0914中级有机实验教案2.docx

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0914中级有机实验教案2

中

级

有

机

实

验

教

案

2012年9月

蓝色部分为备课后修改或添加的内容

评分标准：

平时成绩60%；考试成绩40%。

每次试验的成绩：

预习10分，操作30分，实验结果30分，实验报告20分，卫生10分。

实验一安息香的辅酶合成（产品保留）

（本实验进行时抽时间准备试验二）

[实验目的]

学习安息香缩合的原理，掌握安息香缩合反应的实验操作方法,学习有机合成中连续化操作的方法.

[实验原理]

[主要药品及用量]维生素B11.7g（0.005mol）,苯甲醛（新蒸）10mL（10.4g；0.088mol），氢氧化钠5mol/L3mL，95%乙醇。

[主要设备仪器]标准磨口仪

[实验步骤]在100mL园底烧瓶中加入1.7g维生素B1和4mL水，使其溶解后加入15mL95%乙醇，将烧瓶置于冰浴中冷却。

同时取3mL5mol/L氢氧化钠于一试管中也置于冰浴中。

然后在冰浴冷却下，将氢氧化钠溶液在5min内自冷凝管顶端边摇动边逐滴加入烧瓶中。

当碱液加到一半时溶液呈淡黄色，随着碱液的加入溶液的颜色也变深。

量取10mL新蒸的苯甲醛，倒入反应混合物中，加入磁子后于70~80℃水浴上加热磁力搅拌90min（不加沸石，以后试验都用磁力搅拌），此时溶液在PH=8~9，反应混合物呈橘黄色或橘红色均相溶液，经冰浴冷却后即有白色晶体析出。

抽滤，用50mL冷水洗涤，干燥后粗产品重7~7.5g，熔点132~134℃（产率60~70%）。

用95%乙醇重结晶，每克粗产品约需乙醇6mL。

纯化后产物为白色结晶，熔点134~136℃。

将做好的产品留着下次实验作原料.（一般用50%的乙醇溶液洗涤即可，不重结晶）。

[注意事项]

1.维生素B1受热易变质，失去催化作用，应放入冰箱内保存，使用时取出，用完后及时放回冰箱中。

2.维生素B1在氢氧化钠溶液中噻唑环易开环失效，因此反应前维生素B1溶液及氢氧化钠溶液必须用冰水冷透。

3.苯甲醛极易被空气中的氧所氧化，应采用新蒸馏的苯甲醛。

4.反应过程中，开始时溶液不必沸腾，即水浴的温度不能超过80℃，反应后期可适当升高温度至缓慢沸腾（80~90℃）。

5.此时的PH值是该实验成败的关键，一定要仔细调节。

思考题

为何要向维生素B1中加入氢氧化钠溶液？

实验二苯片呐醇及苯片呐酮的制备与红外光谱的测定

一、实验目的

1.了解激发态分子化学行为和光化学分子合成的基本原理；

2.初步掌握光化学合成实验技术；

3.了解光化学异构产物与不同波长的紫外光之间的关系；

4.掌握制备苯片呐醇（本实验用光照法）和苯片呐酮的原理和方法；

5.学会红外光谱仪的正确操作方法。

二．背景知识

物质在可见光或紫外线照射下吸收光能时发生的光化学反应。

它可引起化合、分解、电离、氧化、还原等过程。

主要有光合作用和光解作用两类。

虽然早在18世纪人们就发现了自然界的光化学反应——光合作用，但是直到上个世纪80年代光化学的研究工作才有了飞跃的发展，并成为了一个化学分支。

目前，已经发现光化学反应作为一种合成方法有许多独特之处。

这是因为光化学反应一般都是以分子的激发态进行的。

分子在基态和激发态的电子排布不同，和基态相比，激发态的热力学能比较高，因而光化学反应可以形成基态难于形成的热力学性能比较的产品，如游离基、双基或张力比较大的环状化合物。

