home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ HaCKeRz KrOnIcKLeZ 3 / HaCKeRz_KrOnIcKLeZ.iso / drugs / faq-methylamine < prev    next >
Text File  |  1996-05-06  |  17KB  |  311 lines

  1. Newsgroups: alt.drugs.chemistry
  2. From: eleusis@netcom.com (Eleusis)
  3. Subject: The Methylamine FAQ v2.0 - Final!
  4. Message-ID: <3skaea$cf4_005@netcom.com>
  5. Date: Sun, 25 Jun 1995 18:38:02 GMT
  6.  
  7. After I made my Request for Comments, I received a couple of excellent 
  8. ones. Everything basically checks out, and the chemistry is solid, so have 
  9. at it and let me know any successes and failures out there (anonymous, 
  10. though, I don't want to know too much about you <g>).
  11.  
  12. The Methylamine Data Sheet v1.0 (non-beta)
  13. ---------------------------------------------------------------------
  14.  
  15. Table of Contents
  16. -----------------
  17. 1) Introduction
  18. 2) Methylamine via Hoffman (Hypohalite version)
  19. 3) Methylamine HCl via Formaldehyde
  20. 4) Acetamide from Acetic Acid & Urea
  21. 5) Absolute Ethanol
  22.  
  23.  
  24. 1) Introduction
  25. ---------------
  26. Methylamine is one of the "trickier" chemicals to come by which is a 
  27. necessary ingredient for all sorts of organic syntheses. For those of 
  28. you too disinclined to find this information yourself <g>, I have 
  29. compiled a treatise on various methods of producing this compound from 
  30. more "banal" chemical precursors. Some of the precursors are useful for 
  31. other syntheses as well, so do what you like. Sources are provided for
  32. those of you who doubt my credibility (and you *should*, since you 
  33. don't know me from the proverbial Adam). I have basically pirated them 
  34. from the credited texts with modifications to verbiage and such to make 
  35. it more 20th century and/or practical. Feel free to applaud or flame me: 
  36. eleusis@netcom.com and be sure to get my check out my other various 
  37. and sundry FAQs on Hydrobromic Acid, Sassafras Oil (new release) and
  38. more to come.
  39.  
  40.  
  41.  *                   *                   *
  42.  
  43. 2) Synthesis of Methylamine/Methylamine HCl via Hoffman Reaction
  44. ----------------------------------------------------------------
  45. This Hoffman reaction takes an Amide and treats it with a Hypobromite
  46. or Hypochlorite solution to produce an Amine of similar composition
  47. to the original Amide but minus one Carbonyl (CO) group. In this case,
  48. Acetamide is the primary Amide, which is of formula CH3CONH2. We 
  49. merely strip the CO off without damaging the structure too much and
  50. voilla, we get Methylamine, a volatile nasty gas of formula CH3NH2. 
  51. See the similarities here. Alright, the unbalanced reaction is:
  52.  
  53. CH3CONH2 + Ca(OCl)2 ----> (CH3CONCl)2Ca++ + H2O   then
  54.  
  55. (CH3CONCl)2Ca++ + NaOH ----> CH3NH2 + Na2CO3
  56.  
  57. We'll skip the theory normally present at this point, and merely 
  58. interject that because we are introducing Methylamine into an aqueous
  59. solution, it will dissolve into the water rather than escape into the
  60. room to poison us all. This leads to the actual, hold your hand 
  61. directions. Fantastic! One caveat. You can scale these reactions up or
  62. down within reason. What does that mean? I can't tell you, it depends.
  63. It is safe to say that doubling or halving will have no effect. 
  64. Multiplying by ten times? Maybe. The key problems with scaling 
  65. reactions like this have to do with heat gradients in the flask and 
  66. inadequate stirring, such that secondary products form (like, say,
  67. dimethylamine or ammonium chloride). Use your best judgement. One
  68. reference to keep in mind (Thanks to J. Smith for sending this one)
  69. concerns the conversion of Acetamide to Chloracetamide via the
  70. addition of Calcium Hypochlorite and the time to get an effective
  71. yield. The original reference claims it only takes a few minutes
  72. whereas the reference below begs to differ. Either way, it can't hurt
  73. to let it sit for a long time, so you might as well.
  74.  
  75.  
  76. Whitmore and Thorpe, J. of the Amer. Chemical Society, Vol 63, April 
  77. 1941, p1118
  78.  
  79. "It was necessary to allow several hours for the formation of the 
  80. N-chloroamide before heating to degradation temperature.  With this 
  81. modification it was possible to prepare methylamine...consistently in 
  82. 78% yield."
  83.  
  84.  
