设计性实验项目 1.2,4-二氯苯氧乙酸的制备 ... 2 2.超分子主体化合物：杯[4]芳烃的合成及表征 3.对溴苯胺的合成 7 4.二茂铁衍生物的合成及表征 5.非那西汀的合成及表征·· 6.解热止痛药阿司匹林的合成及表征 ············ 7.抗痉挛药5,5-二苯乙内酰脲的合成 15 8.蜜蜂警戒信息素-2-庚酮的合成及检测 17 9.香草醛合成方法研究及表征 20 10.香蕉油的合成 23 11.香料“结晶玫瑰”的合成及表征 25 12.用官能团反应鉴别未知有机化合物 27 13.四苯基卟啉化合物的合成及表征 31 1
1 设计性实验项目 1. 2, 4-二氯苯氧乙酸的制备················································································2 2. 超分子主体化合物：杯[4]芳烃的合成及表征·······················································4 3. 对溴苯胺的合成····························································································7 4. 二茂铁衍生物的合成及表征·············································································9 5. 非那西汀的合成及表征··················································································11 6. 解热止痛药阿司匹林的合成及表征···································································13 7. 抗痉挛药 5，5－二苯乙内酰脲的合成·······························································15 8. 蜜蜂警戒信息素-2-庚酮的合成及检测 ·······························································17 9. 香草醛合成方法研究及表征············································································20 10. 香蕉油的合成 ····························································································23 11. 香料“结晶玫瑰”的合成及表征 ····································································25 12. 用官能团反应鉴别未知有机化合物 ·································································27 13. 四苯基卟啉化合物的合成及表征 ····································································31
实验一2.4-二氯苯氧乙酸的制备实验目的①了解2，4-二氯苯氧乙酸作用及合成方法：②培养学生查阅文献资料、独立设计实验方案的能力；实验背景2,4一二氯苯氧乙酸（2,4-dichlorophenoxyaceticacid），俗名2,4-D，属于苯氧羧酸类除草剂。该品在此类化合物中活性最强，比同类植物生长调节剂吲哚丁酸大100倍。2.4-D及其盐和酯都是高效、内吸、具高度选择性的除草剂和植物生长调节剂，对植物有强烈的生理活性，低浓度时，往往促进生长，有防止落花落果、提高座果率、促进果实生长、提早成熟、增加产量的作用，可作为植物生长调节剂来减少落果、增大果实高浓度时，表现出生长抑制及除草剂的特性，尤其在阔叶植物上表现更明显。