光化学反应不同于热化学反应，主要表现在两个方面。

光化学反应是由光能引起的。

依据分子吸收光的波长，可以选择性地激发某一种分子。

例如用313nm的紫外光照射顺式和反式的1,2-二苯乙烯时，只有反式的可以吸收光能。

光化学反应的第二个特点是分子吸收光子后所获得的能量大大超过热反应中得到的能量。

例如，苯用254nm的紫外光照射时，所吸收的能量为113J.mol-1,这相当于60000℃的热能。

而热化学反应式有热能引起的，反应物分子不可能选择性地活化，反应选择性差。

另外，热反应难以提供足够大的能量，即使达到所需要的温度，产品也是不稳定。

光化学反应为有机化学中的二聚、环加成、重排、氧化、还原、取代、消除等反应带来了许多新的实验方法。

这些反应有的用热反应是不能完成的，有的则需要经过很多步骤才能完成，而用光化学反应则可以大大简化这一过程。

能引起化学反应的光为紫外光和可见光，其波长为λ=200-700nm（能量较高）。

能发生光化学反应的物质一般具有不饱和键，如烯烃、醛、酮等（因为含有π、n电子，易激发）。

绝大多数有机分子在基态时是单线态（记作S）。

当吸收一定波长的光而受激发时，由于电子跃迁过程中电子自旋方向不变，所以总是产生单线激发态（分子这个第一激发态记作S1）。

但是单线激发态很不稳定，很快会发生激发电子自旋方向的倒转，变成热力学上比较稳定的三线态（激发三线态记作T1），由激发单线态向三线态转化的过程为系间窜跃（InterSystemCrossing简记ISC），激发的单线态S1可通过发出荧光释放出原来所吸收的光子能量，从而恢复到基态S。

三线态T1可通过发出磷光（波长较荧光要长）恢复至基态。

这两种途径都涉及自旋方向的转变。

因而比较困难，需要一定的时间。

故三线态比单线态的寿命要长。

许多光化学反应都是当反应物分子处于激发三线态时发生的。

因此三线态在光化学反应中特别重要。

例如PhCOPh的光化学还原反应就属于此类。

二苯酮的光化学还原是研究得比较清楚的光化学反应之一。

若将若将二苯酮溶于一种质子给与体的溶剂中,如异丙醇,并将其暴露于紫外光中时,会形成一种不溶性的二聚体——苯片呐醇。

该还原过程是一个包含自由基中间体的单电子反应。

羰基化合物受光的激发后，会发生两种不同的跃迁：

（1）n→π*跃迁

（2）π→π*跃迁，与π→π*跃迁相比，n→π*跃迁所需要的能量要低得多，因此羰基化合物的光化学反应多是由n→π*跃迁引起的。

实践证明，二苯酮的光化学反应是n→π*三线态的反应。

片呐醇是有机合成中重要的中间体，广泛用于农药、医药等精细化工产品的合成，尤其是不对称的片呐醇是天然产物合成的重要中间体。

片呐醇一般通过羰基化合物的还原偶联来制备。

按照采用的方法和试剂的不同，可分为：

光化学还原偶联、电化学还原偶联、

金属试剂或金属络合物的还原偶联。

羰基化合物还原偶联为片呐醇一般遵循单电子转移历程,反应中除了双分子偶联产物外，还有单分子还原产物，偶合产物又有两个手性中心，这为片呐醇的有效合成增加了困难。

为了有效控制反应的化学选择性和产物的立体选择性,寻求新的金属试剂和新的反应体系一直是人们关注和研究的热点。

随着新技术的应用以及新试剂的不断引入，对此类反应的研究又有了新的成果和方法，实现片呐醇的绿色合成已成为该领域的研究热点之一。

其中光化学还原偶联以及以水作溶剂的金属试剂还原偶联制备片呐醇是目前的发展趋势。

三、实验原理

光化学还原偶联：

还原过程是一个包含自由基中间体的单电子反应：

四、仪器和药品

红外光谱仪，超声波清洗器，镁屑0.8g（0.035mol），二苯酮2.8g（0.015mol），异丙醇20ml，碘2.5g（0.01mol），无水乙醚13mL,无水苯28mL，苯片呐醇（自制）1.5g，冰醋酸8mL，95%乙醇8mL

