” (tijdschrift).
C. Theorie, Structuren, Tabellen, Spectra, etc..
Belangrijke leerboeken op het gebied van de Organische chemie auteurs zijn: McMurry (je eigen leerboek), March (hét standaardwerk), Ternay, Allinger, Bruce. Deze bronnen zijn doorgaans ter plaatse aanwezig.
Boeken met tabellen, diagrammen, spectra zijn o.a.:
- NMR-spectra van Aldrich: practicumzalen.
- IR-spectra: practicumzalen.
- En kijk vooral ook op de practicumwebsite
- E.P. Serjeant, B. Dempsey: “Ionisation Constants of Organic Acids in Aqueous Solution”.
- J. Timmermans: “Physico Chemical Constants of Pure Organic Compounds”.
- T. Boublik, V. Fried, E. Hala: “The vapour pressure of Pure Substances”.
- T.E. Jordan: Vapor Pressure of Organic Compounds”.
- T.E. Daubert et al.: “Physical and Thermodynamic Properties of Pure Chemicals. Data Compilation”.
D. Veiligheid.
Hier noemen we de boeken die je nog van voorgaande practica zult kennen:
- Chemiekaartenboek, een recente editie (o. a. op de practicumzalen).
- Sax’s Dangerous properties of industrial materials.
- Sigma-Aldrich Library of chemical Safety data.
- Internetsites voor Material Safety Data Sheets, bv CHEMGOLD via de practicumwebsite.