该品作用机理属于激素型除草剂，在高浓度时具有毒杀作用，促使杂草茎部组织增加核酸和蛋白质合成，恢复成熟细胞的分裂能力，从而促使细胞分裂，造成生长异常而导致杂草死亡。实验原理2.4一二氯苯氧乙酸是一种应用广泛的化学药品，纯品以片状、粉状、晶体粉末和固体等形式存在，白色略带棕褐色，略带酚的气味，熔点140.5℃.不吸湿，有腐蚀性。25℃时在水中的溶解度为620mg/L,可溶于大多数有机溶剂，如丙酮和乙醇，不溶于苯和石油。据资料报导，合成2，4一二氯苯氧乙酸的工艺路线主要有以苯酚为原料，在碱的存在下与一氯乙酸缩合，再氯化的缩合氯化法及氯化缩合法。所用原料除一氯乙酸外，尚有一溴乙酸乙酯等。工业上多采用以苯酚为原料的缩合氯化法，以消除氯化缩合法所得产品的臭味。实验中也有采用相转移催化法，以四丁基溴化铵为催化剂，苯为溶剂的合成方法。1.缩合氯化法_OCH2COOHLOCH2COONa HCI+NaOHNa2CO ciCH2COONaCICH2COOHOCH2COOHOCH2COOHFeCl3+ HCI + H2O2COCH2COOHOCH2COOHH*+ 2NaOCICIC2.氯化缩合法OHOHC45-65°C+ 2HCI2Cl210-12 hCIorONaC+ NaOHH20CI2
2 实验一 2,4-二氯苯氧乙酸的制备 实验目的 ① 了解 2, 4-二氯苯氧乙酸作用及合成方法； ② 培养学生查阅文献资料、独立设计实验方案的能力； 实验背景 2, 4 一二氯苯氧乙酸 (2,4-dichlorophenoxyacetic acid) , 俗名 2,4-D，属于苯氧羧酸类除草 剂。该品在此类化合物中活性最强，比同类植物生长调节剂吲哚丁酸大 l00 倍。2,4-D 及其 盐和酯都是高效、内吸、具高度选择性的除草剂和植物生长调节剂，对植物有强烈的生理活 性，低浓度时，往往促进生长，有防止落花落果、提高座果率、促进果实生长、提早成熟、 增加产量的作用，可作为植物生长调节剂来减少落果、增大果实;高浓度时，表现出生长抑 制及除草剂的特性，尤其在阔叶植物上表现更明显。该品作用机理属于激素型除草剂，在高 浓度时具有毒杀作用，促使杂草茎部组织增加核酸和蛋白质合成，恢复成熟细胞的分裂能力， 从而促使细胞分裂，造成生长异常而导致杂草死亡。 实验原理 2, 4 一二氯苯氧乙酸是一种应用广泛的化学药品，纯品以片状、粉状、晶体粉末和固体 等形式存在，白色略带棕褐色，略带酚的气味，熔点 140.5 ℃.不吸湿，有腐蚀性。25℃时 在水中的溶解度为 620 mg / L,可溶于大多数有机溶剂，如丙酮和乙醇，不溶于苯和石油。 据资料报导，合成 2, 4 一二氯苯氧乙酸的工艺路线主要有以苯酚为原料，在碱的存在下与一 氯乙酸缩合，再氯化的缩合氯化法及氯化缩合法。所用原料除一氯乙酸外，尚有一溴乙酸乙 酯等。工业上多采用以苯酚为原料的缩合氯化法，以消除氯化缩合法所得产品的臭味。实验 中也有采用相转移催化法，以四丁基溴化铵为催化剂，苯为溶剂的合成方法。 1．缩合氯化法 ClCH2COOH Na2CO3 ClCH2COONa NaOH HCl OH OCH2COONa OCH2COOH + OCH2COOH + HCl + H2O2 FeCl3 Cl OCH2COOH Cl OCH2COOH + 2NaOCl H Cl OCH2COOH Cl 2．氯化缩合法 OH + 2Cl2 45-65 oC 10-12 h OH Cl Cl + 2HCl OH Cl Cl + NaOH ONa Cl Cl + H2O
COCH,CONaNaoCINa2CO3 CICH2COONaOCH2COOHHCICICH2COOHCICCI实验要求1.选用任一种合成方法，查阅文献，合成目标产物：2.对目标产物进行红外光谱表征：3．以小论文形式提交实验结果（参照一般科技论文格式，基本包括：引言、实验部分、仪器、试剂、方法、红外谱图、结果讨论、结论及参考文献）。仪器试剂1.仪器：磨口玻璃仪器、抽滤装置、分液漏斗、磁力搅拌器、电热套、控温仪。2、试剂：苯酚、氯乙酸、氢氧化钠、碳酸钠、浓盐酸、过氧化氢、次氯酸钠、三氯化铁、乙醇、乙醚、四氯化碳。实验提示1.用浓盐酸酸化一步，最佳pH值为3，其产品产率比pH值为4时产率要高，但pH值过高会使产率降低，其原因为醚与酸反应会溶解；实验安全1.