高等有机合成实验讲义-2011-2012-2

实验一柱色谱分离技术——邻硝基苯胺和对硝基苯胺的分离【目的与要求】
练习薄层色谱及柱色谱分离技术
【所需试剂】
硅胶板；硅胶；邻硝基苯胺和对硝基苯胺混合物（0.55g对硝基苯胺和0.7g邻硝基苯胺溶于100mL石油醚中）；乙酸乙酯；石油醚
【操作步骤】
1、邻硝基苯胺和对硝基苯胺的薄层分离
取已经准备好的硅胶板一块，用管口平整的毛细管[1]插入样品液中，在距离板一端1cm 处轻轻点样[2]。

每块板点样三个，分别点样邻硝基苯胺、对硝基苯胺及未知混合物[3]。

如下图：
在层析杯内倒入少许展开剂，高度应为0.5cm左右，盖好层析杯，稍加摇振，使层析杯内被溶剂蒸气饱和。

将点好样的薄层板放入层析杯内，点样一端在下，浸入展开剂内约0.5cm[4]，盖好杯子。

待溶剂前沿距板的上端0.5cm时，立即取出薄层板，用铅笔记下溶剂前沿位置，晾干。

展开剂是石油醚及乙酸乙酯的混合物，其比例同学自己确定。

几个同学一组，按不同的体积比展开，确定柱层析时的洗脱剂。

建议采用以下比例：
石油醚：乙酸乙酯（体积比）1：1；3：2 ；2：1 ；5：2
2、邻硝基苯胺和对硝基苯胺的柱色谱层分离
取色谱柱一根，垂直装置，以锥形瓶作洗脱剂的接收器。

先将溶剂倒入柱内约柱高的3/4，然后再将一定量的吸附剂和溶剂调成糊状，从柱的上面倒入柱内，同时打开柱下活塞，控制流速每秒一滴，用木棒或套有橡皮的玻璃棒轻轻敲打柱身，使吸附剂慢慢而均匀地下沉[5]，在整个操作过程中，柱内的液面始终要高出吸附剂[6]。

当溶剂的液面恰好降至硅胶的表面上时，立即用滴管沿柱壁加入3ml邻硝基苯胺和对硝基苯胺的混合液。

当溶液液面降至硅胶表面时，用滴管滴入溶剂洗去粘附在柱壁上的混合物。

然后用根据薄层色谱确定的洗脱剂淋洗，观察色带的形成和分离。

当黄色邻硝基苯胺色
层到达柱底时，更换接收器，收集此色带。

然后可适当加大乙酸乙酯的比例，收集淡黄色对硝基苯胺色带。

将收集的邻硝基苯胺和对硝基苯胺分别在旋转蒸发器上蒸取溶剂，冷却结晶。

干燥后测熔点。

邻硝基苯胺71—71.5℃，对硝基苯胺147—148℃。

【注释】
[1]点样用的毛细管必须专用，不得弄混。

[2]点样时，毛细管尖刚好触及板面即可，点样过重会使薄层破坏。

[3]点样时各点之间的距离及样品点与薄层板一端的距离约1cm左右。

[4]展开剂一定要在点样线下，不能超过。

[5]色谱柱紧密与否，对分离效果有影响。

若柱中留有气泡或各部分松紧不匀，会影响渗透速度和显色的均匀。

更不能出现断层或暗沟。

[6]为了保持色谱柱的均一性，应使整个吸附剂浸泡在溶剂中，否则当柱中的溶剂流干时，会使柱身干裂，影响渗透和显色的专一性。

实验二苯甲酸的制备
【目的与要求】
1）练习回流、抽滤等基本操作；
2）练习重结晶；
【反应式】
CH3+2KMnO4COOK+KOH+2MnO2+H2O
COOK HCl COOH
【所需试剂】
甲苯 2.7mL(2.3g，0.025mol)；高锰酸钾8.5g(0.054mol)；浓盐酸。

