合成化学技术1

1、1会计学合成化学技术合成化学技术1合成化学技术是以有机化学实验为基础，而有机化学实验又是一门重要的基础课，要求学生的独立操作能力和动手能力。要做好有机合成实验，必须要全面熟练地掌握相关理论知识以及实验基本操作技能。有机化学实验具有一定的不可预测性，灵活的面对、适当的处理实验过程中出现的各种状况是非常重要的。要做到这点同样需要过硬的理论基础及熟练的操作技能。 同样的实验，同样的药品、仪器，不同的人来操作往往得到不同的结果。第1页/共69页熟练掌握有机化学实验的一般操作技能。学会重要有机化合物的制备设计、分离、纯化和鉴定方法。培养实事求是的科学态度，良好的实验素养和分析问题、解决问题的独立工作能力

2、。通过合成化学技术的学习，对有机实验技术有一个较为全面的感性认识，为今后做毕业论文或相关工作打下良好的基础。第2页/共69页书面内容书面内容实验设计实验设计：实验目的和要求反应式：包括主反应和副反应实验所需主要物料及产物的物理常数反应装置图实验记录实验记录：实验步骤和现象记录粗产物纯化过程及原理产品外观、产率计算讨论第3页/共69页HNNNHNOOCH3OONHHNNNHNCHOOOCH3OONHO2/LiOH+HNNNHNOOCH3OONHOHFeCl3第4页/共69页HNNNHNOOCH3OONHOHFeCl3OOHNNNHNCHOOOCH3OONHHNNNHNOOCH3OONH+OOHN

3、NNHNOOCH3OONHOAcOOOOOOOH 第5页/共69页时 间原 料 A（ 100m g, 20m m ol） +溶 液 A(10 m L)原 料 B（ 100m g, 20m m ol） +溶 液 B(10 m L)室 温 搅 拌5h加 10m L水 ， 分 层 ， 无 水 硫 酸 钠 干 燥 有 机 层 , 浓 缩 ， 柱 层 析得 化 合 物 B（ 46m g, 12m m ol）和 化 合 物 C（ 46m g, 12m m ol）第6页/共69页 进行有机化学实验，经常使用易燃、有毒和腐蚀性试进行有机化学实验，经常使用易燃、有毒和腐蚀性试剂。比如乙醚、乙醇、丙酮和苯等溶剂易

4、于燃烧；甲醇、剂。比如乙醚、乙醇、丙酮和苯等溶剂易于燃烧；甲醇、硝基苯、有机磷化合物、有机锡化合物、氰化物等属有毒硝基苯、有机磷化合物、有机锡化合物、氰化物等属有毒药品；氢气、乙炔、金属有机试剂和干燥的苦味酸属易燃药品；氢气、乙炔、金属有机试剂和干燥的苦味酸属易燃易爆气体或药品；氯磺酸、浓硫酸、浓硝酸、浓盐酸、烧易爆气体或药品；氯磺酸、浓硫酸、浓硝酸、浓盐酸、烧碱及溴等属强腐蚀性药品。同时，有机化学实验中常使用碱及溴等属强腐蚀性药品。同时，有机化学实验中常使用的玻璃仪器易碎、易裂，容易引发伤害、燃烧等各种事故的玻璃仪器易碎、易裂，容易引发伤害、燃烧等各种事故。还有电器设备等，如果使用不当也易引

5、起触电或火灾。还有电器设备等，如果使用不当也易引起触电或火灾。 实验室常见的事故：割伤、灼伤、中毒、着火和爆炸实验室常见的事故：割伤、灼伤、中毒、着火和爆炸第7页/共69页中毒预防：n化学药品大多具有不同程度的毒性，产生中毒的主要原因是皮肤或呼吸道接触有毒药品所引起的。在实验中，要防止中毒，切实做到以下几点： n药品不要沾在皮肤上，尤其是极毒的药品。实验完毕后应立即洗手。称量任何药品都应使用工具，不得用手直接接触。第8页/共69页n使用和处理有毒或腐蚀性物质时，应在通风柜中进行，并戴上防护用品，尽可能避免有机物蒸气扩散在实验室内。n对沾染过有毒物质的仪器和用具，实验完毕应立即采取适当方法处理以

