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1 Synthetic Chemical Experiment 合成化学实验 复旦大学化学教学实验中心

2 合成化学实验 合成化学实验要求及实验安全知识 1- 溴丁烷的合成 苯甲酸丁酯的合成 双甘氨酸合铜 (Ⅱ) 一水合物顺 反异构体的合成 乙酰丙酮锰的合成及其性质分析 从茶叶中提取咖啡因 Cannizzaro 反应 苯甲酸和苯甲醇的合成 Aldol 缩合反应 :1-(4- 甲苯基 )-3- 苯基 - 丙 -2- 烯 -1- 酮的合成 Friedel-Crafts 反应 : 对甲苯乙酮的合成 Grignard 反应 :1- 苄基环戊醇的合成 Sandmeyer 反应 : 对氯甲苯的合成 Claisen 酯缩合反应 : 乙酰乙酸乙酯的合成 二芳基醚的合成 芳环上的亲核取代反应 辅酶催化合成安息香及其系列反应 麻醉药物苯佐卡因的合成

3 合成化学实验要求 及实验安全知识

4 学生守则 1. 准时进实验室, 不迟到 2. 实验时穿白大衣, 戴防护镜 不穿短袖和短裤, 不穿凉鞋 长发扎在背后 3. 保持实验室安静, 不大声喧哗 4. 保持实验室环境整洁 5. 保持实验室清洁卫生 6. 爱护公物 7. 养成良好的实验习惯

5 实验室卫生 保持实验台 仪器及周围地面整洁 实验废弃物分类收集在指定的废物缸内, 不应随便丢入水槽 不将杂物丢入下水管道 保持公用部位的整洁 称量时要避免试剂沾污天平和台面, 一旦沾污立即擦干净 实验结束时, 做好台面和公用部位的清洁整理工作 学生轮流做值日, 包括 : 清洁水槽 拖地板 清倒废物, 整理清洁公用部位, 检查水 电 煤气是否关妥

6 1. 实验预习 合成化学实验要求 实验目的 实验内容 反应式 试剂物理常数及用量 实验步骤 ( 要求实验时不看实验教材 ) 2. 实验操作 要求操作正确 规范 合理安排实验, 有连贯性

7 3. 实验记录及报告 如实记录实验过程及现象 认真及时完成实验报告 摘要 关键词 实验报告应包括以下内容 : 引言 ( 实验原理 反应式 操作原理等 ) 实验部分 ( 包括操作及现象, 应反映实验的实际情况 ) 实验结果及讨论 ( 包括产率 产物的性状, 熔点 沸点等 ) 参考文献

8 实验评分与考核 实验成绩的依据 预习情况 操作及结果 实验记录和实验报告 实验作风及习惯 期末实验考核成绩

9 有机化学实验室常见事故的预防 1. 着火和爆炸 有机物大多易燃易爆 乙醚 : 沸点 35 o C; ; 闪燃点 -45 o C; 爆炸极限 %

10 预防 在通风柜中进行实验 有机物远离火源 易燃物附近不能有明火 用小口带塞瓶盛放液体有机物, 以防挥发 回收溶剂不乱倒, 应倒入指定回收瓶中 规范实验操作 ( 加热 加沸石 不密闭 ) 处理 小火 : 少量溶剂燃烧可任其烧完, 或用湿布覆盖 大火 : 用灭火器 不可用水浇

11 喷淋器

12 2. 中毒 许多有机物有毒 预防 在通风柜中进行实验 存放在密闭容器内, 以防挥发 实验残渣和回收溶剂倒入指定回收瓶中 规范实验操作, 不用手直接接触药品 试剂及实验所得产物 实验后洗净双手 不在实验室中吃食物

13 3. 烫伤和割伤 烫伤 : 涂蓝油烃 ( 预备室备有 ) 割伤 : 冲洗 包扎 重者去医院 4. 化学试剂灼伤 处理方法见 p5 酸灼伤 : 水洗 饱和碳酸氢钠洗 水洗碱灼伤 : 水洗 稀乙酸洗 水洗有机试剂灼伤 : 水洗 稀乙醇擦洗 严重者清洗后需涂上烫伤膏

