有机合成实验

1、实验一 环己酮的合成（铬酸法）（6学时）氧化反应是一类最普遍、最熟悉和非常重要的有机合成单元反应。醇、酚、醛、酮、羧酸、酸酐等含氧化合物常用氧化反应来制备，如乙醛，乙酸的合成，苯酚、丙酮的合成，环己酮和己二酸的合成等。 近几十年来，化工生产有十五项重大突破，其中六项是氧化反应如乙烯直接氧化制乙醛，丙烯氨氧化反应制丙烯腈等。因此，氧化反应在化工生产上占有极重要的地位。 有机化学中常用的氧化反应主要有化学氧化法，电解氧化法和生物氧化法。化学氧化法是用化学氧化剂（大多数是无机氧化剂）使有机物进行氧化反应。最常用的氧化剂有空气（氧气）、高锰酸钾、重铬酸钾、硝酸、次卤酸盐、三氧化铬、过渡金属氧化剂等。电

2、解氧化法是利用电解过程使物质氧化的方法，如工业上葡萄糖酸钙的制造就是采用电解氧化法。生物氧化法则是利用微生物或借助酶的生物催化作用等在发酵过程中使有机物发生氧化反应。粮食发酵制酒是我们祖先发明的生物氧化法，现在工业上仍用这一方法制造酒精。工业上生产维生素C，也是采用了生物氧化法。由于发酵过程中包含了复杂的多种反应，如断链、水解、氧化、还原等反应，故一般称它为生物合成法。氧化反应一般都是放热反应，所以必须严格控制反应条件和反应温度，如果反应失控，不仅破坏产物，降低收率，有时还有发生爆炸的危险。醇氧化可以制备醛酮，环醇氧化可制得环酮，常用氧化剂是铬酸，一般可由重铬酸钠（钾）或用三氧化铬与过量的酸（

3、硫酸或乙酸）反应制得。铬从6价还原到不稳定的+4价状态，+4价铬在酸性介质中迅速进行歧化作用形成+6价和+3价铬的混合物，同时继续氧化醇，最终生成稳定的深绿色的三价铬。一、实验目的Ø 掌握铬酸氧化法制备环己酮的原理和方法。Ø 巩固萃取和简易水汽蒸馏以及蒸馏的基本操作。二、实验原理本实验以环己醇为原料，用重铬酸钠和硫酸作氧化剂制备环己酮。三、仪器和试剂1、仪器：150 mL三口烧瓶烧瓶；直形冷凝管；空心塞；空气冷凝管蒸馏头（1个）。2、试剂：环己醇5g（5.5mL，0.05mol），重铬酸钠（Na2CrO7·2H2O）5.5g（0.018mol），浓硫酸，乙醚，氯化

4、钠，无水硫酸镁。四、实验步骤在250 mL烧杯中，溶解5.5g重铬酸钠于30 mL水中，然后在冷却和搅拌下，慢慢加入4.5mL浓硫酸，得一橙红色溶液，冷却至30以下备用。在150 mL三口烧瓶中，加入5.5mL环己醇，在搅拌条件下加入上述制备好的铬酸溶液，搅拌使充分混合。测量初始反应温度，并观察温度变化情况。当温度上升至55时，立即用冷水浴冷却，保持反应温度在5560之间，约0.5h后，温度开始出现下降趋势，移去水浴再放置0.5h以上。其间要不时摇振，使反应完全，反应液呈墨绿色。在反应瓶内放人30 mL水和几粒沸石，改成蒸馏装置。将环己酮与水一起蒸出来，直至馏出液不再混浊后再多蒸810 mL，

5、约收集25mL馏出液。馏出液用氯化钠（约需6g）饱和后，转入分液漏斗，静置后分出有机层。水层用10 mL乙醚提取一次，合并有机层与萃取液，用无水硫酸镁干燥，在水浴上蒸去乙醚后，改用空气冷凝管进行常压蒸馏，收集151155馏分，称量产量。实验注意事项1、取样Ø 环己醇粘稠，量筒内的环己醇尽可能的倒净，或者使用称量法。Ø 注意废酸液不要触及皮肤，以防腐蚀。2、蒸馏Ø 加水蒸馏产品，实际上是一种简化了的水蒸气蒸馏，环己酮和水形成恒沸混合物，沸点95，含环己酮38.4。Ø 环己酮密度（0.9478）与水相差不大，3l时在水中的溶解度为2.4g/100L水。加入氯