在实验过程，滴加过氧化氢一步反应是放热反应，如滴加太快，烧瓶内温度会急剧上升，故滴加过氧化氢时缓慢滴加，依靠本身放出的热量维持反应温度在70～85C，使反应平缓进行。实验思考1.在氯乙酸钠与苯酚钠反应中加入碘化钾可加快反应速度，为什么？2.在两种合成2.4-二氯苯氧乙酸的方法中，亲核取代反应一步，溶剂的极性对反应有何影响？参考资料[1]韩红斐，李好样，晋肖龙.2,4一二氯苯氧乙酸制备方法的改进[]太原科技,2008,4:48-49.[2]张永华.聚乙二醇催化合成取代苯氧乙酸[].首都师范大学学报(自然科学版),200425(4) :45- 47[3]刘蕊，李德红，李玲.2,4一二氯苯氧乙酸的研究进展[].生命科学研究,2004,8(4)71-75.[4】肖洲.可控释2,4-D除草剂的研究：[学位论文].武汉：华中科技大学,2007[5]吕凤桐。高纯度2,4-二氯苯氧乙酸的制备[]。化学试剂，1998,20(3)，179.[6]吴明书，彭存尧，张想竹相转移催化合成2，4一二氯苯氧乙酸J].精细石油化工1996,2:35-36[7]闫书春.2,4一滴的土法生产[]辽宁化工，1993,1:49-50[8】鲍卫仁.2,4一D酸生产简介[]山西化工,1989,4:58-59[9]陈继畴，王进贤，展学儒。相转移催化法合成2,4-滴[].农药工业,1980,6:93
3 ClCH2COOH Na2CO3 ClCH2COONa Cl OCH2COOH Cl NaO Cl Cl Cl OCH2CONa Cl HCl 实验要求 1. 选用任一种合成方法，查阅文献，合成目标产物； 2. 对目标产物进行红外光谱表征； 3. 以小论文形式提交实验结果（参照一般科技论文格式，基本包括：引言、实验部分、 仪器、试剂、方法、红外谱图、结果讨论、结论及参考文献）。 仪器试剂 1. 仪器：磨口玻璃仪器、抽滤装置、分液漏斗、磁力搅拌器、电热套、控温仪。 2. 试剂：苯酚、氯乙酸、氢氧化钠、碳酸钠、浓盐酸、过氧化氢、次氯酸钠、三氯化 铁、乙醇、乙醚、四氯化碳。 实验提示 1. 用浓盐酸酸化一步，最佳 pH 值为 3, 其产品产率比 pH 值为 4 时产率要高, 但 pH 值 过高会使产率降低，其原因为醚与酸反应会溶解； 实验安全 1. 在实验过程，滴加过氧化氢一步反应是放热反应，如滴加太快，烧瓶内温度会急剧 上升，故滴加过氧化氢时缓慢滴加，依靠本身放出的热量维持反应温度在 70～85 oC，使反 应平缓进行。 实验思考 1．在氯乙酸钠与苯酚钠反应中加入碘化钾可加快反应速度，为什么？ 2．在两种合成 2,4-二氯苯氧乙酸的方法中，亲核取代反应一步，溶剂的极性对反应有 何影响？ 参考资料 [1] 韩红斐，李好样，晋肖龙. 2, 4 一二氯苯氧乙酸制备方法的改进[J]. 太原科技, 2008, 4: 48-49. [2] 张永华. 聚乙二醇催化合成取代苯氧乙酸[J]. 首都师范大学学报(自然科学版), 2004, 25(4) : 45- 47. [3] 刘蕊，李德红，李玲. 2, 4 一二氯苯氧乙酸的研究进展[J]. 生命科学研究, 2004, 8 (4): 71-75. [4] 肖洲. 可控释 2, 4-D 除草剂的研究: [学位论文]. 武汉: 华中科技大学, 2007. [5] 吕凤桐. 高纯度 2, 4-二氯苯氧乙酸的制备[J]. 化学试剂，1998, 20( 3) , 179. [6] 吴明书, 彭存尧, 张想竹. 相转移催化合成 2, 4 一二氯苯氧乙酸[J]. 精细石油化工, 1996, 2: 35-36. [7] 闫书春. 2, 4 一滴的土法生产[J]. 辽宁化工, 1993, 1: 49-50. [8] 鲍卫仁. 2, 4 一 D 酸生产简介[J]. 山西化工, 1989, 4: 58-59. [9] 陈继畴, 王进贤, 展学儒. 相转移催化法合成 2, 4-滴[J]. 农药工业, 1980, 6: 9