14 5. 化学试剂溅入眼中 处理方法见 p5 酸溅入 : 大量水冲洗 1%NaHCO 3 洗碱溅入 : 大量水冲洗 1% 硼酸液洗 洗眼器

15 t 化学教学实验中心 Chem is try! 实验 正溴丁烷的合成 实验目的 : 学会安装带气体吸收的回流冷凝装置 掌握卤代物的一般制备和分离提纯 掌握蒸馏 萃取 洗涤 液体干燥等基本操作

16 实验原理 : 1- 溴丁烷是由正丁醇与卤代试剂 ( 溴化钠和浓硫酸反应生成的氢溴酸 ), 通过亲核取代反应而制备得到 主反应 : NaBr + H 2 SO 4 HBr + NaHSO 4 OH + HBr Br + H 2 O 副反应 : OH H 2 SO 4 + H 2 O OH H 2 SO 4 O + H 2 O HBr + H 2 SO 4 Br 2 + SO 2 + H 2 O

17 实验装置图 : 回流装置 气体吸收装置

18 蒸馏装置 分液装置

19 实验流程 : H 2 SO 4 n-c 4 H 9 OH NaBr H 2 O 混匀 回流 蒸馏 馏液 分离 有机相水相 H 2 SO 4 洗涤 有机相水相 H 2 O H 2 O 洗涤 Ca 2 Cl 有机相 水相 NaHCO 3 洗涤 有机相水相 洗涤 干燥 过滤蒸馏 n-c 4 H 9 Br 测折光率

20 实验重点 : 在加热回流时, 要保持反应液呈微沸, 有利减少副产物的生成 气体吸收装置中漏斗的 3/4 部分全浸在水中,1/4 部分露出水面, 既能防止气体逸出, 又可防止水倒吸至反应瓶中 蒸馏 1- 溴丁烷粗产物时, 判断产物是否蒸完, 可依据以下几点 : (a) 反应瓶内上层油层消失 ;(b) 用内盛对水的小试管收集馏液, 观察有无油珠物质的存在 在使用分液漏斗时, 要特别注意取合的对象 所有经过分离操作的液层, 最好暂时留到整个实验结束 以便一旦发现取错所需有机层, 尚可及时补救, 避免从头返工

21 思考题 : (1) 加料时, 如果不按实验操作中的加料顺序, 而先使溴化钠与浓硫酸混合然后再加正丁醇和水, 将会出现何现象? (2) 从反应混合物中分离出粗产品正溴丁烷时, 为什么用蒸馏的方法, 而不直接用分液漏斗分离? (3) 反应后的粗产物中有哪些杂质? 后处理时, 各步洗涤的目的何在?

22 实验 苯甲酸丁酯的合成 实验目的 : 了解酯化反应的原理 掌握油水分离器的使用 掌握减压蒸馏的原理及操作 学习高沸点液体有机物的提纯

23 实验原理 : 主反应 : COOH + OH H 2 SO 4 O O 副反应 : OH H 2 SO 4 + H 2 O OH H 2 SO 4 O + H 2 SO 3 + H 2 O O H 2 SO 4 COOH

24 实验装置图 : 油水分离器

25 减压蒸馏装置

26 实验流程 : 苯甲酸正丁醇环己烷浓硫酸 共沸带水 蒸馏 残液倒入冷水中 Na 2 CO 3 水相 乙醚萃取 中和 分液 有机相 干燥 过滤 常压蒸馏 减压蒸馏 C 6 H 5 COOC 2 H 5

27 实验重点 : 反应过程中要控制反应外温在 110, 减少副产物生成 反应中控制回流液体呈滴状, 避免液泛 减压蒸馏时, 玻璃仪器磨口处都需涂抹凡士林, 即有利提高真空度, 又方便蒸馏完毕后装置的拆除 减压蒸馏前注意是先开减压装置, 再加热蒸馏液 ; 蒸馏完毕后, 先停止加热, 再通大气, 关闭减压泵

28 实验 双甘氨酸合铜 (Ⅱ) 一水 合物顺 反异构体的合成 实验目的 : 掌握配位化合物不同异构体的制备方法 学习利用异构体不同物理性质来提纯的方法 了解不同几何异构体的表征手段