6、化钠的目的是为了产生盐析作用降低外环己酮的溶解度，并有利于环己酮的分层。注意水的馏出量不宜过多，否则即使使用盐析仍不可避免有少量环己酮溶于水中而损失掉。3、结果Ø 纯环己酮沸点为155.7，密度为0.9478，折射率为1.4507。Ø 产量约34g，产率约6171。环己酮的红外光谱图环己酮的核磁共振谱图五、思考题1、实验中为什么要严格控制反应温度在5560之间温度过高或过低有什么不好？2、盐析的作用是什么？3、请查找资料，设计使用其它将仲醇氧化成酮的氧化剂和实验方法。实验二 染料甲基橙的制备（6学时）一、实验目的Ø 学习重氮盐制备技术，了解重氮盐的控制条件。 &#

7、216; 掌握和了解重氮盐偶联反应的条件，掌握甲基橙制备的原理及实验方法。 Ø 进一步练习过滤，洗涤，重结晶等基本操作。二、实验原理甲基橙：甲基橙是酸碱指示剂，它是由对氨基苯磺酸重氮盐与N, N-二甲基苯胺的醋酸盐，在弱酸性介质中偶合得到的。偶合首先得到的是亮红色的酸式甲基橙，称为酸性黄，在碱中酸性黄转变为橙黄色的钠盐，即甲基橙。重氮盐的制备：偶联反应：三、仪器和试剂1、仪器：100mL烧杯；吸滤瓶；布氏漏斗。2、试剂：对氨基苯磺酸（两个结晶水），5和10氢氧化钠，亚硝酸钠，浓盐酸，碘化钾淀粉试纸，N，N二甲基苯胺，冰乙酸，饱和氯化钠，乙醇，乙醚，尿素四、实验步骤1、重氮盐的制备在1

8、00 mL烧杯中放置对氨基苯磺酸晶体2.1g（0.01mol），加入5氢氧化钠溶液10mL，热水浴温热溶解后用冰水浴冷至室温。另将0.8g亚硝酸钠（0.011mol）溶于6mL水，加人上述溶液中，用冰水浴冷至05。再将由3mL浓盐酸和10 mL水配成的溶液慢慢滴入其中，边滴加边搅拌，控制温度在05之间，很快有对氨基苯磺酸重氮盐的细粒状白色沉淀析出。滴完后用碘化钾淀粉试纸检验，试纸应为蓝色。继续在冰浴中搅拌15分钟使反应完全。2、偶合：将新蒸馏的N，N二甲基苯胺1.2g（1.3mL，0.01mol）和l m1冰乙酸在试管中混匀，慢慢滴加到上少制得的重氮盐的冷的悬浊液中，同时剧烈搅拌，甲基橙呈红色

9、沉淀析出。滴完后继续在冰浴中搅拌10分钟使偶合完全。向反应物中加人10氢氧化钠溶液并搅拌，直至对石蕊试纸显碱性（约需1315m1），甲基橙粗品由红色转变为橙色。将反应混合物加热至生成的甲基橙晶体基本溶解，冷至室温后再以冰水浴冷却。待结晶完全后抽滤收集晶体，用少量饱和的氯化钠冷水洗涤，再依次用少量乙醇和少量乙醚洗涤压干，得粗品约3g。（若要得到纯品，将0.10.2g氢氧化钠溶于7080 mL水中，用此热溶液对甲基橙粗品重结晶，得橙红色片状晶体2.32.5g，收率70.376.4。）溶解少许产品于水中，加几滴稀盐酸，然后用稀氢氧化钠溶液中和，观察颜色变化。实验注意事项Ø 对氨基苯磺酸是两