  85. Prepare an ice bath with water and Calcium Chloride to bring the
  86. temperature down to -15C or so. Setup glassware for simple distillation 
  87. with magnetic stirring. Dissolve 82g of Calcium Hypochlorite in 250mL 
  88. water in a beaker or flask. Swirl vigorously, though not all will 
  89. dissolve. Place in the ice bath and add 50g of crushed ice. In a 
  90. separate beaker/flask, dissolve 50g of Acetamide in 100mL water. Add
  91. 500g of crushed ice to this solution and swirl vigorously. Place a
  92. thermometer into the Acetamide soln. then add the Hypochlorite soln.
  93. slowly, in several small parts with gentle swirling. Make sure the
  94. temperature stays close to 0C because if it rises above 10C the solns.
  95. must be discarded. Allow the mixed soln. to remain in the ice bath for
  96. 15 minutes (or several hours...), gently swirling occasionally. All of
  97. the Acetamide will have converted to the methylisocyanate by this time.
  98. Now pour the mixture into the distilling flask (I like to put a long
  99. stem glass funnel into the top of the three-way adapter). Follow this
  100. with a solution of 120g NaOH in 200mL water at room temperature. Heating
  101. this mixture is the trickiest part of the synthesis. The thermometer
  102. should be positioned in the solution and the flask heated as rapidly
  103. as possible to 60C while being stirred magnetically (see Note 1 for my
  104. method on this). When it hits 60C, the rearrangement will commence with
  105. considerable heat evolved. Remove the heat while still stirring to allow
  106. the solution to react in the temperature range of 70C to 80C. If it
  107. appears it will head past 80C, quickly cool with ice or a cold water
  108. bath (See Note 1). The reaction completes within 15 minutes (the
  109. temperature will drop off). Before distilling this mixture, you need to
  110. choose between the aqueous or Hydrochloride form. In either case, heat
  111. to a gentle boil with stirring to liberate the methylamine as a gas.
  112.  
  113. For the aq. soln.: String two air traps in tandem comprised of an
  114. Erlenmeyer flask with a two hole stopper and 175mL of chilled water.
  115. In one hole of the stopper, a glass tube should extend nearly to the
  116. bottom. Connect this tube to the condenser (I connect to the vacuum
  117. nipple on the receiver adapter, and use a receiver flask to catch any
  118. condensed liquid). The other hole connects to either the second trap
  119. or vents to the atmosphere (beware, if the soln. saturates in both
  120. traps, you will be exposing yourself to Methylamine, which is a highly
  121. unpleasant chemical in the least). The primary contaminant will be a
  122. slight amount of Ammonia. To purify...
  123.  
  124. For the HCl salt: Do exactly as above except use 175mL each of 6N
  125. (normal) Hydrochloric Acid. The primary contaminant in this case is
  126. Ammonium Chloride (makes sense, eh). Mix the contents of the two
  127. traps and evaporate to dryness. Add 75ml of water and 48mL 10% NaOH
  128. soln. and heat gently to a boil with constant motion until dense white 
  129. fumes appear. This will remove the Ammonium Chloride. Remove from heat
  130. while stirring as it cools down. Pulverize the dry residue, then reflux
  131. with absolute Ethanol for several minutes. Filter the refluxed soln. on
  132. a heated Buchner or Hirsch funnel, then distill the alcohol off the
  133. filtrate until crystals just begin to form. Allow the soln. to cool
  134. naturally to room temperature, then cool further in an ice bath. Filter
  135. the solution on a chilled Buchner funnel with suction. The yield of 
  136. Methylamine Hydrochloride should be around 55% of the theoretical.
  137.  
  138. Note 1 - A convenient way of alternating hot and cold water in a
  139. water bath, while still allowing magnetic stirring, requires two
  140. small bilge pumps, two buckets, a "Y" valve", a non-ferrous stainless 
  141. steel water bath and some tubing. Mount a bilge pump in each bucket, one 
  142. for hot water and one for cold. Connect the discharge side of both pumps
  143. to either "head" of the Y-valve, the tail connects to the inlet side of
  144. the water bath (the lower tube). The discharge side connects to the tail
  145. of another Y-valve, with each head going to each bucket. This allows you
  146. to quickly switch the water in the bath without hassle, just flick both
  147. valves at once. The magnetic stirrer should still be able to stir though
  148. the non-ferrous stainless steel bath (works for me).
  149.  
  150. References:
  151. Journal of Chemical Education, v14, pg542
  152.  
  153.  