29 实验原理 : 顺式双甘氨酸合铜 (II) 一水合物的制备 Cu(OAc) 2 + 2NH 2 CH 2 COOH + H 2 O cis-cu(nh 2 CH 2 COO) 2. H 2 O (S) +2AcOH 反式双甘氨酸合铜 (II) 一水合物的制备 cis-cu(nh 2 CH 2 COO) 2. H 2 O (S) 加热回流 饱和溶液 trans-cu(nh 2 CH 2 COO) 2. H 2 O (S) O O H 2 N H 2 N Cu O O O H 2 N Cu NH O O O

30 实验流程 : 乙醇 醋酸酮一水合物水 加热溶解 甘氨酸热水溶液 趁热混合 冰水冷却 过滤 沉淀顺式异构体 滤液 顺式异构体滤液甘氨酸 回流热过滤反式异构体

31 实验 乙酰丙酮锰的合成 及其性质分析 实验目的 : 掌握无机配合物的制备 掌握磁力搅拌控温反应装置的安装及操作 学习热过滤操作 掌握混合溶剂重结晶操作

32 实验原理 : CH 3 NaOAc 3H 2 O+MnO 2 4H 2 O + O O KMnO 4 H 2 O H 3 C H 3 C O O O O Mn O O CH 3 CH 3 CH 3

33 实验流程 : 高锰酸钾水 三水合醋酸钠水 三水合醋酸钠四水合二氧化锰水 乙酰丙酮 搅拌 5 分钟 50~60 o C 搅拌 10 分钟 冰水冷却抽滤水洗乙醇洗涤 干燥 丙酮 - 石油醚重结晶

34 实验 从茶叶中提取咖啡因 实验目的 : 了解天然物质的提取及纯化 掌握索氏提取器的使用 掌握用常压升华法提纯有机物的方法

35 实验原理 : 茶叶中含有咖啡因, 约占 1~5%, 另外还含有 11~12% 的丹宁酸 ( 鞣酸 ),0.6% 的色素 纤维素 蛋白质等 为了提取茶叶中的咖啡因, 可用适当的溶剂 ( 如乙醇等 ) 在脂肪提取器中连续萃取, 然后蒸去溶剂, 即得粗咖啡因 粗咖啡因中还含有其它一些生物碱和杂质 ( 如单宁酸 ) 等, 可利用升华法进一步提纯 H 3 C N O CH 3 N 易溶于氯仿 水及乙醇等 ; O N N 含结晶水的咖啡因为无色针状晶体, 100 时即失去结晶水, 并开始升华 CH 升华显著,178 升华很快 咖啡因 (1,3,7- 三甲基 -2,6- 二氧嘌呤 )

36 实验装置图 : 索式提取装置 升华装置

37 实验流程 : 95% 乙醇 茶叶末 热提取 蒸馏 粗提取液 倒入蒸发皿 生石灰 拌炒干 小火升华 收集结晶 残渣 二次升华 收集结晶

38 实验重点 : 蒸馏回收乙醇时不可蒸干, 否则残液太黏不易倒出, 造成损失 粗提液需尽可能炒干, 否则影响产物的质量 升华操作时控制火的大小是关键 思考题 : (1) 升华提纯咖啡因前用生石灰, 起什么作用? (2) 为什么采用升华可以得到较纯的咖啡因?

39 Cannizzaro Reaction 实验 苯甲酸和苯甲醇的合成 实验目的 : 了解岐化反应的原理和方法 掌握根据化合物物理性质不同进行分离的实验方法

40 实验原理 : 无 α H 的醛在浓碱的作用下发生岐化反应, 一分子醛失去氢被氧化为酸, 而另一分子醛得到氢而被还原为醇 反应式 : 2 CHO NaOH COONa + CH 2 OH COONa + HCl COOH + NaCl

41 实验装置图 : 萃取分离装置 蒸馏装置

42 实验流程 : NaOH 水 苯甲醛 振摇 放置过夜 溶解 萃取 有机相 sat. aq. NaHSO 3 洗 sat. aq. NaHCO 3 洗 水洗 干燥 苯甲醇 减压蒸馏 水浴蒸馏 过滤 水相酸化抽滤重结晶抽滤苯甲酸

