现代有机合成实验讲义

实验一、聚乙烯醇缩甲醛的制备

一、实验目的

1. 熟悉聚合物中官能团反应的原理。

2. 掌握聚乙烯醇缩甲醛的制备方法。

二、实验原理

聚乙烯醇缩甲醛是利用聚乙烯醇与甲醛在酸性条件下制得的。其反应式如下：

CH CH2CH CH2+ HCHO H+CH CH2CH CH2+ H2O

OH O

CH2

由于几率效应，高分子链上的羟基未必能全部进行缩醛化反应，会有一部分羟基残留下来。为了定量表示缩醛化的程度，定义已缩合的羟基量占原始羟基量的百分数为缩醛度。

由于聚乙烯醇溶于水，而聚乙烯醇缩甲醛不溶于水，因此，随着反应的进行，最初的均相体系将逐渐变成非均相体系。本实验是合成水溶性聚乙烯醇缩甲醛胶水，反应过程中需控制较低的缩醛度，使产物保持水溶性。如若反应过于猛烈，则会造成局部高缩醛度，导致不溶性物质存在于胶水中，影响胶水质量。因此，反应过程中，要严格控制催化剂用量、反应温度、反应时间及反应物比例等因素。

三、仪器及试剂

1. 仪器：250mL三口瓶、电动搅拌器、温度计、恒温水浴、10mL量筒、100mL量筒

2. 试剂：聚乙烯醇、38%甲醛水溶液、NaOH 溶液、盐酸

四、实验步骤

1.在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的三口烧瓶中加入10g聚乙烯醇及90mL去离子水，开动搅拌，加热至95℃至聚乙烯醇全部溶解。

2.降温至80℃，加入4mL甲醛溶液，搅拌15min。滴加0.25mol/L盐酸调节反应体系的PH=1～3，搅拌下进行保温反应。随着反应体系之间逐渐变粘稠，当体系中出现气泡或有絮状物产生时，迅速加入1.5mL8% 的氢氧化钠溶液，调节PH值为8～9。降温，出料，得无色透明黏稠液体，即为一种化学胶水。

五、注意事项

1．整个反应过程中搅拌要充分均匀，当体系变粘稠出现气泡或有絮状物产生时应马上加入NaOH溶液，终止反应。

2．工业上生产胶水时，为了降低游离甲醛的含量，常在pH值调整至7～8后加入少量尿素，发生脲醛化反应。

六、思考题

1. 为什么要调节产物的PH 值？

2. 为什么缩醛度增加，水溶性会下降？

丙酮肟的制定与鉴定（时间10小时）

实验目的：1.巩固有机实验的综合技能，

2.学会合成丙酮肟的基本操作方法。

实验药品：丙酮，盐酸羟胺，氢氧化钠，碳酸钠溶，乙醇。

实验仪器：电磁搅拌加热器，三口瓶，磁子，回流冷凝管，温度计，恒压滴液漏斗，分液漏斗，玻璃棒，铁架台（带铁夹），PH试纸，滤纸，布氏漏

斗，烧杯，20ml玻璃注射器（用来取丙酮）。

实验原理（反应方程式）：

实验步骤：

在有温度计、搅拌、回流的50mL的三口圆底瓶中，分别加入7g(0.1mo1)盐酸羟胺，4g水、10 g(12.7ml)(0．172 mo1)丙酮。搅拌冷却下滴加3.6 g(0．090 mo1)氢氧化钠和0．53 g(0．005 mo1)碳酸钠溶于10 g水的溶液。约1/2 h加完。升温至50℃。搅拌反应5 h，测pH=6。蒸除过量的丙酮后，趁热分液。上层液冷却固化，称重得7.2 g丙酮肟。回收的丙酮可重复使用。粗产品经乙醇重结晶得白色晶体，熔点为：63℃。