6、破坏或消除其毒性。 n不要在实验室进食、饮水，食物在实验室易沾染有毒的化学物质。第9页/共69页中毒处理：中毒处理：n一般药品溅到手上，通常是用水和乙醇洗去。实验时若有中毒特征，应到空气新鲜的地方休息，最好平卧，出现其他较严重的症状，如斑点、头昏、呕吐、瞳孔放大时应及时送往医院。第10页/共69页爆炸预防：爆炸预防：n常压操作加热反应时，切勿在封闭系统内常压操作加热反应时，切勿在封闭系统内进行。在反应进行时，必须经常检查仪器进行。在反应进行时，必须经常检查仪器装置的各部分有无堵塞现象。装置的各部分有无堵塞现象。n减压蒸馏时，不得使用机械强度不大的仪减压蒸馏时，不得使用机械强度不大的仪器（如锥形

7、瓶、平底烧瓶、薄壁试管等）。器（如锥形瓶、平底烧瓶、薄壁试管等）。必要时，要戴上防护面罩或防护眼镜。必要时，要戴上防护面罩或防护眼镜。n使用易燃易爆物（如氢气、乙炔和过氧化使用易燃易爆物（如氢气、乙炔和过氧化物）或遇水易燃烧爆炸的物质（如钠、钾物）或遇水易燃烧爆炸的物质（如钠、钾等）时，应特别小心，严格按操作规程办等）时，应特别小心，严格按操作规程办事。事。n若反应过于猛烈，要根据不同情况采取冷若反应过于猛烈，要根据不同情况采取冷冻和控制加料速度等。冻和控制加料速度等。第11页/共69页第12页/共69页第13页/共69页第14页/共69页待 干 燥 液沙棉 花已 干 燥 液沙Al2O3M g

8、SO4第15页/共69页真 空 泵待 干 燥 化 合 物第16页/共69页第17页/共69页第18页/共69页第19页/共69页第20页/共69页第21页/共69页第22页/共69页第23页/共69页烃卤 代 烃醚胺酯硝 基 化 合 物腈酮醛酚酰 胺醇羧 酸磺 酸盐疏 水 性亲 水 性烃 , 卤 代 烃 , 醚酯醇 , 二 氧 六 环 , 乙 酸醇 , 水水物 质 的 类 别溶 解 度 大 的 溶 剂第24页/共69页全，在某些情况下，数星期甚至数月之后还会有晶体析全，在某些情况下，数星期甚至数月之后还会有晶体析出，所以绝对不应过早地将母液弃去。出，所以绝对不应过早地将母液弃去。第25页/共6

9、9页第26页/共69页第27页/共69页第28页/共69页第29页/共69页第30页/共69页第31页/共69页第32页/共69页第33页/共69页第34页/共69页第35页/共69页第36页/共69页第37页/共69页第38页/共69页第39页/共69页了解色谱分离的原理及其了解色谱分离的原理及其应用应用。初步掌握薄层色谱的操作初步掌握薄层色谱的操作技能。技能。第40页/共69页色谱法（色谱法（Chromatography）亦称亦称色层法、层析法等。色层法、层析法等。色谱法是分离、纯化和鉴定有机化色谱法是分离、纯化和鉴定有机化合物的重要方法之一。色谱法的基本原理合物的重要方法之一。色谱法的基

10、本原理是利用混合物各组分在某一物质中的吸附是利用混合物各组分在某一物质中的吸附或溶解性能（分配）的不同，或其亲和性或溶解性能（分配）的不同，或其亲和性的差异，使混合物的溶液流经该种物质进的差异，使混合物的溶液流经该种物质进行反复的吸附或分配作用，从而使各组分行反复的吸附或分配作用，从而使各组分分离。分离。第41页/共69页分离混合物：一些结构类似、理化性质分离混合物：一些结构类似、理化性质也相似的化合物组成的混合物，一般应用也相似的化合物组成的混合物，一般应用化学方法分离很困难，但应用色谱法分离化学方法分离很困难，但应用色谱法分离，有时可得到满意的结果。，有时可得到满意的结果。精制提纯化合物精