10、性化合物，酸性强于碱性，以内盐形式存在，可与碱作用成盐而不能与酸成盐。重氮化作用要求在酸性水溶浓中进行，故先使其与碱作用生成盐以利溶解。Ø 试纸显蓝色表明有过量的亚硝酸存在，反应为；2HNO22KI2HClI22NO2H2O2KCl。析出的碘遇淀粉显蓝色。本实验中亚硝酸的用量要准确，若亚硝酸不足，则重氮化作用不完全，如亚硝酸过量，则会与后面加人的N，N二甲苯胺发生亚硝化反应：生成的醌肟或亚硝基物夹杂在产品中会使产品颜色暗褐。故正确的做法是：若试纸不显蓝色，则应滴加亚硝酸钠溶液至刚刚出现蓝色。继续搅拌反应15分钟后再检验若试纸为蓝色，则应加入少许尿素分解过量的亚硝酸。Ø 此重

11、氮盐在水今可以电离形成中性内盐，在低温下难溶于水而析出。Ø 在偶联反应步骤中，用石蕊试纸检查以确保反应混合物为碱性，否则产品色泽不佳。当反应混合物已经达碱性时，若再滴加碱液，则碱液接触反应物表面时将不再产生黄色，此亦可作为判据之一。Ø 加热温度不宜过高，一般在60左右，否则颜色变深。Ø 在碱性条件下，湿润的甲基橙在较高温度下或受光照射颜色很快变深。所以在制备过程中自偶合完成以后的各步操作均应尽可能迅速。收集晶体时依次用少量乙醇和乙醚洗涤以加速晶体的干燥。如需烘干，亦应控制温度不超过70。所得产品是一种钠盐无固定熔点，不必测定。五、思考题1、若制备重氮盐时温度超过5

12、，会有什么影响？2、盐酸在反应中起什么作用？3、碘化钾-淀粉试纸的检测原理是什么？写出反应方程式。实验三 2-甲基-2-己醇的合成（6学时）一、实验目的与要求 1. 初步掌握无水操作和格氏试剂制备醇的原理及操作方法；2. 熟练掌握分液操作和液体有机物的干燥操作。3. 巩固回流、萃取、蒸馏等操作技能二、实验原理卤代烷烃与金属镁在无水乙醚中反应生成烃基卤化镁（又称Grignard试剂）；Grignard试剂能与羰基化合物等发生亲核加成反应，其加成产物用水分解可得到醇类化合物。Grignard反应必须在无水和无氧条件下进行，因为微量的水和氧的存在，不但阻碍卤代烷和镁之间的反应，同时会破坏G

13、rignard 试剂而影响产率。因此，反应时最好用氮气赶走反应瓶中的空气。一般用乙醚做溶剂时，由于乙醚的挥发性大，亦可以借此赶走反应瓶中的空气。此外，在Grignard 反应进行过程中，有热量放出，所以滴加速度不宜过快。必要时反应瓶需用冷水冷却。在制备Grignard 试剂时，一般先加入少量的卤代烷和镁作用，待反应引发后，再将其余的卤代烷逐渐滴加。调节滴加速度，使乙醚溶液保持微沸状态。对于活性较差的卤代烷或反应不易发生时，可采取加热或加入少许碘粒来引发反应。 Grignard试剂制成后，立即进行下一步合成。进一步加入醛、酮后，形成新的加成物。此加成物在酸性条件下水解，得到醇。水解反应是放热反应

14、，故要在冷却下进行。本实验反应式为： 三、仪器药品1、仪器：100mL三口瓶、电动搅拌器、球形冷凝管、恒压滴液漏斗、干燥管、电热套、分液漏斗、圆底烧瓶、蒸馏头、锥形瓶、空气冷凝管等2、 试剂：镁、正溴丁烷、无水乙醚、丙酮、氯化钙、10%硫酸溶液、5%碳酸钠溶液、无水硫酸钠四、实验装置五、实验步骤1、正丁基溴化镁的制备 在100mL三口烧瓶上，分别装上搅拌器，回流冷凝管及滴液漏斗，在冷凝管及滴液漏斗上端装上氯化钙干燥管。瓶内放置1.55g镁屑3或除去氧化膜的镁条，10mL无水乙醚及一小粒碘片(可引发反应)。在滴液漏斗中混合7.8mL正溴丁烷和10mL无水乙醚。先向瓶内滴入约3-4mL混合液，约5