五、实验步骤

一）苯片呐醇的制备

1.光化学反应：

在干燥的25ml锥形瓶中[1]加入2.8g二苯酮和20ml异丙醇，在水浴上温热使二苯酮溶解，向溶液中加入1滴冰醋酸[2]，再用异丙醇将锥形瓶充满，用磨口塞将瓶口塞紧，尽可能排出瓶内的空气,必要时可补充少量异丙醇。

放在向阳的窗台或平台上，光照1周[3]。

由于生成的苯片呐醇在溶剂中的溶解度很小，随着反应的进行苯片呐醇晶体从溶液中析出。

待反应完成后，在冰浴中冷却使结晶完全。

真空抽滤，并用少量异丙醇洗涤结晶，得到大量无色晶体，干燥后称量，测定熔点并计算产率。

产量2-2.5g，熔点187-189℃。

纯苯片呐醇的熔点为189℃。

注意：

在玻璃塞上绑上生料带，再塞在锥形瓶上；

尽量用异丙醇装满锥形瓶；

刚开始时不能有沉淀；

贴上姓名。

二）苯片呐酮的制备

在50mL圆底烧瓶中加入1.5g自制的苯片呐醇、8mL冰醋酸和一小颗碘粒[5]，装上回流冷凝管，加热回流10min。

稍冷后加入8mL95%乙醇，充分振摇后让其自然冷却结晶，抽滤，用少量冷乙醇洗涤（除去吸附的碘），干燥后称重，计算产率，测定其熔点和红外光谱。

产品约1.2g，熔点180~181℃。

三）红外光谱的测定

①样品准备（样品与KBr的比例一般为1：

100或2：

100，烘干，研磨成粒度在5µm以下）

②压片（使用模具和压片机）

③测试：

让仪器通电预热，使其稳定在15min以上，将压好片的样品置于样品光路，将基线调至80%左右，扫描，检峰，绘制样品的红外光谱图[6]。

六、注释

[1]光化学反应一般需在石英器皿中进行，因为需要比透过普通玻璃波长更短的紫外光的照射，而二苯酮激发的n-π＊跃迁所需要的照射约为350nm,这是易透过普通玻璃的波长。

[2]加入冰醋酸的目的是为了中和普通玻璃器皿中微量的碱，碱催化下苯片呐醇以裂解生成二苯甲酮和二苯甲醇，对反应不利。

[3]反应进行的程度取决于光照情况。

如阳关充足直射下4天即完全反应,如天气阴冷，则需1周或更长的时间,但时间长短并不影响反应的最终结果。

如用日光灯照射，反应时间可明显缩短，3~4天即可完成。

[4]加入亚硫酸氢钠的目的是为了除去游离的碘。

[5]碘在本实验的作用像Lewis酸一样有助于羟基的离去，其反应机理如下：

[6]苯环的吸收峰在3050〜3010cm-1,〜1600cm-1和〜1500cm-1左右。

C=O在1670〜1660cm-1左右有强的伸缩振动吸收峰。

七、思考题

1.光化学反应的类型有哪些？

2.发生光化学反应必须具备什么条件？

3.二苯酮与二苯甲醇的混合物在紫外光照射下能否生成苯片呐醇？

写出反应机理。

4.光化学反应与传统的热反应相比，有哪些优点？

还有哪些不足之处。

参考文献

[1]李珺、张逢星、李剑利，综合化学实验，科学出版社，2011。

[2]吴世晖、周景尧、林子森，中级有机实验，高等教育出版社，1986。

[3]北京大学化学系编，有机化学实验，北京大学出版社，1990。

[4]张友杰、李念平，有机波谱教程，华中师范大学出版社，1990。

[5]边延江、李金燕、李记太，片呐醇的绿色合成，化学进展，2006，8（7/8）,927。

[6]边延江、吴博、张德军、李记太，超声“一锅法”合成苯片呐醇，化学教育，2004，4,56

实验三二苯乙二酮合成及薄层跟踪

[实验目的]学习安息香被氧化生成α-二酮的操作方法；学习薄层分析法检测有机反应进行程度。

[实验原理]