实验二超分子主体化合物：杯【4芳烃的合成及表征实验目的①了解杯芳烃的发展历史及合成方法；②培养学生利用各种实验手段和仪器设备如FTIR以及HNMR，综合解决有机化学问题的能力和良好的工作方法：③通过查阅文献，学习如何设计杯芳烃及其衍生物的合成：④培养独立进行实验的能力。实验背景杯芳烃是一类对位烷基苯酚与甲醛缩合的寡聚大环化合物。最有代表性的是20世纪40年代Zinke等用对叔丁基苯酚和甲醛在氢氧化钠存在下加热得到的由对叔丁基苯酚结构单元和亚甲基交替连接的四聚体。该化合物的分子模型表明它的形状象一个杯子或花瓶.故称之为杯芳烃。如上图所示，在杯芳烃的杯状结构底部紧密而有规律地排列着n个酚轻基，而杯状结构的上部具有疏水性的空穴。前者整合和输送阳离子：后者则能与中性分子形成配合物。由于杯芳烃的这种独特的结构，离子和中性分子均可作为其形成配合物的客体。同时由于杯芳烃具有：（1）易于合成：（2）上缘和下缘均易于选择性修饰：（3）具有由苯环单元组成的疏水空穴：（4）既能配合识别离子型客体，又能包合中性分子。而冠醛一般只与阳离子络合，环糊精一般只络合中性分子：（5）具有熔点高，热稳定和化学稳定性好，不溶于许多溶剂，空腔大小可调节。（6）具有多种构象异构体，并且它们具有不同的物化特性等一系列特殊性质。所以杯芳烃被誉为继冠醚和环糊精之后的第三代主体分子。在杯芳烃的命名中，为了表示母体苯酚单元的数目，二个中间为环员数n的方括号插入到calix和arene之间，四聚体即为calix[4]arene（杯[4]芳烃）。实验原理杯芳烃的合成方法一般可分为三类：一步合成法、多步合成法和片段缩合法。1.一步合成法Zinke开创了杯芳烃的一步合成法，他率先采用对叔丁基苯酚与甲醛在碱性条件下直接缩合的方法制备了对叔丁基杯[4]芳烃。Gustche对Zinke的方法进行了改进，在碱性条件下通过一步反应分别选择性的制备了对叔丁基杯[4]芳烃1、对叔丁基杯[6]芳烃2和对叔丁基杯[8]芳烃3。4
4 实验二 超分子主体化合物：杯［4］芳烃的合成及表征 实验目的 ① 了解杯芳烃的发展历史及合成方法； ② 培养学生利用各种实验手段和仪器设备如 FTIR 以及 1 H NMR，综合解决有机化学问题 的能力和良好的工作方法； ③ 通过查阅文献，学习如何设计杯芳烃及其衍生物的合成； ④ 培养独立进行实验的能力。 实验背景 杯芳烃是一类对位烷基苯酚与甲醛缩合的寡聚大环化合物。最有代表性的是 20 世纪 40 年代 Zinke 等用对叔丁基苯酚和甲醛在氢氧化钠存在下加热得到的由对叔丁基苯酚结构单 元和亚甲基交替连接的四聚体。该化合物的分子模型表明它的形状象一个杯子或花瓶.故称 之为杯芳烃。 CH2 OH R * * n 如上图所示，在杯芳烃的杯状结构底部紧密而有规律地排列着 n 个酚轻基，而杯状结构 的上部具有疏水性的空穴。前者鳌合和输送阳离子;后者则能与中性分子形成配合物。由于 杯芳烃的这种独特的结构，离子和中性分子均可作为其形成配合物的客 体。同时由于杯芳烃具有: (1)易于合成；(2)上缘和下缘均易于选择性修饰;(3)具有由苯环 单元组成的疏水空穴;(4)既能配合识别离子型客体，又能包合中性分子。而冠醚一般只与阳 离子络合，环糊精一般只络合中性分子;(5)具有熔点高，热稳定和化学稳定性好，不溶于许 多溶剂，空腔大小可调节。(6)具有多种构象异构体，并且它们具有不同的物化特性等一系 列特殊性质。所以杯芳烃被誉为继冠醚和环糊精之后的第三代主体分子。在杯芳烃的命名中， 为了表示母体苯酚单元的数目，一个中间为环员数 n 的方括号插入到 calix 和 arene 之间， 四聚体即为 calix [4] arene(杯[4]芳烃)。 实验原理 杯芳烃的合成方法一般可分为三类: 一步合成法、多步合成法和片段缩合法。 1.一步合成法 Zinke 开创了杯芳烃的一步合成法，他率先采用对叔丁基苯酚与甲醛在碱性条件下直接 缩合的方法制备了对叔丁基杯[4]芳烃。Gustche 对 Zinke 的方法进行了改进，在碱性条件下 通过一步反应分别选择性的制备了对叔丁基杯[4]芳烃 1、对叔丁基杯[6]芳烃 2 和对叔丁基 杯[8]芳烃 3