如果条件容许，进行结构测定，NMR，IR等。

丙酮：b.p.＝56.2℃; d=0.791; M=58

丙酮肟：m.p.=63℃; b.p.=135℃;M=73

请同学们预习：

1、根据实验步骤写出具体操作，也就是你们平时照单抓药的那种具体操作；

2、绘制出每步反应与分离纯化的装置图；

3、查阅丙酮肟在乙醇中温度与溶解度的关系；

4、查阅其他方法合成丙酮肟的资料，最好附上所查阅的资料；

5、实验前学委把预习报告交给指导教师审阅后方可进入实验。

请同学们复习理论知识：

1、肟的合成机理；

2、肟在有机合成中的应用；

3、工业上生产肟的方法；

4、丙酮肟的用处。

上述预习与复习请全部写在预习本上。既然是实验的提高，就请学生认真准备。做好充分的时间准备。

实验从茶叶中提取咖啡因

（Extraction of caffeine from tea）

[实验目的]

1．了解咖啡因的结构、提取原理和方法；

2．初步掌握索氏提取器的使用方法；

3．学习用升华法分离提纯固体有机物的方法。

[能力培养]

培养学生从植物中提取分离生物碱和升华法提纯有机物的操作能力。

[实验原理]

从植物原料中分离并提出纯品，是天然有机化学的重要工作。因为任何天然物质都是由很多复杂的有机物组成。把天然化合物从原料中转移出来。最常用的方法是溶剂提取和水蒸气蒸馏等。溶剂提取也称萃取，一般是将生物原材料捣碎，然后选择用单一溶剂或混合溶剂进行浸提，再除去溶剂，进一步用其他方法处理，以使混合物分离成各种纯的组份。有些天然有机物的纯品为结晶形化合物，如本实验所提取的咖啡因。利用咖啡因易升华的特点，将其与残留液中其他有机物作进一步分离，最后得到较纯的咖啡因结晶。

升华是纯化固体有机化合物的又一种手段。与蒸馏不同，它是直接由固体有机物受热气化为蒸气，然后由蒸气又直接冷凝为固体的过程。由于升华是由固体直接气化，因此并不是所有的固体物质都能用升华方法来纯化的。而只能适应于

那些在不太高的温度下有足够大蒸气压力(高于20mm 汞柱)的固体物质。利用升华方法可除去不挥发杂质，或分离不同挥发度的固体混合物。其优点是纯化后物质纯度比较高。但操作时间长，损失较大。因此实验室里一般用于较少量(1~2g)化合物的纯化。必须注意冷却面与升华物质的距离应尽可能近些。因为升华发生在物质的表面，所以待升华物应予先粉碎。

茶叶中含有多种生物碱，其中主要成分为咖啡因(碱)，约占l ～5％，它是杂环化合物嘌呤的衍生物，其结构如下： 6

54N

N NH N 78

2193嘌呤 CH 3—N N N —CH 3N O

O CH 3咖啡因（1,3,7-三甲基-2,6-二氧嘌呤）

此外，茶叶中还含有丹宁酸(又称鞣酸，易溶于水和乙醇)、色素、纤维素和蛋白质等。

咖啡因的化学名称为1,3,7-三甲基一2,6-二氧嘌呤，它是具有绢丝光泽的无色针状晶体，味苦，能溶于水(2％)、乙醇(2％)、氯仿(12.5％)等。含结晶水的咖啡因加热到100℃即失去结晶水，并开始升华，120℃时升华显著，178℃升华很快。无水咖啡因的熔点为234.5℃。

在此实验中用95％乙醇在脂肪提取器中连续抽提茶叶中的咖啡因，将不溶于乙醇的纤维素和蛋白质等分离，所得萃取液中除了咖啡因外，还含有叶绿素、丹宁及其水解物等，蒸去溶剂，在粗咖啡因中拌入石灰，与丹宁等酸性物质反应生成钙盐，游离的咖啡因就可通过升华纯化。工业上，咖啡因主要通过人工合成制得，它具有刺激心脏、兴奋大脑神经和利尿等作用。因此可作为中枢神经兴奋药，它也是复方阿司匹林(APC)等药物的组分之一。

[实验关键]

防止索氏抽提器中虹吸管的折断；滤纸包茶叶应严谨，高度不得超过虹吸管；升华时始终都需用小火间接加热。

[仪器、药品及材料]