15、分钟后即见溶液呈微沸状态，碘的颜色消失，溶液呈浑浊。若不反应，可用温水浴加热。反应开始比较激烈，必要时可用冷水冷却。待反应缓和后，自冷凝管上端加入15mL乙醚，开动搅拌器，并滴入其余的正溴丁烷与乙醚的混合液。控制滴加速度，使反应液呈微沸状态。滴加完后，在水浴上加热回流20分钟，使镁屑几乎作用完全。2、 2-甲基-2-己醇的制备将上面制好的Grignard试剂在冰水浴冷却和搅拌下，从滴液漏斗中加入4.8mL丙酮和6mL 无水乙醚的混合液，控制滴加速度在12滴/秒，防止反应过于激烈，不时冷却反应瓶。加完后在室温下继续搅拌约10分钟，溶液中有少许白色稠状固体析出。将反应瓶在冰水浴冷却和搅拌下，自滴液

16、漏斗分批加入约50mL 10%硫酸溶液，分解产物（开始滴加速度为1滴/秒，以后逐渐快至5滴/秒）。待分解完后，将溶液倒入分液漏斗中，分出醚层。水层每次用10mL乙醚萃取2次，合并醚层，用15mL 5%碳酸钠洗涤一次，再用无水碳酸钾干燥。将干燥后的粗产物滤入100mL圆底烧瓶中，先用温水浴蒸除乙醚，再用电热套蒸出产物。收集138142馏分，产量约3-4g。纯粹2-甲基-2-己醇的沸点为143，折光率nD20 1.4175。本实验约需6小时。实验注意事项1. 本实验所用仪器必须充分干燥，正溴丁烷用无水氯化钙干燥并蒸馏纯化，丙酮用无水碳酸钾干燥，也经蒸馏纯化。2. 不宜使用长期放置的镁屑，如长期放置

17、，镁屑表面常有一层氧化膜，可采用以下方法除去：用5%盐酸溶液作用数分钟，抽滤除去酸液后，依次用水、乙醇、乙醚洗涤。抽干后置于干燥器内备用，也可用镁带代替镁屑，使用前用细砂纸将其表面擦亮，剪成小段。3. 正溴丁烷局部浓度较大时，易于发生反应，故搅拌应在反应开始后进行。若5分钟后反应仍不进行，可用温水浴温热，或在加热前再加一小粒碘促使后应开始。4. 反应结束时，可能有镁条未反应完全，但对后续实验操作没有影响。5. 加稀硫酸酸化时，反应混合液也必须充分冷却，且滴加6. 2-甲基-2-己醇与水能形成共沸物，因此必须彻底干燥，否则前馏分将大大增加。七、思考题1、进行Grignard反应时，为什么试剂和仪

18、器必须绝对干燥？2、本实验有那些副反应，如何避免？3、本实验的粗产物可否用无水氯化钙干燥，为什么？有关的物理常数2甲基2己醇 bp 143 折光率nD20 1.4175 密度 0.8119丙酮 56.2, 密度 0.79 乙醚 34.5, 密度 0.71实验四 HO3S-(CH2)3-MIMHSO4的合成及催化乙酸异丁酯的合成16学时离子液体（Ionic Liquid）是完全由体积较大的有机阳离子和体积较小的无机阴离子组合而成的室温或低温下（一般低于100oC）呈液态的离子化合物，又称室温离子液体或室温熔融盐。离子液体呈液态的温度区间大、溶解范围广、电化学窗口宽、良好的热稳定性、0蒸气压、使用

19、方便等特点，兼有液体和固体材料功能的“固态”液体，是传统高挥发性、有毒、易燃、易爆的有机溶剂的理想替代品。离子液体经过近二十年的迅猛发展，离子液体的应用领域从最初的电化学、催化化学、有机合成 迅速发展到纳米材料、清洁能源、生物科学等新兴领域。Bronsted酸性离子液体也是由阴阳离子两部分组成的，改变阳离子、阴离子的不同组合，可以设计合成出不同的离子液体。其中阳离子部分多为带有能够结合质子氢的氮原子或磷原子。比较常见的有铵盐离子，烷基1-取代、1，2-双取代咪唑离子己内酰胺离子，胍类离子以及各种包含能够提供对电子结合质子氢的氮原子的杂环与阳离子相对应的阴离子多为强酸的酸根离子，种类也很多。几种

