对映纯(S)-(-)-和(R)-(+)-1-1-联-2-萘酚的制备——武汉大学综合化学实验实验报告.docx

对映纯（S）-(-)-和（R）-(+)-1,1-联-2-萘酚的制备（武汉大学 化学与分子科学学院， 武汉 430072）摘要：本实验选用具有操作简单、原料易得、制备周期短、成本低廉、光学纯度和化学收率高的环硼酸酯法进行拆分制备。以此加强对有机立体化系基本概念的理解，进一步熟悉有机合成基本操作以及表征方法。最终制得对映纯（S）-(-)-和(R)-(+)-1,1-联-2-萘酚分别为0.68 g及0.30 g，比旋光度分别为-32.84和+9.75。故可得出结论（S）-(-)- 1,1-联-2-萘酚产率为30.07 %，光学纯度为92.52 % ；(R)-(+)-1,1-联-2-萘酚产率为13.24 %，光学纯度为27.46 %。(R)-(+)-1,1-联-2-萘酚纯度不高原因可能是其中有部分（S）-(-)- 1,1-联-2-萘酚混杂。关键词：手性化合物 环硼酸酯法 旋光度 熔点中图分类号：O 643 文献标识码：A0引言手性化合物对生命科学、材料科学、信息科学等的发展有非常重要的意义。手性合成即不对称成和，是获取光活性化合物的重要手段，也是当代化学发展的前沿领域之一。对映纯（S）-（-）-和（R）-（+）-1,1-联-2-萘酚是在不对称合成中广泛使用的手性配体和手性辅助剂，在众多不对称反应中都能显示出很高的手性诱导。就光活性的（S）-(-)-和(R)-(+)-1,1-联-2-萘酚的制备而言，外消旋体拆分法1 最具实际意义。其中，环磷酸酯法2 应用较广，但此法制备周期长，反应需无水条件并需使用昂贵的氢化铝锂。本实验选用环硼酸酯法3。具有操作简单、原料易得、制备周期短、成本低廉、光学纯度和化学收率高的优点。1 实验部分1.1 试剂与仪器（1）试 剂： 硼酸，正丁醇，(S)-脯氨酸，外消旋1,1-联-2-萘酚,甲苯，四氢呋喃，乙醚，石油醚（60-90C），2 mol/L HCl, 1 mol/ L NaOH，金属钠，无水硫酸钠，无水氯化钙，无水硫酸镁 pH试纸。（2）仪 器 WZZ-1S旋光仪一台，熔点测定仪一台，天平一台，水泵一套， 磁搅拌器一台（含转子），电热套（可配用电磁搅拌）一套。100 mL恒压滴液漏斗（19# 2）一只，25 cm的韦氏柱一只 （19#），油水分离器一只（19# 2），100 mL三口瓶（19# 2）一只，100mL抽滤瓶一只，40 mm布氏漏斗（或与抽滤瓶配套的40 mm 19#磨口的砂芯漏斗）一只，100mL，50mL和25 mL圆底瓶（19#）各2只，蒸馏头（19# 2）一只，具塞油鼓泡器（19#）一只，回流冷凝管和直型冷凝管（19# 2）各一只，尾接管（19# 2）一只，250C磨口温度计一只（14#），弯管塞（19#）一只，磨口塞（19#）三只, 100 mL分液漏斗一只， 50 mL、10 mL量筒各一只，干燥管一只。脱脂棉或玻璃毛（布）适量。1.2 实验步骤1硼酸三丁酯的制备在一个装有分水器的50 mL圆底烧瓶中加入硼酸（3.1 g，0 .05 mol）和正丁醇（15 g，约0.2 mol），再加入15mL左右的甲苯，用电热套加热回流（冷凝管上面安装干燥管），直至不再有水馏出为止（约80 min）。将反应物经25cm的韦氏柱（Vigreus column）用油泵减压蒸馏，收集沸点230-235C的馏分（22.74 g，蒸馏时为三人合并一起蒸馏）。2非对映1,1-联-2-萘酚硼酸(S)-脯氨酸酐的制备 在一只100 mL的干燥三口烧瓶中加入外消旋1,1 -联-2-萘酚(2.98 g， 10 mmol)、上面制得的硼酸三丁酯 (2.40 g, 10.478 mmol, 约2.85 mL) 和干燥的甲苯(50-60mL)。在氮气保护下依次装上恒压漏斗（漏斗底部放适量脱脂棉或玻璃布，上面加入10 g左右、豆粒大小的无水氯化钙）、回流冷凝管和具塞油鼓泡器。在搅拌下的同时加入1.21 g碾细的干燥（S）-脯氨酸，溶液为白色浑浊状。搅拌并加热，约15 min后，白色浑浊溶液变为黄色清液，搅拌同时加热回流3小时后，生成均相溶液，瓶底出现白色物质。