JOH_OHnH20=0H1 n=42 n=63n=8尽管三种杯芳烃的合成均在碱性条件下进行，但产物的类型取决于碱的不同和反应溶剂，反应条件与产物的对应关系列于表1表1.对叔丁基杯[4]、[6]、[8]芳烃的制备条件碱a化合物反应溶剂重结晶溶剂甲苯二苯醚对叔丁基杯[4]芳烃NaOH (0.03~0.04)二甲苯KOH(0.34)氯仿/甲醇对叔丁基杯[6]芳烃二甲苯氯仿对叔丁基杯[8]芳烃NaOH(0.03)a括号中为碱相对于所用对叔丁基苯酚的摩尔比。尽管一步法制备对叔丁基杯[n)芳烃（（n=4,6,8)的反应条件已经相对很清楚，对于其反应机理还存在许多问题，例如为什么反应条件的微小变化即可以得到不同的特定产物。现在一般认为杯[4]芳烃是热力学控制产物，它可以通过杯[8]或杯[6]芳烃作为起始物，在一定条件下经过芳环亚甲基的断裂和重组而形成，其中杯[8]芳烃转化的速度大大超过杯[6]芳烃。杯[6]芳烃的形成与模板效应关系较大，无论采用钾、还是艳的氢氧化物，杯[6]芳烃都是产物的主要成分，特别是用氢氧化，可制得高收率的化合物，这可能是由于杯[6]芳烃的孔穴与离子的直径相匹配的原因。采用较高的碱浓度有助于杯[6]芳烃的生成。杯[8]芳烃是动力学控制产物，它是通过一对羟甲基化的线型四聚体以半杯[8]芳烃形式缩聚而成。步法简单易行，是目前最常用的合成杯芳烃的方法。2.多步合成法在一步法制备的杯芳烃拥有相同的取代基团，对拥有不同取代基的杯芳烃可通过多步合成法经环化后得到。这种合成法最早由Hays和Hunter所阐述，他们由对甲基苯酚为起始物，经过溴化、轻甲基化和脱溴化得到线性四聚体，最后在高度稀释下成环反应制备了对甲基杯[4]芳烃，反应步骤多，合成路线如下图所示：5
5 尽管三种杯芳烃的合成均在碱性条件下进行，但产物的类型取决于碱的不同和反应溶 剂，反应条件与产物的对应关系列于表 1 表 1. 对叔丁基杯[4]、[6] 、[8]芳烃的制备条件 化合物 反应溶剂 碱 a 重结晶溶剂 对叔丁基杯[4]芳烃 二苯醚 NaOH (0.03~0.04) 甲苯 对叔丁基杯[6]芳烃 二甲苯 KOH(0.34) 氯仿/甲醇 对叔丁基杯[8]芳烃 二甲苯 NaOH (0.03) 氯仿 a 括号中为碱相对于所用对叔丁基苯酚的摩尔比。 尽管一步法制备对叔丁基杯[n]芳烃(( n = 4, 6, 8 )的反应条件己经相对很清楚，对于其反 应机理还存在许多问题，例如为什么反应条件的微小变化即可以得到不同的特定产物。现在 一般认为杯[4]芳烃是热力学控制产物，它可以通过杯[8]或杯[6]芳烃作为起始物，在一定条 件下经过芳环亚甲基的断裂和重组而形成，其中杯[8]芳烃转化的速度大大超过杯[6]芳烃。 杯[6]芳烃的形成与模板效应关系较大，无论采用钾、铷还是铯的氢氧化物，杯[6]芳烃都是 产物的主要成分，特别是用氢氧化铷，可制得高收率的化合物，这可能是由于杯[6]芳烃的 孔穴与铷离子的直径相匹配的原因。采用较高的碱浓度有助于杯[6]芳烃的生成。杯[8]芳烃 是动力学控制产物，它是通过一对羟甲基化的线型四聚体以半杯[8]芳烃形式缩聚而成。一 步法简单易行，是目前最常用的合成杯芳烃的方法。 2. 多步合成法 在一步法制备的杯芳烃拥有相同的取代基团，对拥有不同取代基的杯芳烃可通过多步 合成法经环化后得到。这种合成法最早由 Hays 和 Hunter 所阐述，他们由对甲基苯酚为起始 物，经过溴化、轻甲基化和脱溴化得到线性四聚体，最后在高度稀释下成环反应制备了对甲 基杯[4]芳烃，反应步骤多，合成路线如下图所示：
HO-SHHCHONaOH3OrCH2OHOHOHHCHONaOH1eCH2OHOHOHOHOHOH人CH2OHFoHOHOHOHOHCHCHOHHaCOHHOCHOH"CH2OHOHOHOHOHCH3尽管多步合成法可以合成特定单元数目和对位有不同取代基的杯芳烃，但是这种方法本身存在不可弥补的缺点，如反应路线太长，环化反应需要在极低浓度下进行，总反应收率非常低等等，因此目前这种方法在杯芳烃的合成中并不太常用。3.片段缩合法德国化学家Bohmer对多步合成法进行了改进，将杯芳烃的结构碎片以“3+1”或“2+2”的方式通过共价键组合成环，他将这种方法称为“片段缩合法”。多步合成法线路穴长，而片段缩合法由于减少了反应路线的长度，因此在某种程度上降低了目的产物的总收率。片段缩合法与多步合成法最大的区别在于，前者为分子内关环反应，而后者为分子间关环反应（如下图)。OHOHHOOHCHOHOH实验要求1.选用合成杯芳烃的三种不同合成方法之，自行设计实验方案合成对叔丁基杯[4]芳烃。6