11、制提纯化合物 有机化合物中含有少量有机化合物中含有少量结构类似的杂质，不易除去，可利用色谱结构类似的杂质，不易除去，可利用色谱法分离以除去杂质，得到纯品。法分离以除去杂质，得到纯品。第42页/共69页第43页/共69页鉴定化合物：在条件完全一致的情况，纯鉴定化合物：在条件完全一致的情况，纯粹的化合物在薄层色谱或纸色谱中都呈现一粹的化合物在薄层色谱或纸色谱中都呈现一定的移动距离，称比移值（定的移动距离，称比移值（Rf值），所以利值），所以利用色谱法可以鉴定化合物的纯度或确定两种用色谱法可以鉴定化合物的纯度或确定两种性质相似的化合物是否为同一物质。但影响性质相似的化合物是否为同一物质。但影响比移值

12、的因素很多，如薄层的厚度，吸附剂比移值的因素很多，如薄层的厚度，吸附剂颗粒的大小，酸碱性，活性等级，外界温度颗粒的大小，酸碱性，活性等级，外界温度和展开剂纯度、组成、挥发性等。所以，要和展开剂纯度、组成、挥发性等。所以，要获得重现的比移值就比较困难。为此，在测获得重现的比移值就比较困难。为此，在测定某一试样时，最好用已知样品进行对照。定某一试样时，最好用已知样品进行对照。跟踪一些化学反应进程：可以利用薄层色跟踪一些化学反应进程：可以利用薄层色谱或纸色谱观察原料色点的逐步消失，以证谱或纸色谱观察原料色点的逐步消失，以证明反应完成与否。明反应完成与否。第44页/共69页固定相：固定相：用于与样品发

13、生吸附作用的固定用于与样品发生吸附作用的固定不动的物质。在混合物样品流经固定相的不动的物质。在混合物样品流经固定相的过程中，由于各组分与固定相吸附力的不过程中，由于各组分与固定相吸附力的不同，就产生了速度的差异，从而将混合物同，就产生了速度的差异，从而将混合物中的各组分分开。中的各组分分开。流动相：流动相：也称洗脱剂，在色谱过程中起到也称洗脱剂，在色谱过程中起到将吸附在固定相上的样品洗脱的作用。将吸附在固定相上的样品洗脱的作用。第45页/共69页样品的极性：样品的极性：样品与固定相的吸附能力与样品与固定相的吸附能力与样品的极性密切相关。一般来讲，极性越样品的极性密切相关。一般来讲，极性越大的化

14、合物与固定相的吸附能力越强，越大的化合物与固定相的吸附能力越强，越不容易被洗脱；反之则越弱，越容易被洗不容易被洗脱；反之则越弱，越容易被洗脱。脱。流动相的极性流动相的极性：流动相极性越大，越容易：流动相极性越大，越容易将吸附在固定相上的样品洗脱；反之则越将吸附在固定相上的样品洗脱；反之则越难洗脱。难洗脱。结论：结论：若样品极性越小，或流动相极性越若样品极性越小，或流动相极性越大，样品在固定相上的移动速度则越快大，样品在固定相上的移动速度则越快。第46页/共69页乙酸乙酸吡啶吡啶水水醇类（甲醇醇类（甲醇乙醇乙醇正丙醇）正丙醇）丙酮丙酮乙酸乙酯乙酸乙酯乙醚乙醚氯氯仿仿二氯甲烷二氯甲烷甲苯甲苯环己烷

15、环己烷正己烷正己烷石油醚石油醚越靠后洗脱能力越低。越靠后洗脱能力越低。第47页/共69页 薄层色谱又叫薄板层析，是色谱法中薄层色谱又叫薄板层析，是色谱法中的一种，是快速分离和定性分析少量物质的一种，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，属固的一种很重要的实验技术，属固-液吸附色液吸附色谱，它兼备了柱色谱和纸色谱的优点，一谱，它兼备了柱色谱和纸色谱的优点，一方面适用于少量样品（几到几微克，甚至方面适用于少量样品（几到几微克，甚至0.01微克）的分离；另一方面在制作薄层微克）的分离；另一方面在制作薄层板时，把吸附层加厚加大，又可用来精制板时，把吸附层加厚加大，又可用来精制样品，此法特