  154. 3) Synthesis of Methylamine HCl from Formaldehyde and Ammmonium Chloride
  155. ------------------------------------------------------------------------
  156. Place 4kg of 37% Formaldehyde solution into a 5L RB flask  along with 
  157. 2kg of Ammonium Chloride. Rig the flask for simple distillation with a
  158. Claisen adapter, a thermometer long enough to extend into the reaction
  159. mixture, and a Liebig or West condenser. Heat the mixture on the steam
  160. bath until no more distillate comes over, then turn up the heat using 
  161. a burner and hold the reactant temperature at 104C until, once again,
  162. nothing else comes over. This should take from 4 to 6 hours. The 
  163. distillate may contain interesting things, so check out footnote 1 for
  164. details on what to do with it. Next, the reaction flask should be 
  165. cooled rapidly to room temperature by immersion into first a warm 
  166. water bath (60C) switled, and then an ice bath. Ammonium Chloride
  167. crystals will precipitate which the original text calls for
  168. centrifugation to remove. Personally, I would just filter with a
  169. chilled Buchner funnerl several times, cooling the solution down more
  170. each time. After this, concentrate the "mother liquor" (ie - the
  171. filtered reaction flask contents) under medium vacuum (water 
  172. aspirator) and steam bath heat until the volume drops to approximately
  173. 2.5L. Repeat the above mentioned crystallisation/filtration process
  174. again to remove a second batch of Ammonium Chloride crystals. The 
  175. total recovered Ammonium Chloride should be around 780 - 815g. 
  176.  
  177. We now move on to the extraction of the good stuff, Methylamine
  178. Hydrochloride, with the principal contaminants Ammonium Chloride
  179. (Still? Damn that stuff) and Dimethylamine Hydrochloride.
  180. Concentrate the reaction flask contents once again under medium vacuum
  181. on the steam bath until crystals form on the surface (at around 1.4 -
  182. 1.5L of volume). Cool the reaction flask rapidly, as above, and cold 
  183. filter (for genuine draft taste) the crystals. Approximately 600 - 
  184. 650g of crude product should be obtained, at which point you
  185. concentrate the mother liquor once more on the steam bath with reduced
  186. pressure to a volume of 1L and repeat to yield an additional 170 -
  187. 190g. Wash with 250mL of cold Chloroform then filter and "centrifuge"
  188. (if you are bothering). This removes most of the Dimethylamine HCl,
  189. leaving around 150g of Methylamine HCl and Ammonium Chloride. The
  190. original mother liquor is concentrated once again, on the steam bath,
  191. under reduced pressure (do I sound like a broken record yet?) until
  192. there is around 350mL left. Pour this out into a beaker which is
  193. situated in an ice bath and stir to prevent the formation of a solid
  194. cake. Centrifuge this paste (or, possibly, Buchner it) then wash the
  195. resulting crystals (170-190g) with 250mL cold Chloroform. Filter this
  196. solution then centrifuge to yield an additional 55-65g of Methylamine
  197. Hydrochloride. Your combined yield of crude product should be 
  198. approximately 830-870g (620g + 180g + 60g) which contains as impurites
  199. water, Ammonium Chloride and Dimethylamine Hydrochloride.
  200.  
  201. To purify this, you need to reflux with an alcohol for approximately 
  202. 1/2 hour. Ideally, you should use n-Butyl Alcohol as the solubility of
  203. Ammonium Chloride in it is neglible. More practically, though, you 
  204. will be using absolute Ethyl Alcohol (Ethanol with the water extracted
  205. - see how to do this later on in the FAQ). Place the crude product 
  206. into a 5L RB flask, add 2L of Alcohol, fit an Allihn or Liebig 
  207. condenser vertically and finally attach a Calcium Chloride filled 
  208. drying tube to the top (a standard "dry" reflux setup). Reflux at boil
  209. for half an hour. Let the contents settle, then decant the liquid off,
  210. leaving undissolved junk in the bottom (the Ammonium Chloride). You 
  211. should rapidly cool the supernatant, precipitating out Methylamine 
  212. Hydrochloride. Recover the alcohol by filtering the crystals out on 
  213. the Buchner, then repeat the whole process at least 4 more times. In 
  214. the flask should remain approximately 150g of Ammonium Chloride, 
  215. making it's total recovery 850-950g. Your yield of Methylamine 
  216. Hydrochloride is 600-750g which is 41-51% of the theoretical.
  217.  
  218. Footnote 1 - The byproducts of the first step are Dimethoxymethane and
  219. Sodium Formate.
  220.  
  221. Footnote 2 - The Methylamine solutions in all steps should be cooled 
  222. rapidly to promote smaller crystal formation.
  223.  
  224. Footnote 3 - According to the original document, centrifuging is the 
  225. only satisfactory method of drying products because of the 
  226. deliquescent nature of them. As a suggestion, try placing the products
  227. into a vacuum dessicator to dry, instead.
  228.  