43 Aldol Condensation 实验 1-(4- 甲苯基 )-3- 苯基 - 丙 - 2- 烯 -1- 酮的合成 实验目的 : 学习 Aldol 缩合反应的原理 掌握磁力搅拌器 控制反应温度的操作 掌握利用薄层层析检测反应进程的方法

44 实验原理 : 在稀碱作用下, 含 α H 的两分子醛或酮进行亲核加成生成 β 羟基醛或酮的反应称为 Aldol 缩合反应 β 羟基醛或酮可以进一步脱水生成 α, β 不饱和醛或酮 反应式 : O O H 3 C CHO CH 3 + NaOH CH 3

45 实验装置图 : 磁力搅拌装置

46 实验流程 : NaOH 水 95% 乙醇苯甲醛苯乙酮 下磁力搅拌 1.5h 冰水冷却 抽滤 水洗涤晶体至中性 冷乙醇洗涤 干燥 95% 乙醇重结晶 O CH 3

47 Friedel Crafts Reaction 实验 对甲苯乙酮的合成 实验目的 : 了解 F-C 反应制备芳香酮的原理 掌握机械搅拌 气体吸收装置 学习无水操作技术

48 实验原理 : Friedel Crafts 酰基化反应是在无水三氯化铝存在下, 芳香化合物与酰氯 酸酐等发生亲电取带反应生成酰基苯的反应 反应式 : CH 3 + AcOAc AlCl 3 O + AcOH H 3 C

49 实验装置图 : 机械搅拌装置

50 实验流程 : 乙酸酐无水甲苯 无水 AlCl 3 无水甲苯机械搅拌滴加完毕 沸水浴反应 0.5h 浓盐酸冰水 反应液 分液 水层 有机层水洗 10%NaOH 洗 水洗干燥过滤蒸馏馏分 H 3 C O

51 Grignard Reaction 实验 1- 苄基环戊醇的合成 实验目的 : 掌握格氏试剂的制备方法及其应用 学习掌握无水无氧操作技术

52 实验原理 : 反应式 : Cl + Mg anhydrous ether MgCl MgCl + O OMgCl OMgCl aq. NH 4 Cl OH

53 实验装置图 :

54 实验流程 : 40 滴氯苄 / 无水乙醚混合液 碘 氯苄 / 无水乙醚混合液 Mg 粉无水乙醚 引发反应 微沸 20min 环戊酮无水乙醚 Sat. aq. NH 4 Cl 水层 反应完毕 分液 有机层 Sat. aq. NH 4 Cl 洗 水洗干燥过滤蒸馏重结晶 OH

55 实验重点 : 所有反应仪器及试剂必须保证无水, 否则不能得到目标产物 分解加成产物是放热反应, 必须缓慢滴加 滴加饱和氯化铵溶液时, 停止搅拌, 否则反应体系中会产生大量泡沫物, 后处理困难

56 Sandmeyer Reaction 实验 对氯甲苯的合成 实验目的 : 掌握重氮盐的合成 学习低温反应操作 掌握水蒸汽蒸馏的操作技术 了解多步骤连续反应操作

57 实验原理 : 反应式 : 2CuSO 4 + 2NaCl + NaHSO 3 + 2NaOH 2CuCl + 2Na 2 SO 4 + NaHSO 4 + H 2 O H 3 C NH 2 0 ~ 5 o C + 2 HCl + NaNO 2 N 2 Cl H 3 C + NaCl + 2H 2 O Cl H 3 C N 2 Cl. CuCl + N 2 + CuCl H 3 C H 3 C N 2 Cl + CuCl H 3 C N 2 Cl. CuCl

58 实验装置图 :

59 实验流程 : (1) 氯化亚铜的制备 CuSO 4 5H 2 O 水 NaCl 溶液加热至 加 NaHSO 3 NaOH 水 冷却 倾去清液冰水洗涤固体 加入浓盐酸 棕色 CuCl 溶液 (2) 重氮盐溶液的制备 浓盐酸, 水对甲苯胺 溶解 冷却并搅拌成糊状 控制在 0-5 加 NaNO 2 的水溶液 KI- 淀粉试纸变蓝 重氮盐溶液

60 (3) 对氯甲苯的制备 氯化亚铜溶液重氮盐溶液 橙红色复合物 室温放置 20min 水浴加热到 水蒸汽蒸馏 对氯甲苯粗品 石油醚提取 10% NaOH 洗水洗浓硫酸洗水洗 干燥过滤蒸馏馏分 H 3 C Cl