16、别适用于挥发性较小或较高样品，此法特别适用于挥发性较小或较高温度易发生变化而不能用气相色谱分析的温度易发生变化而不能用气相色谱分析的物质。此外，薄层色谱法还可用来跟踪有物质。此外，薄层色谱法还可用来跟踪有机反应及进行柱色谱之前的一种机反应及进行柱色谱之前的一种“预试预试”。第48页/共69页1. 制薄层板制薄层板2. 点样点样3. 展开展开4. 显色显色第49页/共69页固定相：固定相：Al2O3（软板，制三片）（软板，制三片） Al2O3羧甲基纤维素钠（硬羧甲基纤维素钠（硬板，制一片）板，制一片）软板制备：将固体软板制备：将固体Al2O3在玻璃板上直接在玻璃板上直接推成一薄层即可。铺后要轻拿

17、轻放，不能推成一薄层即可。铺后要轻拿轻放，不能抖动、倾斜，防止粉末掉落致使不均匀。抖动、倾斜，防止粉末掉落致使不均匀。硬板制备：硬板制备：50 mL烧杯中放置烧杯中放置7 g Al2O3，逐渐加入逐渐加入5%羧甲基纤维素钠（羧甲基纤维素钠（CMC）水）水溶液溶液7 mL，调成均匀的糊状。将其涂于一，调成均匀的糊状。将其涂于一片玻璃板上，室温放置半小时后，放入烘片玻璃板上，室温放置半小时后，放入烘箱中在箱中在110恒温半小时，即制得硬板。恒温半小时，即制得硬板。第50页/共69页1. Al2O3活性的测定（软、硬板各点一块）活性的测定（软、硬板各点一块） 样品：样品：1%偶氮苯；偶氮苯；1%苏丹

18、黄；苏丹黄；1%苏丹苏丹红红 展开剂：四氯化碳展开剂：四氯化碳2. 偶氮苯与对羟基偶氮苯的分离偶氮苯与对羟基偶氮苯的分离 样品：偶氮苯；对羟基偶氮苯；混合样样品：偶氮苯；对羟基偶氮苯；混合样品品 展开剂：展开剂：8 : 2 石油醚石油醚/丙酮丙酮3. 邻硝基苯胺和对硝基苯胺的分离邻硝基苯胺和对硝基苯胺的分离 样品：邻硝基苯胺；对硝基苯胺；混合样品：邻硝基苯胺；对硝基苯胺；混合样品样品 展开剂：展开剂： 8 : 2 石油醚石油醚/丙酮丙酮第51页/共69页第52页/共69页软板点样需很轻，否则固定相会粘到点软板点样需很轻，否则固定相会粘到点样管下方。样管下方。一根点样管只能点一种样品，否则有交一

19、根点样管只能点一种样品，否则有交叉污染。叉污染。样品点直径应不超过样品点直径应不超过3 mm，距离薄层，距离薄层板底部约板底部约1 cm，样品点之间间距约，样品点之间间距约11.5 cm，展开时薄层板底部浸入展开剂的高，展开时薄层板底部浸入展开剂的高度约度约0.5 cm。注意样品点决不能浸到展开。注意样品点决不能浸到展开剂中。剂中。展开剂离薄层板上缘约展开剂离薄层板上缘约1 cm时应停止走时应停止走板，取出晾干。不可使展开剂走到板的板，取出晾干。不可使展开剂走到板的尽头。板取出后要及时标记展开剂前沿尽头。板取出后要及时标记展开剂前沿，否则展开剂挥发后难以确定。，否则展开剂挥发后难以确定。第53

20、页/共69页因各样品均有颜色，可直接观测，故本实验不因各样品均有颜色，可直接观测，故本实验不需显色。需显色。每个样品均需记录每个样品均需记录Rf值，列表记录。值，列表记录。Al2O3活性的测定参照书活性的测定参照书p.69表表2-9，需对照表，需对照表格数据确定实验所用板（包括软板和硬板）的格数据确定实验所用板（包括软板和硬板）的活性级别。活性级别。第54页/共69页1. 展开剂的高度超过点样线，对薄层色展开剂的高度超过点样线，对薄层色谱有什么影响？谱有什么影响？2. 如何利用如何利用Rf值来鉴定化合物？值来鉴定化合物？3. 为什么极性大的组分要用极性较大的为什么极性大的组分要用极性较大的溶剂