【操作步骤】
在装有回流冷凝管的250ml三口瓶中放入2.7ml甲苯和100ml水，在磁力搅拌下，加热回流至沸。

从回流冷凝管上口分批加入8.5g高锰酸钾（最后可用25ml水冲洗粘在管壁的固体）。

继续搅拌煮沸直到甲苯层几乎近于消失，回流液不再出现油珠。

将反应混合物趁热减压过滤[1]，用少量热水洗涤滤渣二氧化锰。

合并滤液和洗涤液，在冰水浴中冷却，用浓盐酸酸化，至苯甲酸全部析出（用pH试纸检验）。

将析出的苯甲酸减压过滤，用少量冷水洗涤，挤压抽干。

在水中进行重结晶，可得到纯净的苯甲酸。

【注释】
[1] 如果滤液呈紫色，可加入少量亚硫酸氢钠使紫色褪去，重新减压过滤。

[2] 苯甲酸在水中的溶解度如下：
【思考题】
1）反应完毕后，如果滤液呈紫色，为什么要加亚硫酸氢钠？
2）精制苯甲酸还有什么方法？
实验三 香豆素-3-羧酸的合成
【目的及要求】
1）了解Knovengel 反应； 2）练习回流、重结晶等操作； 【反应式】
CHO
+CH 2(COOC 2H 5)2
N H
O
O COOC 2H 5NaOH
ONa
COONa COONa
HCl
O
O
COOH
【所需试剂】
水杨醛4.2mL(5g ，0.014mol)；丙二酸乙酯 6.8mL(7.2g ，0.0456mol)；无水乙醇，六氢吡啶；冰醋酸；氢氧化钠；95%乙醇；浓盐酸、无水氯化钙。

【操作步骤】
1、香豆素-3-甲酸乙酯的反应
在干燥的100ml 圆底烧瓶中加入4.2mL 水杨醛，6.2g 丙二酸乙酯、25mL 无水乙醇，0.5mL 六氢吡啶和2滴冰醋酸，装上回流冷凝管，冷凝管上口接一个氯化钙干燥管，磁力搅拌小火加热回流2h 。

稍冷后将反应物转移到锥形瓶中，加入30mL 水，置于冰浴中冷却。

待结晶完全后，过滤，晶体每次用2-3mL50%冰冷过的乙醇洗涤2-3次。

粗产物为白色晶体，经干燥后重约6-7g ，熔点92-93℃。

粗产物可用25%的乙醇水溶液重结晶。

2、香豆素-3-羧酸的合成
在100mL 圆底烧瓶中加入4g 香豆素-3-甲酸乙酯，3g 氢氧化钠、20mL95%乙醇和10mL 水，装上回流冷凝管，磁力搅拌加热至酯溶解后，在继续回流15min 。

稍冷后，在搅拌下将混合物加到盛有10mL 浓盐酸和50mL 水的烧杯中，立即有大量白色结晶析出。

在冰浴中冷却使结晶完全。

抽滤，用少量冰水洗涤晶体、压干，干燥后重约3g ，熔点188℃。

粗品可用水重结晶。

【思考题】
1、 写出利用Knovengel 反应制备香豆素-3-羧酸的反应机理。

2、 如何用香豆素-3-羧酸制备香豆素。

实验四乙酸正丁酯的合成
【目的与要求】
1）了解使用水分离器；
2）掌握分液漏斗的用途及使用方法；
3）巩固酯化反应的反应机理。

【反应式】
H+
CH3COOH+CH3CH2CH2CH2OH CH3COOCH2CH2CH2CH3+H2O
【所需试剂】
正丁醇11.5mL(9.3g，0.125mol)；冰醋酸9mL(9.4g，0.156mol)；浓硫酸；无水硫酸镁；10%碳酸钠水溶液。

【操作步骤】
用100ml圆底烧瓶安装好如图所示的回流分水装置。

在烧瓶中加入11.5ml正丁醇、9ml 冰醋酸，再加入3～4滴浓硫酸，摇匀[1]，加入沸石。

在分水器中加水至低于直管口约1cm 处。

连接好反应装置后在电热套上加热回流。

反应过程中产生的水从分水器下部分出（只把下面的水层放出去，不要把油层也放掉）。

直到回流到分水器中的水分不再增加时，反应基本完成，反应时间约40分钟。

停止加热。

冷却后卸下回流冷凝管。

先将分水器中的液体全部放入分液漏斗，分去水层，再把圆底烧瓶中的反应液倒入分液漏斗中合并，分别用10ml水、10ml10%碳酸钠水溶液[2]以及10ml水洗涤。

把分离出来的油层倒入干燥的小锥形瓶中，加入无水硫酸镁干燥，直至液体澄清。

将干燥后的有机相滤入干燥的50ml圆底烧瓶中，加入沸石，安装好普通蒸馏装置，加热蒸馏，收集124～127℃的馏分。

称重后测定折光率，产量约10g 。

纯乙酸正丁酯是无色液体，有水果香味。

沸点126.5℃，折光率20
n 1.3941。

D
【注释】
[1] 加入硫酸后，一定要摇匀。

因为硫酸比重大，易沉积在烧瓶底部，加热时易发生炭化。

[2] 碱洗时注意分液漏斗及时放气，防止产生的二氧化碳压力过大使溶液冲出来。

【思考题】
1）本实验中如何提高反应产率?
2）在提纯粗产品的过程中，用碳酸钠溶液洗涤主要除去哪些杂质？是否可以改用氢氧化钠溶液？
3）是否可以选择无水氯化钙干燥产品？
实验五 4-苯基-2-丁酮的合成
【目的及要求】
1）巩固掌握常压蒸馏、减压蒸馏技术； 2）了解并掌握分液萃取、盐析的应用； 3）复习巩固酯缩合反应。