[主要药品及用量]CuSO4•5H2O9.6g（0.038mol），吡啶9.4mL（12g0.15mol），自制二苯羟乙酮4g（用自制的产品，根据产品质量称量其他试剂），10%盐酸8.4mL。

（

[主要设备仪器]短波紫外分析仪,标准磨口仪,鼓风干燥箱等

[实验步骤]在装有机械搅拌器、回流冷凝管的三颈瓶中，放入9.6g结晶硫酸铜，9.4mL吡啶及3.5mL水，用空气浴加热并搅拌，直至硫酸铜完全溶解为止。

然后加入4g二苯羟乙酮（自制），继续加热搅拌1.5h。

反应混合物变成深绿色，熔化的二苯乙二酮在上层（在此反应阶段,每隔半小时取样检查反应进程）。

冷却后，倾出硫酸铜—吡啶溶液，将二苯乙二酮用水洗涤，直至溶液的绿色消失，然后与8.4mL10%HCl一同加热。

冷却后，将二苯乙二酮过滤，用水洗涤，抽干后用CCl4重结晶（每1g二苯乙二酮用2mLCCl4）。

若将母液浓缩常常可以多得到一些产品。

重结晶后的产品熔点为94~95℃，产量为3.5g（产率88.4%）。

产品留着下次实验的原料（一般不重结晶，烘箱80度干燥）。

在本实验前准备好层析板，首先将原料二苯羟乙酮取少量溶于二氯甲烷，点样，用二氯甲烷作展开剂展开，用电吹风吹干后，在紫外灯下观察并记录。

在反应过程中每40min取样一次（样品要稀释），操作同第一次一样，直到原料点几乎消失为止。

[注意事项]

1.学生各自可以根据上一次实验产品的量,按比例加入其它试剂.

2.在加入二苯羟乙酮之前，不能加热过猛，否则会产生爆沸。

3.在上层生成的二苯乙二酮如因振动而破碎，不易倾出硫酸铜—吡啶溶液，可直接用过滤法除去溶剂。

实验四二苯基羟乙酸合成及红外光谱测定

[实验目的]学习用二苯乙二酮在氢氧化钾作用下重排制备二苯基羟乙酸的原理及操作方法；学习红外光谱测定方法，将自己作的红外光谱图与二苯基羟乙酸标准图谱对比，找出各主要吸收峰的归属。

[实验原理]二苯乙二酮与氢氧化钾溶液一起回流生成二苯基羟乙酸盐，称为二苯基羟乙酸重排，一当生成羧酸盐，经酸化后即产生二苯基羟乙酸，其反应过程如下：

[主要药品及用量]95%乙醇，KOH3.5g（0.0625mol），自制二苯乙二酮3.5g。

[主要设备仪器]红外光谱仪,鼓风干燥箱,标准磨口仪,熔点测定仪等.

[实验步骤]

（一）二苯基羟乙酸的合成

在100mL园底烧瓶中加入10.8mL95%乙醇和3.5g二苯乙二酮，装上回流冷凝管，加热回流，使其完全溶解，同时在另一三角瓶中将3.5g氢氧化钾溶于7.6mL水中，在振摇下将氢氧化钾水溶液分次加入园底烧瓶中，回流15min，此期间反应液由深兰紫色转化为棕色。

最后将反应液转移到烧杯中，放入冰水浴中冷却约0.5h，可得到二苯基羟乙酸钾盐的结晶，抽滤，并用2mL95%乙醇洗涤固体。

所得到的二苯基羟乙酸钾盐溶于尽量少（大约40毫升）的热水中，加活性炭脱色（颜色不深可不脱色，如果脱色，加活性炭一小匙）并趁热过滤[1]，滤液在冰水浴中用浓盐酸酸化至PH=2。