6 CH3 OH Br2 CH3 OH Br HCHO NaOH CH3 OH Br CH2OH HO CH3 CH3 OH Br CH3 OH CH3 OH Br CH3 OH CH2OH HCHO NaOH CH3 OH Br CH3 OH HO CH3 CH3 OH CH3 OH Br CH3 OH CH3 OH CH2OH CH3 OH Br CH3 OH CH3 OH CH3 OH CH3 OH Br CH3 OH CH3 OH CH3 OH CH2OH CH3 OH CH3 OH CH3 OH CH3 OH CH2OH H3C OH HO CH3 CH3 OH CH3 OH 尽管多步合成法可以合成特定单元数目和对位有不同取代基的杯芳烃，但是这种方法本 身存在不可弥补的缺点，如反应路线太长，环化反应需要在极低浓度下进行，总反应收率非 常低等等，因此目前这种方法在杯芳烃的合成中并不太常用。 3．片段缩合法 德国化学家 Bohmer 对多步合成法进行了改进，将杯芳烃的结构碎片以“3+l”或“2+2” 的方式通过共价键组合成环，他将这种方法称为“片段缩合法”。多步合成法线路冗长，而 片段缩合法由于减少了反应路线的长度，因此在某种程度上降低了目的产物的总收率。片段 缩合法与多步合成法最大的区别在于，前者为分子内关环反应，而后者为分子间关环反应(如 下图)。 CH3 OH CH3 OH CH3 OH CH3 OH CH3 OH CH3 Br Br OH CH3 Br OH CH3 OH Br H3C OH HO CH3 CH3 OH CH3 OH 实验要求 1. 选用合成杯芳烃的三种不同合成方法之一，自行设计实验方案合成对叔丁基杯[4]芳 烃
2.将合成的对叔丁基杯[4]芳烃通过FTIR、"HNMR谱进行结构表征。仪器试剂1.仪器：1000mL三颈烧瓶，磁力搅拌器，油浴装置，氮气保护，1000mL电热套过滤装置，控温仪旋转蒸发仪2.试剂：对叔丁基苯酚，氢氧化钠，37%甲醛，二苯醚，乙酸乙酯，甲苯实验思考1：为什么杯芳烃比冠醚和环糊精更适合手做超分子主体化合物？2．相比一般的有机物，杯芳烃为什么有更高的熔点？3.举例说明杯芳烃及其衍生物的应用实例。4．从查阅文献入手，设计合成一只含羟基或氨基的杯芳烃衍生物并加以表征。参考资料[1] Kleij, A. W. P, De Mendoza, J. A fast access to 1, 3-substituted calix[4]arenes[].European Journal ofOrganic Chemistry.2004, 13, 2848-2852[2]刘时铸，汤又文。一种含有喹琳杯芳烃的衍生物的合成[]合成化学，2006,14(3)281-283.[3]王勇平。含杯[4]芳烃衍生物的稀土配合物的合成及其应用基础研究：[学位论文]上海：东华大学，2008[4]蒋忠良，王修智，段辉.25，26，27，28-羟乙氧基-杯【4]芳烃的合成[]合成化学,2009,14 (6):716-717[5]张筱逸，杨发福，王艳华，黄智胜，蔡秀琴。一些新型含氮、硫杂官能团的杯[4]芳烃衍生物的合成[].有机化学，2010,30(8)：1226-1229实验三对漠苯胺的合成实验目的①在有机化学基础课学习的基础上，巩固和加强有机合成和有机分析的基本技能如：熔点测定、重结晶以及减压蒸馏；②培养学生利用各种实验手段和仪器设备如薄层色谱、FTIR以及'HNMR，综合解决有机化学问题的能力和良好的工作方法③学习根据化合物性质进行产物纯化的方法：④培养独立进行实验的能力。实验背景对溴苯胺是一种重要的染料原料，如偶氮染料、喹啉染料等，它也是有机合成和医药合成的重要中间体。对溴苯胺的相对分子质量为172，熔点为66.4℃，有毒，其毒性较对氯苯胺更强，可经过皮肤吸收，具有溶血性，能引起膀脱癌。对溴苯胺不溶于水，易溶于乙醇和乙醚.实验原理对溴苯胺可由苯胺经芳环上的溴代反应而制得。芳环上的亲电取代反应是有机合成上常用的反应，芳环上已有的取代基对第二个基团的取代有定位作用，苯胺上的氨基是强致活的邻、对位定位基团，再进行苯环的亲电取代反应时往往同时生成邻位和对位产物，影响单一产物产率，基于此，对溴苯胺的合成一般不是通过苯胺与溴水的直接反应合成。文献报道的合成方法主要包括以下三种：1.苯胺与NBS反应合成对溴苯胺7