21、洗脱？溶剂洗脱？第55页/共69页柱色谱：也叫柱层析，将混合物的溶柱色谱：也叫柱层析，将混合物的溶液通过装有吸附剂的层析柱，利用吸液通过装有吸附剂的层析柱，利用吸附剂对各组分吸附能力的不同，经过附剂对各组分吸附能力的不同，经过洗脱剂的洗脱，将各组分分开的过程洗脱剂的洗脱，将各组分分开的过程。柱色谱的操作步骤柱色谱的操作步骤：装柱装柱 加样加样 洗脱和分离洗脱和分离 收集各组分收集各组分第56页/共69页第57页/共69页取取15cm1.5cm色谱柱一根或用色谱柱一根或用25mL酸酸式滴定管作色谱柱，垂直装置，用式滴定管作色谱柱，垂直装置，用25mL锥锥形瓶作接收瓶。形瓶作接收瓶。用玻棒将少许脱

22、脂棉放置于干净的色谱柱用玻棒将少许脱脂棉放置于干净的色谱柱底部，轻轻塞紧。关闭活塞，向柱中倒入洗底部，轻轻塞紧。关闭活塞，向柱中倒入洗脱剂到约柱高的脱剂到约柱高的3/4处。打开活塞，控制流处。打开活塞，控制流速约速约1滴滴/s。通过一干燥的玻璃漏斗慢慢加入吸附剂，通过一干燥的玻璃漏斗慢慢加入吸附剂，用木棒轻轻敲打柱身下部，使其填装紧密，用木棒轻轻敲打柱身下部，使其填装紧密，装至装至3/4时停止加吸附剂。时停止加吸附剂。待洗脱剂将干时，轻轻放少许脱脂棉到吸待洗脱剂将干时，轻轻放少许脱脂棉到吸附剂的上方。附剂的上方。第58页/共69页待洗脱剂即将流干时，立即沿柱待洗脱剂即将流干时，立即沿柱内壁加入

23、约内壁加入约1010滴已配好的混合物。当此滴已配好的混合物。当此溶液即将全部浸入吸附剂时，再用少量溶液即将全部浸入吸附剂时，再用少量洗脱剂冲洗下沾在内壁和棉花上的有色洗脱剂冲洗下沾在内壁和棉花上的有色物质，如此反复物质，如此反复2323次，至洗净为止。次，至洗净为止。样品：偶氮苯和对羟基偶氮苯的混合物样品：偶氮苯和对羟基偶氮苯的混合物洗脱剂（流动相）：石油醚洗脱剂（流动相）：石油醚 : 丙酮丙酮=8 : 2（体积比）（体积比）吸附剂（固定相）：中性层析氧化铝（吸附剂（固定相）：中性层析氧化铝（200300目）目）N NRR=H or OH第59页/共69页加样完毕后，即可小心加入洗脱剂（注加样

24、完毕后，即可小心加入洗脱剂（注意一定要待有色物质全部吸附于吸附剂上意一定要待有色物质全部吸附于吸附剂上之后才可以加入大量的洗脱剂）。之后才可以加入大量的洗脱剂）。保持流出速度约保持流出速度约1滴滴/s，随着洗脱剂的洗，随着洗脱剂的洗脱，可以明显看到层析柱上出现两个色带脱，可以明显看到层析柱上出现两个色带。待第一各色带快流出时，换一干净接受待第一各色带快流出时，换一干净接受瓶接收这一组分的样品（哪一组分？）。瓶接收这一组分的样品（哪一组分？）。第60页/共69页n使用和处理有毒或腐蚀性物质时，应在通风柜中进行，并戴上防护用品，尽可能避免有机物蒸气扩散在实验室内。n对沾染过有毒物质的仪器和用具，实验完毕应立即采取适当方法处理以破坏或消除其毒性。 n不要在实验室进食、饮水，食物在实验室易沾染有毒的化学物质。第61页/共69页待 干 燥 液沙棉 花已 干 燥 液沙Al2O3M gSO4第62页/共69页第63页/共