当此反应混合物冷至室温后，用冰浴冷却。

抽滤，并用冷水充分洗涤，干燥，测熔点，计算产率。

纯的二苯基羟乙酸熔点为150℃。

如需进一步纯化，可用95%的乙醇（30~50mL/g）进行重结晶（一般用50%的乙醇溶液洗涤即可，不必重结晶）。

测定纯产品的熔点和红外光谱（测定方法已在《仪器分析》学过），与二苯基羟乙酸已知图谱作对比（见P56图5—1），并指出各吸收峰的归属。

（二）红外光谱（固体）测试步骤（测定方法学生已在《仪器分析》学过）

①样品准备（样品与KBr的比例一般为1：

100或2：

100，烘干，研磨成粒度在5µm以下）

②压片（使用模具和压片机）

③测试：

让仪器通电预热，使其稳定在15min以上，将压好片的样品置于样品光路，将基线调至80%左右，扫描，检峰，绘制样品的红外光谱图。

[注意事项]

1.趁热过滤操作要快，否则在布氏漏斗上便有结晶，混入活性炭中，会影响产率。

2.在接近终点时，边搅拌边慢慢滴加浓盐酸，使其结晶完全。

思考题：

1.将二苯羟乙酸钾盐用浓盐酸酸化时，为何pH为2，大于或小于2有何影响？

2.如何合成下列化合物？

实验五2—氨基—1，3，4—噻二唑（敌枯唑）的合成

[实验目的]1.学习1，3，4—噻二唑杂环的合成原理和操作方法。

2.进一步学习有机合成中连续化操作的方法.

[实验原理]

[主要药品及用量]氨基硫脲2.5g（0.055mol），甲酸1.5mL（3.5g0.077mol），浓盐酸5.4mL（12.8g0.13mol），40%氢氧化钠水溶液。

[主要设备仪器]标准磨口仪，循环水泵，加热磁力搅拌器，气流烘干器

[实验步骤]

将5g氨基硫脲加入100mL的三颈瓶中，再加入3mL甲酸和10.8mL浓盐酸，搅拌回流2h，温度110~114℃，冷却，用40%NaOH中和至PH=8~9，再用冰水浴冷却15min，抽滤，洗涤，干燥，用水重结晶，干燥，测熔点。

文献值191℃。

[注意事项]

由于反应温度较高，有酸雾放出，为了减少实验室里的环境污染，反应装置中一定要安装酸的吸收装置。

实验六7-羟基-4-甲基香豆素的合成（注意仪器要求干燥）

一、实验目的

学习Phechmann法制备香豆素的原理，掌握4-甲基-7-羟基香豆素合成的实验操作方法

二、实验原理

三、仪器和药品

间苯二酚2.2g（0.02mol），乙酰乙酸乙酯2.6mL（2.6g；0.02mol），对甲苯磺酸0.1g。

四、实验步骤

1.4-甲基-7-羟基香豆素的制备

在装有磁力搅拌子、回流冷凝管的50mL干燥圆底烧瓶中加入2.2g（0.02mol）间苯二酚、2.6mL乙酰乙酸乙酯、0.1g对甲苯磺酸，搅拌下水浴加热至75℃，继续保温2h，将反应液倒入15mL有碎冰的水中，析出沉淀，抽虑[1]，用10%的氢氧化钠溶液溶解沉淀，再用2M的硫酸酸化至=4，析出白色固体，抽滤，用20mL3：