7 2. 将合成的对叔丁基杯[4]芳烃通过 FTIR、1H NMR 谱进行结构表征。 仪器试剂 1. 仪器： 1000 mL 三颈烧瓶，磁力搅拌器，油浴装置，氮气保护，1000 mL 电热套， 过滤装置，控温仪 旋转蒸发仪 2. 试剂： 对叔丁基苯酚，氢氧化钠，37％甲醛，二苯醚，乙酸乙酯，甲苯 实验思考 1．为什么杯芳烃比冠醚和环糊精更适合于做超分子主体化合物？ 2．相比一般的有机物，杯芳烃为什么有更高的熔点？ 3．举例说明杯芳烃及其衍生物的应用实例。 4．从查阅文献入手，设计合成一只含羟基或氨基的杯芳烃衍生物并加以表征。 参考资料 [1] Kleij, A. W. P.; De Mendoza, J. A fast access to 1, 3-substituted calix[4]arenes [J].European Journal of Organic Chemistry.2004, 13, 2848-2852. [2] 刘时铸，汤又文.一种含有喹琳杯芳烃的衍生物的合成[J].合成化学, 2006,14 (3): 281-283. [3] 王勇平. 含杯[4]芳烃衍生物的稀土配合物的合成及其应用基础研究: [学位论文]. 上 海: 东华大学, 2008. [4] 蒋忠良, 王修智, 段辉. 25 , 26 , 27 , 28-羟乙氧基-杯[ 4 ]芳烃的合成[J]. 合成化学, 2009,14 (6): 716-717. [5] 张筱逸, 杨发福, 王艳华, 黄智胜, 蔡秀琴. 一些新型含氮、硫杂官能团的杯[4]芳烃 衍生物的合成[J]. 有机化学, 2010,30(8):1226-1229. 实验三 对溴苯胺的合成 实验目的 ① 在有机化学基础课学习的基础上，巩固和加强有机合成和有机分析的基本技能如： 熔点测定、重结晶以及减压蒸馏； ② 培养学生利用各种实验手段和仪器设备如薄层色谱、FTIR 以及 1 H NMR，综合解决有 机化学问题的能力和良好的工作方法 ③ 学习根据化合物性质进行产物纯化的方法； ④ 培养独立进行实验的能力。 实验背景 对溴苯胺是一种重要的染料原料,如偶氮染料、喹啉染料等, 它也是有机合成和医药合 成的重要中间体。对溴苯胺的相对分子质量为 172, 熔点为 66.4 ℃ , 有毒,其毒性较对氯 苯胺更强, 可经过皮肤吸收, 具有溶血性, 能引起膀脱癌。对溴苯胺不溶于水, 易溶于乙醇 和乙醚. 实验原理 对溴苯胺可由苯胺经芳环上的溴代反应而制得。芳环上的亲电取代反应是有机合成上常 用的反应，芳环上已有的取代基对第二个基团的取代有定位作用，苯胺上的氨基是强致活的 邻、对位定位基团，再进行苯环的亲电取代反应时往往同时生成邻位和对位产物，影响单一 产物产率，基于此，对溴苯胺的合成一般不是通过苯胺与溴水的直接反应合成。文献报道的 合成方法主要包括以下三种： 1．苯胺与 NBS 反应合成对溴苯胺
NHNH2NBS,DMFr.t.Br2.苯胺与2.4.46-四溴-2.5-环己烯-1-酮反应合成对溴苯胺OHOHBBrBr2/H20HBr(1)OHBrBrBrBr2(2)AcONa/AcOHmBOHNH3CH,CI(3)Br3rBr3.通过氨基保护、溴代和去保护路线合成苯胺（1）保护氨基NH2NHCOCH3(CH3CO)2OH(2）溴代NHCOCH3NHCOCH3Br2CH3CO2HR（3）去保护NHCOCH3NH20HCI/H20/C2H5OH(i) NaOH/H20BrBr实验要求1选用合成苯胺的三种不同合成方法，自行设计实验方案合成对溴苯胺，比较三种方法的差异。仪器试剂1.仪器：磨口玻璃仪器磁力搅拌器电热套控温仪旋转蒸发仪高真空油泵2.试剂：苯酚苯胺液溴醋酸钠冰醋酸二氯甲烷石油醚NBSN.N-二甲基甲酰胺盐酸氢氧化钠乙醇醋酸酐实验提示1.对于液溴和醋酸酐的取用，最好用移液管量取。实验安全
8 NH2 NBS, DMF r.t. NH2 Br 2．苯胺与 2,4,4,6-四溴-2,5-环己烯-1-酮反应合成对溴苯胺 OH Br2 /H2O OH Br Br Br + HBr (1) OH Br Br Br O Br Br Br Br Br2 AcONa/AcOH (2) NH2 + O Br Br Br Br CH2Cl2 H2N Br + OH Br Br Br (3) 3．通过氨基保护、溴代和去保护路线合成苯胺 （1）保护氨基 NH2 NHCOCH3 (CH3CO)2O H （2）溴代 NHCOCH3 Br NHCOCH3 Br2 CH3CO2H （3）去保护 NHCOCH3 Br (i) HCl/H2O/C2H5OH (ii) NaOH/H2O NH2 Br 实验要求 1. 选用合成苯胺的三种不同合成方法，自行设计实验方案合成对溴苯胺，比较三种方 法的差异。 仪器试剂 1. 仪器：磨口玻璃仪器 磁力搅拌器 电热套 控温仪 旋转蒸发仪 高真空油泵 2. 试剂：苯酚 苯胺 液溴 醋酸钠 冰醋酸 二氯甲烷 石油醚 NBS N,N-二甲基 甲酰胺 盐酸 氢氧化钠 乙醇 醋酸酐 实验提示 1．对于液溴和醋酸酐的取用，最好用移液管量取。 实验安全
