合成化学综合性实验讲义

合成化学综合性实验讲义

实验题目：叔丁基-对苯二酚的合成与抗氧化性能

背景材料；

粮油食品是我校的特色专业，理论与实践结合是应用化学专业的学生进行综合性实验的最佳选择，合成化学实验使学生学到了大量的化合物的合成方法，如何设计合成路线，如何表征产物的结构和纯度，如何对目的产物进行性能测试，是检验学生运用基础知识解决实际问题的能力的手段。本实验通过化合物的结构和性能的关系了解和设计目的产物。比较各种合成路线的特点，选择最佳合成路线制备目标产物。通过波谱解析确定产物的结构，用气相色谱法分析产物的纯度，分析杂质的组成和形成原理，通过猪油进行产物的抗氧化实验，了解产物的使用领域与性能。

本实验通过提示的方式引导学生对相关问题进行思考和讨论

油脂是人们日常生活中不可缺少的膳食之一，它可以提供人体必需脂肪酸、热量、脂溶性维生素，且赋予食品良好的口感和风味。但是食用氧化变质后的油脂会对人体有危害作用如破坏心血管、引起癌症等。目前延缓油脂氧化的方法主要是添加油脂抗氧化剂，其中TBHQ是WHO批准使用的合成抗氧化剂之一，它在低温下的抗氧化效果十分理想。研究表明：添加0.02%的TBHQ可使饱和及不饱和的油脂的氧化稳定度提高数倍。TBHQ已经广泛地应用于油脂、食品行业如油脂的储存、煎炸方便面过程中等等。

问题1 WHO是一个什么机构，油脂的氧化机理是什么，

问题2 什么是抗氧化剂，它应具有什么样的化学结构。

实验原理

OH

OH t-BuOH

H3PO4

OH

Bu-t

34

OH

OH

Bu-t

t-Bu

(TBHQ)(DTBHQ)

这是一个烷基化反应，烷基化反应一般采用卤代烃和芳烃在三氯化铝的催化下进行，本实验为什么采用叔丁醇作烷基化试剂，从反应活性上解释，写出反应机理。

问题3 查阅资料，能否用其他方法合成TBHQ

主要试剂与用量

对苯二酚 4.4g (约0.04mol), 叔丁醇 3.0g (4mL约0.04mol), 甲苯磷酸

问题4 一般情况下，采用试剂之一过量可提高反应产率，这里对苯二酚和叔丁醇的摩尔数都是0.04，增加叔丁醇的用量能提高收率吗？

实验步骤

设计原理：反应可在三口烧瓶中进行，采取甲苯作溶剂可使反应顺利进行，为防止溶剂蒸发需配置冷凝装置。由于是非均相反应，需用搅拌器，电动搅拌比磁力搅拌要好，反应温度为90ºC，可采用水浴加热。

在250mL三口烧瓶上配置磁力搅拌器、水浴锅、滴液漏斗、温度计和回流冷凝管。依次将4.4g对苯二酚、16mL磷酸20mL甲苯加入三口瓶中。水浴加热反应瓶使温度升至90ºC，然后缓慢滴加4mL叔丁醇，控制反应温度90~95ºC。滴加完毕（约15min），在90ºC条件下继续搅拌20min，至混合物中固体全部溶解，反应完毕，趁热将反应物倒入分液漏斗中，分出磷酸层，将有机层转入100mL 烧杯中，冷至室温，由大量白色固体析出，抽滤，滤饼用50mLmL热水重结晶。产品于真空烘箱中烘干。称重，计算产率。

问题5：为什么叔丁醇要缓慢滴加，快速加入有什么不好，

问题6 反应结束后烧瓶中都有一些什么物质，画出分离流程图

问题7 重新设计一种分离方案

问题8 产品易氧化，采取什么措施可减少和防止氧化？

结构表征：红外光谱法

取少量产品与干燥的溴化钾晶体在玛瑙研钵中研碎，压片，在红外光

谱仪上测试，记录产物的光谱图

问题9 从红外光谱上可以看出什么信息，对图谱进行解析

纯度的测定：气相色谱法

将少量产品用溶剂溶解，吸取0.5微升，用气相色谱分析。同时用标准样品对照。色谱条件：仪器：福立9790 毛细管柱SE-30 30米柱温150度进样器温度200度，检测器温度200度，其他参数根据实验调整。

问题10 气相色谱图上有几个峰，他们都是什么，产物的纯度如何

抗氧化实验

实验方法精确称取100mg自制溶于100ml二醇中，其浓度为1mg/ml。将母液与猪油按1：5配制成含TBHQ200ppm的油脂，在烘箱中60℃放置一周，测定过氧化值，以猪油为空白样，评价样品的抗氧化效果。

过氧化值的测定按下表称取油样于碘量瓶中，加入12ml氯仿，轻轻摇动碘量瓶使油样溶解，加入18ml冰乙酸和1ml饱和碘化钾，，塞上瓶盖，轻摇1min 避光放置5min

加7ml蒸馏水，充分混合，立即用0.005mol/L标准硫代硫酸钠溶液滴定至淡黄，加0.5ml 1％淀粉指示剂，继续滴定至蓝色消失。

空白试验与试样同样方法进行。

过氧化值(mmol/1000g)=1000(V2-V1)×C/W

问题11 从实验结果中可得出什么结论

实验中用到的数据：

[1]TBHQ溶于热水（5g/100mLH2O），而DTBHQ不溶于热水。

分析与讨论：

1. 实验中关键的操作是什么，如何掌握，实验数据是否理想，为什么？

2. 对实验过程进行综合分析，并给出实验结论。

3. 对实验方法和步骤进行评价，查阅资料，产品的工业化方法是怎样的，产品的质量标准如何，产物都有哪些用途？

参考资料：

1.梁志德，有机化学实验. 成都科学技术出版社

2. 毕艳兰TBHQ及其合成过程中衍生物的抗氧化性能。中国粮油学报.2005，20（2）：64-65

3. 张根旺主编. 油脂化学. 北京:中国财政经济出版社,1999: 1 - 2