  229. Footnote 4 - The solubility of Ammonium Chloride in absolute Ethanol 
  230. is 0.6g/100g at 15C. The solubility in n-Butyl Alcohol is neglible, 
  231. even at its boiling point. If you use n-Butyl Alcohol, you will only 
  232. need to perform 3 reflux/filter operations to obtain sufficiently pure
  233. Methylamine Hydrochloride.
  234.  
  235. References to this section:
  236. Sharp & Solomon, J. Chem. Soc. 1477 (1931)
  237. Werner, J. Chem. Soc. 850 (1917)
  238. Sommelet, Compt. rend. 178, 217 (1924)
  239. Hofmann, Ann. 79, 16 (1851)
  240.  
  241.  
  242. 4) Synthesis of Acetamide from Acetic Acid and Urea
  243. ---------------------------------------------------
  244.  
  245. Urea is conveniently obtained as a constituent of many fertilizers 
  246. and so it is easily obtained. Sources have indicated that a 50lb bag
  247. can be purchased for $15 in the US. It is of less than ideal purity
  248. from this source, so some washing will be in order (with what?).
  249. Glacial Acetic Acid is easily obtained from photographic supply
  250. stores in high purity and for cheap as well. This reaction produces
  251. Acetamide with such purity that the product does not even need to be
  252. recrystallized (the reaction goes to completion with no side products).
  253. The reaction is:
  254.  
  255. CH3COOH + NH2CONH2 ----> CH3CONH2 + CO2 + 2NH3
  256.  
  257. Place 125g Urea and 125g of Acetic Acid in a 500mL round bottom flask
  258. in preparation for simple refluxing with magnetic stirring and without 
  259. cooling water. Attach condenser, claisen adapter and place thermometer 
  260. so that the bulb is around 1cm from the bottom, fully immersed. Heat on 
  261. an oil bath gently to bring the temperature of the mixture to 150C in
  262. 20 minutes. The mixture should be refluxing in the condenser, and
  263. probably subliming in it as well. Push any deposited crystals back
  264. into the adapter as necessary. Continue refluxing until temperature 
  265. can be raised to 195-200C (approximately 1.5 hours) Allow to cool, 
  266. then rearrange the condenser for distilling (once again, in free
  267. air). Heat until the Acetamide just begins to reach the condenser
  268. (200C or greater) then it is most practical to have another condenser
  269. on hand to quickly replace the first. This is not so convenient with
  270. ground glass jointware, in which case it might be best to just stop
  271. distilling completely until cleaning out the condenser or switching
  272. it. Continue heating to collect nearly pure Acetamide starting at 200C
  273. with most coming over from 214-216C. If the product smells strongly of
  274. mice (as in the rodents), then recrystallization from warm methanol is
  275. in order. To recrystallize, take 50g of Acetamide, dissolve in 40mL
  276. warm Methanol, add 100mL Ether and allow to stand. If your product is
  277. only faintly odorous and is colourless, then it is considered pure.
  278. Melting point is 80.5C.
  279.  
  280.  
  281. 5) Preparation of Absolute Ethanol from "Everclear" or Rectified Spirits
  282. ------------------------------------------------------------------------
  283.  
  284. Absolute, or 99.5% water-free, Ethanol is frequently necessary in many
  285. Organic operations. It is quite easy to prepare from the azeotrope with 
  286. water such as "Everclear" brand grain alcohol, "moonshine" or "Rectified 
  287. Spirits" (an old term for the same thing).
  288.  
  289. Dehydrate 100g of fresh anhydrous Calcium Oxide in a vacuum dessicator 
  290. for 24 hours (a bit redundant, I know). Setup glassware for simple
  291. refluxing with water-cooled condenser and a Calcium Chloride guard
  292. tube. Place 500mL of Ethanol into the flask, quickly add the Calcium
  293. Oxide and reflux gently on the water bath for 6 hours. Allow the 
  294. reflux mixture to stand overnight, then distill off the alcohol,
  295. discarding the first few ml (it may be more convenient to just vent
  296. the condenser to the atmosphere for the first couple of minutes after
  297. distillation has commenced).
  298.  
  299.     - eleusis@netcom.com - The Methylamine FAQ v2.0 Final - 06/24/95 -
  300.  
  301. +--------------------------------------------------------------------+
  302. |                 eleusis@netcom.com <jeff jenkins>                  |
  303. |         _                                               _          |
  304. |        /o\    Give me lava lamps or give me death...   /o\         |
  305. |        \_/                                             \_/         |
  306. |                                                                    |
  307. |   "In constant pursuit of the perfect 'Stoli, soda and lime'..."   |
  308. +--------------------------------------------------------------------+
  309.  
  310.  
  311.