冷至室温，过滤，固体用新鲜甲苯和乙醚洗涤，减压干燥，得到白色粉末状物质及米黄色块状有气孔的颗粒（研细），为非对映异构的 (S,S)-和 (R,S)-1,1-联-2-萘酚硼酸脯氨酸酐混合物(3.14 g)，测熔点，备后用。31,1-联-2-萘酚硼酸(S)-脯氨酸酐非对映体的分离将制得的1,1-联-2-萘酚硼酸脯氨酸酐非对映体混合物(白色粉末状物质及白色块状有气孔的颗粒分别处理)转移至一只100 mL的圆底烧瓶中，加入30 mL四氢呋喃室温搅拌1 h, 过滤，固体用新鲜四氢呋喃洗两次（5 mL2）, 减压干燥，得到(S,S)-1,1 -联-2-萘酚硼酸脯氨酸酐(2.11 g)。四氢呋喃母液为黄色溶液，将两上述分别处理的母液混合，用旋转蒸发仪蒸干溶液后再用油泵抽干，过滤，几乎得到(R,S)-1,1-联-2-萘酚硼酸脯氨酸酐(1.04 g)。分别进行熔点测定。4对映纯(S)-(-)-和(R)-(+)-1,1-联-2-萘酚将上面得到的白色固体(S,S)-1,1-联-2-萘酚硼酸脯氨酸酐（2.00 g）和黄色粘稠物(R,S)-1,1-联-2-萘酚硼酸脯氨酸酐(1.04 g)分别放于两个100 mL 的圆底烧瓶中， 加入1 mol/L的NaOH溶液(20 mL)和乙醚(30 mL)搅拌处理生成清亮的两相溶液（约15分钟）,继之加入 2 mol/L的HCl溶液10-15 mL, 使之呈酸性,溶液出现白色混浊物， 继续搅拌10分钟，为两相清液。分出有机相，用乙醚萃取水溶液（5mL2），合并有机相，用无水硫酸钠干燥，蒸出乙醚溶液，蒸干，瓶壁上有黄色固体附着。加入10mL左右的苯，加热使其溶解，慢慢冷却结晶，抽滤得到晶体。(R)-(+)-1,1 -联-2-萘酚的晶型为针状，但晶体较小，如粉末状般(质量为0.30 g)。(S)-(-)-1,1-联-2-萘酚为无色方形晶体（质量为0.68 g）进行熔点和旋光度的测定，计算得率和光学纯度。2结果与讨论2.1实验结果表一. 中间产物及最终产物产量、产率表注：以上各个产率为分步产率，非总产率。其中硼酸三丁酯产量22.74 g为三人合并后产品质量，计算产率时取平均值进行计算。表二. 中间产物及最终产物熔点表注：其中(R,S)-1,1-联-2-萘酚硼酸脯氨酸酐为油状物熔点无法测定，故没有测定其熔点。表三. 最终产物的比旋光和光学纯度注：对映纯1,1-联-2-萘酚在四氢呋喃中的最大比旋光D25=35.5(c=1 g/mL，in THF) 2.2讨论1文献中硼酸三丁酯的收率为85%95%，而实验实际产率为65.86 %，原因是温度低，分馏操作不容易进行，损失较大。而且由于温度无法上升至沸点230-235，又由于所需产物硼酸三丁酯与副产物硼酸二丁酯及硼酸一丁酯沸点差距不大，使得纯度降低，对于非对映1,1-联-2-萘酚硼酸(S)-脯氨酸酐混合物的产率也有影响。2. 第二步非对映1,1-联-2-萘酚硼酸(S)-脯氨酸酐的制备中中，由制得的非对映异构的 (S,S)-和 (R,S)-1,1-联-2-萘酚硼酸脯氨酸酐混合物减压干燥后为白色粉末状固体和带有小孔的米黄色块状物质，此处将带有小孔的白色块状物质弃去。在制备（S）-（-）-1,1-联-2-萘酚时可以发现，用白色粉末状固体作为反应物的体系，加入NaOH与乙醚后搅拌迅速生成清亮的两相溶液，将THF蒸干后，圆底烧瓶壁上为黄色油状物质，加入甲苯后迅速溶解，不需要通过加热使其溶解。而用研细的带有小孔的米黄色块状物质作为反应物的体系，加入NaOH与乙醚后需搅拌15min左右才生成清亮的两相溶液，分液时可发现部分乳化。将THF蒸干后, 圆底烧瓶壁上有黄色固体附着，加入甲苯后需加热才能溶解。但最终冷却结晶后只有后者长出无色块状晶体。原因可能是前者量少，而且加入甲苯量过多，远远无法达到饱和浓度，晶体不能析出。另外，通过比旋光度的测定，发现带有小孔的米黄色块状物质应该也是非对映异构的 (S,S)-和 (R,S)-1,1-联-2-萘酚硼酸脯氨酸酐混合物，因此，开始时，将带有小孔的米黄色块状物质弃去是不理智的，同时使得产率大大降低。3. 第三步在分离1,1-联-2-萘酚硼酸(S)-脯氨酸酐非对映体时，试剂的用量都照搬实验课本未根据反应产物量进行适当改良，使得非对映体分离不完全，也使得晶体难以达到其饱和浓度，产率降低。4. 第四步在制备对映纯(S)-(-)-和(R)-(+)-1,1-联-2-萘酚过程中，用苯重结晶过程应根据实验得到的产品的质量来决定苯的用量，否则重结晶过程损失过多，影响产率。