20、常见的Bronsted酸性离子液体阴阳离子组成。首次报道了阳离子中引入磺酸功能基团Bronsted酸性离子液体（图1.4），他们将其用做酸性催化剂催化酯化反应，反应结果显示该离子液体不仅具有较强的酸性（同时具备固体酸和液体酸的优点），而且对水又具有较好稳定性，磺酸功能化Br?nsted酸性离子液体的制备成功，使Bronsted酸性离子液体在多种化学领域得到了更加广泛的应用。一、实验目的1. 学习离子液体合成的实验原理和方法。2. 熟悉搅拌、回流等基础操作3. 了解离子液体的基本性质以及制备的相关知识。4. 了解水相反应以及无溶剂有机反应等绿色有机反应。5. 了解酸性离子液体催化合成乙酸异丁酯机

21、理。二、实验原理1-(3-磺酸丙基)-3-甲基咪唑硫酸氢盐，分子量277.02，粘稠液体。化学结构式为：其合成路线如下：三、仪器和设备1.仪器： 150ml三口烧瓶，100ml圆底烧瓶，机械搅拌器，水浴（控温），恒压漏斗，冷凝管，分液漏斗，烧杯，布氏漏斗，抽滤瓶，滤纸，水泵，天平，100ml单口烧瓶，分水器。2.试剂：N一甲基咪唑，1,3丙磺酸内酯，浓硫酸，乙酸，异丁醇，乙酸乙酯，10%碳酸钠，无水硫酸镁四、实验步骤（一）MIM-PS的制备:在一容积为150mL的三颈烧瓶中加入3.05g(25mmol，2.2ml)1,3丙磺酸内酯以及15ml乙酸乙酯，水浴升温至50oC，在搅拌情况下通过恒压漏

22、斗缓慢逐滴加入蒸馏提纯后的含N一甲基咪唑2.05g(25mmol，2ml)的5ml乙酸乙酯溶液，滴加结束后继续热搅拌反应2h，反应过程中有白色固体生成，降至室温，抽滤，得到白色固体，用15ml乙酸乙酯洗涤3次，100oC干燥。（二）HO3S-(CH2)3-MIMHSO4的制备：在150ml 三口烧瓶中，称取干燥的MIM-PS（20mmol，3.6g）加入等摩尔的浓硫酸（20mmol，1.1ml），在80oC反应直至完全液化为止。冷却室温，得到无色粘稠液体HO3S-(CH2)3-MIMHSO4。（三）HO3S-(CH2)3-MIMHSO4催化乙酸异丁酯的合成向上述制备的催化剂的三口烧瓶中加入26

23、ml 异丁醇和14.3mL 冰乙酸，装置机械搅拌器，装分水器和球形冷凝管。小心加热圆底烧瓶，保持回流液成滴状，直至分出大约4.5m1 水时，反应即告完成（为了观察分出的水量，实验开始前应该预先在分水器下端做个记号）。回流时间约30min。在此期间，反应液的温度由95逐渐升至117。反应完毕后，将分水器上层酯液用分液漏斗分出，并将冷却后的反应液一并加入分液漏斗用10m1 水洗涤分出水层。酯层用10碳酸钠溶液铣涤（每次用10m1），直至酯层不使蓝色石蕊试纸变红为止。最后，酯用10ml 水洗涤。静置10min分去水层。酯层从分液漏斗上口倒人100m1 干燥锥形瓶，用约23g 无水MgSO4 干燥。待

24、酯液干燥后进行蒸馏。收集110以前馏分，称重，倒入回收瓶中。然后收集110130馏分的乙酸异丁酯粗产品。实验五 薄层色谱法4学时薄层色谱法( TLC thin layer chromatography) 系将适宜的固定相涂布于玻璃板、塑料或铝基片上，成一均匀薄层。待点样、展开后，根据比移值（Rf）与适宜的对照物按同法所得的色谱图的比移值（Rf）作对比，用以进行药品的鉴别、杂质检查或含量测定的方法。薄层色谱法是快速分离和定性分析少量物质的一种很重要的实验技术，也用于跟踪反应进程。基本原理薄层色谱法是一种吸附薄层色谱分离法，它利用各成分对同一吸附剂吸附能力不同，使在移动相（溶剂）流过固定相（吸附剂