2的乙醇：

水溶液重结晶[2]，得白色产品（熔点184~186℃）。

2.4-甲基-7-羟基香豆素的荧光光谱测定

1）样品准备（将0.88mg样品溶解在100ml无水乙醇中）

2）开电脑进入Windows系统，开CaryEclipse主机（注：

保证样品室内是空的）；双击CaryEclipse图标。

3）在CaryEclipse主显示窗下，双击所选图标，进入浓度主菜单

4）单击Setup功能键，进入参数设置页面，在光谱类型选框中选择“Emission”发射光谱,设置好每页的参数，参数设置完成后，点击“OK”。

5）测试：

将液体试样放入专用的液体样品槽中，固定到样品座中，若其表面溅有溶液可用擦镜纸拭干。

关闭试样室，单击Start键，开始发射光谱测试，测试完毕，保存文件。

再重新单击Setup功能键，进入参数设置页面，在光谱类型选框中选择“Excitation”激发光谱，设置好每页的参数，然后按OK回到浓度主菜单。

单击Start键，开始激发光谱测试，测试完毕，保存文件，开始打印谱图。

6）测定完毕，倾出样品溶液，样品池用溶剂淋洗三次，同时关闭试样室。

7）将仪器参数恢复到原始设置，关机。

五、注释

[1]反应停止，冷却后如果在反应瓶中直接析出固体，可以采取先抽滤，然后再用水洗涤；

[2]为了使固体快速溶解，可以先加入12mL乙醇，加热使其溶解，然后趁热加入8mL水，再冷却即可析出晶体。

4-甲基-7-羟基香豆素的激发与发射光谱

六、思考题

试述Phechmann法制备香豆素的反应机理。

七、参考文献

1.丁欣宇，7-羟基4-甲基香豆素的合成，上海化工，2004，26-27；

2.实用精细化学品手册编写组，实用精细化学品手册（有机卷），北京：

化学工业出版社，1996，1502；

3.章思规，辛忠主编，精细有机化工制备手册，北京：

科学技术文献出版社，1994，605-606。

实验七3—α—呋喃基丙烯酸的制备及UV测定

[实验目的]学习以呋喃甲醛和乙酸酐为原料，在碱性条件下经Perkin缩合反应制备3—α—呋喃基丙烯酸的原理及操作方法；同时，利用中和滴定法测定产品的纯度。

[实验原理]

[主要药品及用量]呋喃甲醛（新蒸）2.5mL（2.9g0.03mol）,乙酸酐（新蒸）7mL（6.43g0.06mol）,无水碳酸钾3g，碳酸钠，邻苯二甲酸氢钾，0.1mol/L的NaOH标准液，酚酞指示剂溶液：

0.2%乙醇水溶液。

[主要设备仪器]分析天平，标准磨口仪，循环水泵，加热磁力搅拌器，气流烘干器

[实验步骤]

（一）3—α—呋喃基丙烯酸的制备

在100mL园底烧瓶中，依次加入2.5mL呋喃甲醛、7mL乙酸酐和3g无水碳酸钾，装上回流冷凝管，用电热套加热回流1.5h。

搅拌下趁热将反应物倒入盛有50mL冷水的烧杯中。

用固体碳酸钠中和3—α—呋喃基丙烯酸至弱碱性，加入活性炭煮沸5~10min，趁热过滤。

滤液在冰水浴中边搅拌边滴加浓盐酸，至PH=2~3，3—α—呋喃基丙烯酸完全析出，抽滤，用少量水洗涤2次。

粗产品用1：

3乙醇水溶液重结晶，抽滤，洗涤，尽量抽干。

然后烘干，称量，留着纯度测定用。

（二）呋喃甲醛及3—α—呋喃基丙烯酸的UV测定

1.样品准备（将1毫克样品溶解在100毫升乙醇中）；

2.在UV光谱仪上测定光谱，打印图谱。

[注意事项]

1.呋喃甲醛存放过久会变成棕褐色甚至黑色，同时往往含有水分。

因此，使用前必须蒸馏提纯，收集155~162℃的馏分。

2.乙酐放久了，由于吸潮和水解将转变为乙酸，故本实验所需的乙酐必须在实验前进行重新蒸馏。

3.本实验回流所用的仪器以及量筒在实验前必须干燥。

4.反应开始时应控制加热速度，由于逸出二氧化碳有泡沫出现，以防冲出瓶外。

思考题：

1.何种结构的醛能进行perkin反应？

2.呋喃甲醛和丙酸酐在碳酸钾的存在下相互作用得到何种产物？

3.原料及产物的紫外光谱有何不同？

为什么？