5. 结合表二可知，中间产物及最终产物的熔程较大，而且通过与本组其他同学横向对比，各人相同产物的熔点差距也很大。对于部分产物，初熔不久就已碳化或者说为黄色油状物质，难以判读其最终熔点。由此也可发现，产物纯度不高，杂质较多。6. 结合表三可知，由于测量旋光度时，需要溶液为10 mL，若要保证c=1 g/mL in THF，则两种晶体质量需求都太大。但实际上，由于产率低下和转移所导致的误差，尽可能配置更浓的溶液，故(R)-(+)-1,1 -联-2-萘酚称取0.2 g，(S)-(-)-1,1-联-2-萘酚称取0.58 g来配置溶液。根据测量数据以及计算结果得（S）-(-)- 1,1-联-2-萘酚光学纯度为92.52 % ；(R)-(+)-1,1-联-2-萘酚光学纯度为27.46 %。(R)-(+)-1,1-联-2-萘酚光学纯度较低，可能有S）-(-)- 1,1-联-2-萘酚S）-(-)- 1,1-联-2-萘酚混杂于其中。3结论（S）-(-)- 1,1-联-2-萘酚产率为30.07 %，光学纯度为92.52 % ；(R)-(+)-1,1-联-2-萘酚产率为13.24 %，光学纯度为27.46 %。(R)-(+)-1,1-联-2-萘酚纯度不高原因可能是其中有部分（S）-(-)- 1,1-联-2-萘酚混杂。致 谢感谢龚淑玲老师的悉心指导，感谢同组同学的合作帮助，感谢预备室老师为我们提供各种仪器和试剂。参考文献：1 黄世文，单自兴，赵德杰.化学试剂，2000, 22（4）：207.Huang Shijie, Shan Zixing, Zhao Dejie . Chemical reagent, 2000, 22（4）：207(Ch). 2 Kaba E P, Gokel G W, de Jong F, et al. J Org Chem,1977(47):41733 Cai Dongwei, et al. Tetrahedron Lett, 1995, 36(440 ):7991Synthesis of (S)-(-)-and (R)-(+)-1,1-bi-2-naphthol or 2,2-dihydroxyl-1,1-binaphthyl( College of Chemistry and molecular sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, China )Abstract: Ring boric acid ester method is a way that has so many advantages, such as Simple operation,easy to getraw materials,preparation ofa short cycle,low-cost, high chemical yield andoptical purity. By using this method, well understandthepreparation method,become more familiar withthebasic operationoforganic synthesisand the way of characterization. In the end, the mass of (S)-(-)-and (R)-(+)-1,1-bi-2-naphthol or 2,2-dihydroxyl-1,1-binaphthyl is 0.68 g and 0.30 g, and the specific rotation is -32.84 and +9.75 accordingly. The productivity and opticalpurification of (S)-(+)-1,1-bi-2-naphthol or 2,2-dihydroxyl-1,1-binaphthyl is 30.07% and 92.52%; 13.24% and 27.46% is for (R)-(+)-1,1-bi-2-naphthol or 2,2-dihydroxyl-1,1-binaphthyl. The reas