61 Claisen Condensation 实验 乙酰乙酸乙酯的合成 实验目的 : 了解 Claisen 酯缩合反应的基本原理 学习无水无氧反应装置的安装与操作 掌握减压蒸馏的原理及操作

62 实验原理 : 含 α- 活泼氢的酯在强碱性试剂 ( 如 NaOEt, NaNH 2, NaH 等 ) 存在下, 能与另一分子酯发生 Claisen 酯缩合反应, 生成 β- 酮酸酯 反应式 : 2CH 3 COOC 2 H 5 NaOC 2 H 5 Na [CH 3 COCHCOOC 2 H 5 ] HOAc CH 3 COCHCOOC 2 H 5 + NaOAc

63 实验装置图 :

64 实验流程 : CH 3 COOC 2 H 5 50%HOAc 钠丝 缩合 酸化 分液 水相 有机相干燥过滤常压蒸馏 减压蒸馏 CH 3 COCH 2 COOC 2 H 5 测折光率

65 实验重点 : 反应所用仪器必须干燥与洁净 金属钠遇水会燃烧爆炸, 使用时严防与水或皮肤接触, 压入钠丝动作要迅速, 防止空气氧化或水汽侵蚀 乙酰乙酸乙酯常压蒸馏时很易分解, 故宜采用减压蒸馏, 但是其沸点不是太高, 在真空减压时, 控制压力在 1.3~2.6kPa 之间, 防止产物以蒸汽进入真空泵, 既损失产物又损坏真空泵 反应应连续进行, 间隔时间久会生成副产物去水乙酸而降低产量

66 思考题 : 1. Claisen 酯缩合反应中的催化剂是什么? 本实验为什么可以用金属钠代替? 2. 本实验中加入 50% 醋酸和饱和氯化钠溶液有何作用? 3. 乙酰乙酸乙酯若采用常压蒸馏提纯, 会分解产生 去水乙酸, 写出反应结构式?

67 实验二芳基醚的合成 芳环上的亲核取代反应 实验目的 : 研究性实验的设计及实现 微波促进的有机合成操作 TLC 跟踪及检测反应操作

68 实验原理 : 反应式 : R OH + O 2 N Cl K 2 CO 3 DMSO R O NO 2 R = H, o-ome, p-ome, NO 2

69 实验装置图 :

70 实验流程 : 对氯硝基苯 DMSO 酚 DMSO 无水碳酸钾 加热或微波 TLC 跟踪反应结束 反应液倒入 70 ml 冰水 静置使沉淀完全抽滤水洗冰乙醇洗 烘干 快速柱层析或重结晶 R O NO 2

71 实验 辅酶催化合成安息香 及其系列反应 实验目的 : 了解有机催化反应及偶极反转概念 掌握多步骤有机合成反应 学习氧化反应

72 实验原理 : 反应式 : O 2 CHO VB1 H 2 O-EtOH-NaOH OH O HNO3 O OH O

73 实验装置图 :

74 实验流程 : 安息香合成 : 3N NaOH 维生素 V B1, 水 95% 乙醇 苯甲醛 ph8.8 左右静置二个星期抽滤 冰水洗涤 95% 乙醇重结晶 O OH

75 实验流程 : 二苯基乙二酮的合成 : 安息香浓硝酸 加热回流冰水冷却加入冰水 抽滤干燥重结晶 O O

76 设计型实验 实验 麻醉药物苯佐卡因的合成 实验目的 : 了解有机化学合成研究的科学方法 掌握干燥氯化氢气体的制备技术 学习科研论文的规范写作

77 实验原理 : 反应式 : COOH 1) C2 H 5 OH, HCl (g) COOC 2 H 5 O 2 N 2) Sn H 2 N

78 实验装置图 :

79 实验流程 : 浓硫酸 对硝基苯甲酸 浓盐酸 干燥 HCl 气体 无水乙醇 加热回流 反应完毕 锡粉 加热回流 反应毕冷却 过滤 滤液 蒸馏 残液 NaHCO 3 中和 萃取分离 水相 有机相 COOC 2 H 5 干燥 蒸馏 重结晶 H 2 N

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