【合成步骤】
1）乙酰乙酸乙酯的合成 【反应式】
H 3C C O
2H 5H 3C C O CH C O 2H 5O
C 2H 5
ONa
H +
H 3C C O CH 2C O 2H 5
O
【所需试剂】
乙酸乙酯 18mL(0.19mol)；金属钠 2g(0.08mol)；50%醋酸水溶液；饱和氯化钠溶液；无水硫酸镁；无水氯化钙。

【操作步骤】
在一个干燥的100mL 圆底烧瓶中，加入18mL 干燥的乙酸乙酯和2g 金属钠丝[1]，迅速装上回流冷凝管和氯化钙干燥管，反应即开始。

用热水维持沸腾状态，至金属钠完全反应。

将反应物冷却到50℃，在不断振荡下慢慢加入约12mlL50%的醋酸水溶液至呈微酸性（过量的乙酸水溶液会增大乙酸乙酯的溶解度）。

加入等体积的氯化钠饱和溶液，充分振荡，将液体转移至分液漏斗中静置。

待乙酸乙酯完全析出后分出，用无水硫酸镁干燥。

滤入蒸馏瓶，水浴蒸出未反应的乙酸乙酯。

然后进行减压蒸馏[2]，收集乙酰乙酸乙酯约4～5g 。

乙酰乙酸乙酯沸点压力对应表：
2）4-苯基-2-丁酮的合成 【反应式】
3C O CH O C 2H 5O
H +
H 3C C O
CH 2
C O 2H O
C 6H 5CH 2Cl
H 3C
C O CH C O C 2H 5
O
CH 2C 6H 5
NaOH/H 2O
H 3C
C O CH C ONa O
CH 2C 6H 5
H 3C
C O CH 2CH 2C 6H 5
3C
C O CH C O C 2H 5O
Na
25H H 3C C O
CH 2
C O C 2H 5O
C 6H 5CH 2Cl
H 3C
C
O CH C O C 2H 5
O CH 2C 6H 5NaOH/H 2O
H 3C C O CH C O CH 2C 6H 5
H 3C
C O
CH 2CH 2C 6H 5
【所需试剂】
无水甲醇 3.55g(4.5ml ，110.8mmol)；金属钠 0.53g ；乙酰乙酸乙酯 3.07g （3.0mol ，23.60mmol ）；氯化苄2.7ml(23.50mmol)。

【操作步骤】
在50mL 干燥的三口瓶中，加入4.5mL 无水甲醇，0.53g 金属钠。

在电磁搅拌下，室温反
应。

金属钠很快溶解并放出氢气，待钠反应完毕后，室温搅拌下滴加3.0mL 乙酰乙酸乙酯，继续搅拌10分钟。

在室温下慢慢滴加2.7ml 氯化苄，此时溶液呈米黄色混浊液，然后加热回流30min 。

停止加热，稍冷却后，慢慢加入由1.20g 氢氧化钠和10ml 水配成的溶液，约需5分钟加完，溶液pH 值11。

然后再加热回流30 分钟后，冷却至40℃以下，慢慢滴加3.0mL 浓盐酸，将溶液pH 值调至1～2。

加热回流30分钟，进行脱羧反应。

回流完毕后，溶液分为两层，上层为黄色有机相。

反应结束后，在水浴上将低沸点物蒸出，馏出液体积为2.0～4.0mL 。

冷却，用分液漏斗分出上层有机层，水层用10mL 乙醚提取一次。

将乙醚与有机层合并，用饱和氯化钠溶液洗涤两次，至pH 值为6～7，用无水硫酸钠干燥有机层。

在水浴上蒸乙醚，再减压蒸馏，收集132～140℃/5.35kPa(40mmHg)馏分，产品为无色透明液体，约为1.70～2.10g ，产率48%～59%。

【注释】
[1] 金属钠遇水即爆炸，使用时应严格注意。

[2] 常压蒸馏乙酰乙酸乙酯会发生部分分解。

【思考题】
1）实验中用饱和氯化钠的目的何在？
2）何为互变异构现象？如何用实验来证明乙酰乙酸乙酯式两种互变异构体的平衡混合物？。