25、）的过程中，连续的产生吸附、解吸附、再吸附、再解吸附，从而达到各成分的互相分离的目的。 薄层层析可根据作为固定相的支持物不同，分为薄层吸附层析(吸附剂)、薄层分配层析(纤维素)、薄层离子交换层析(离子交换剂)、薄层凝胶层析(分子筛凝胶)等。一般实验中应用较多的是以吸附剂为固定相的薄层吸附层析。 吸附是表面的一个重要性质。任何两个相都可以形成表面，吸附就是其中一个相的物质或溶解于其中的溶质在此表面上的密集现象。在固体与气体之间、固体与液体之间、吸附液体与气体之间的表面上，都可能发生吸附现象。 物质分子之所以能在固体表面停留，这是因为固体表面的分子(离子或原子)和固体内部分子所受的吸引力不相等。在

26、固体内部，分子之间相互作用的力是对称的，其力场互相抵消。而处于固体表面的分子所受的力是不对称的，向内的一面受到固体内部分子的作用力大，而表面层所受的作用力小，因而气体或溶质分子在运动中遇到固体表面时受到这种剩余力的影响，就会被吸引而停留下来。吸附过程是可逆的，被吸附物在一定条件下可以解吸出来。在单位时间内被吸附于吸附剂的某一表面积上的分子和同一单位时间内离开此表面的分子之间可以建立动态平衡，称为吸附平衡。吸附层析过程就是不断地产生平衡与不平衡、吸附与解吸的动态平衡过程。 例如用硅胶和氧化铝作支持剂，其主要原理是吸附力与分配系数的不同，使混合物得以分离。当溶剂沿着吸附剂移动时，带着样品中的各组分

27、一起移动，同时发生连续吸附与解吸作用以及反复分配作用。由于各组分在溶剂中的溶解度不同，以及吸附剂对它们的吸附能力的差异，最终将混合物分离成一系列斑点。如作为标准的化合物在层析薄板上一起展开，则可以根据这些已知化合物的Rf值（后面介绍Rf值）对各斑点的组分进行鉴定，同时也可以进一步采用某些方法加以定量。比移值   Rf=溶质移动的距离/溶液移动的距离。表示物质移动的相对距离。 各种物质的Rf 随要分离化合物的结构，滤纸或薄层板的种类、溶剂、温度等不同而不同，但在条件固定的情况下，Rf对每一种化合物来说是一个特定数值。仪器与材料(1) 硅胶板 (2) 点样器 内径为0.5mm管

28、口平整的普通毛细管 (3) 展开室 125ml广口瓶或层析缸，镊子（4）紫外分析仪（5）石油醚、乙酸乙酯点样   点样除另有规定外，用点样器点样于薄层板上，一般为圆点，点样基线距底边2.0cm，样点直径及点间距离同纸色谱法,点间距离可视斑点扩散情况以不影响检出为宜。点样时必须注意勿损伤薄层表面。 点样直径不超过5mm，点样距离一般为11.5cm即可。 样品在溶剂中的溶解度很大，原点将呈空心环环形色谱效应。因此配制样品溶液时应选择对组分溶解度相对较小的溶剂。 点样方式有点状点样和带状点样。展开    薄层展开展开剂也称溶剂系统，流动性或洗脱剂，是在平面色谱中用作流动相的液体。展开剂的主要任务是溶解被分离的物质，在吸附剂薄层上转移被分离物质，使个组分的Rf值在0.20.8之间并对被分离物质要有适当的选择性。作为展开剂的溶剂应满足以下要求：适当的纯度、适当的稳定性、低黏度 、线性分配等温线、很低或很高的蒸气压一级尽可能低的毒性。 展开方式总的来讲平面色谱的展开有线性、环形及向心3种几何形式。 A 单次展开 用同一种展开剂一个方向展开一次，这种方式在平面色谱中应用最为广泛。（垂直上行展开，垂直下行展开，一向水平展开，对向水平展开） B 多次展开 单向对此展开，用相同的展开剂沿同一方向进行