1液溴及醋酸酐具有挥发性和刺激性，因此，液溴和醋酸酐的称量和反应需在良好的通风条件下进行。实验思考1.方法一中苯胺的单溴代反应，选用NBS作为漠化试剂，为什么只得到单溴代产物而不会有多溴代产物生成？此方法可否用于苯的漠代反应？2.溴水溶液、溴的乙酸溶液（或溴的二硫化碳溶液）和2.4.4,6一四溴一2,5一环己二烯一1一酮均可作为芳香胺或酚类化合物的溴代试剂，试比较这三类溴代试剂的不同用途。3.方法二中，副产物三溴苯酚为何能用NaOH水溶液除去？如何回收利用三溴苯酚？4.方法二中第二步反应用红外光谱而第三步却采用核磁共振谱鉴别产物？5.用溴的醋酸溶液溴化乙酰苯胺时，两种反应物必须等化学计量。试结合色谱分析结果说明理由。参考资料[1] Mitchell, R H, Lai Y H, Williams, R V. N-Bromosuccinimide-Dimethylformamide: AMild, Selective Nuclear Monobromination Reagent for Reactive Aromatic Compounds[]. J. OrgChem.,1979,44(25):4733-4735[2]徐福培，王其明。一种温和的、选择性的芳胺单溴化反应[].化学试剂，1986，8(6)374-375[3]申秀民。化学综合实验，北京师范大学出版社（第一版)，2007年[4]兰州大学、复旦大学编，有机化学实验（第二版），高等教育出版社，1994年[5]张寒琦，徐家宁主编，综合和设计化学实验(第一版)，高等教育出版社,2006年[6]李康兰，张力超声波辐射促进对漠苯胺的合成．甘肃省化学会第二十五届年会论文集，2007,62.实验四二茂铁衍生物的合成及表征实验目的①了解二茂铁衍生物的发展历史、功能及合成方法；②培养学生利用各种实验手段和仪器设备如氮气保护、薄层色谱、FTIR以及'HNMR，综合解决有机化学问题的能力和良好的工作方法；③学习根据化合物性质进行产物纯化的方法（升华、重结晶）：④培养独立进行实验的能力。实验背景1951年，Kealy和Pauson在由环戊二烯基溴化镁与三氯化铁反应合成富瓦烯(fulvalene)时，意外地发现了双环戊二烯基铁(CsHsFeCsHs)。次年，Wilkinson和Woodward确定它是一个夹心结构(Sandwichstructure)的金属元络合物，具有芳香性，从而命名为二茂铁(Ferrocene)。二茂铁的发现与元-键型的夹心结构的阐明，使金属有机化学的发展出现了一个飞跃，从此金属有机化学逐渐成为一个独立的分支学科。四十多年来，大量新型二茂铁衍生物在实验室中合成成功，同时对二茂铁及其衍生物的应用研究不断深入，使二茂铁化学的发展成为金属有机化学的热门领域之一。二茂铁衍生物具有不同的功能，归纳起来大概有以下四个方面①在功能材料方面，用于燃油添加剂、作液晶材料、超导材料、稳定剂等；②在生物学上用作人工抗体、抗癌活性药物和细菌活性药物、生物酶电极及杀虫剂等：③在分析化学上用作膜电极、滴定剂等；④有机化学反应中作为不对称反应的催化剂和有机合成的中间体等，直9
9 1. 液溴及醋酸酐具有挥发性和刺激性，因此，液溴和醋酸酐的称量和反应需在良好的 通风条件下进行。 实验思考 1．方法一中苯胺的单溴代反应，选用 NBS 作为溴化试剂，为什么只得到单溴代产物， 而不会有多溴代产物生成？此方法可否用于苯的溴代反应？ 2．溴水溶液、溴的乙酸溶液（或溴的二硫化碳溶液）和 2,4,4,6－四溴－2,5－环己二烯 －1－酮均可作为芳香胺或酚类化合物的溴代试剂，试比较这三类溴代试剂的不同用途。 3．方法二中，副产物三溴苯酚为何能用 NaOH 水溶液除去？如何回收利用三溴苯酚？ 4．方法二中第二步反应用红外光谱而第三步却采用核磁共振谱鉴别产物？ 5．用溴的醋酸溶液溴化乙酰苯胺时，两种反应物必须等化学计量。试结合色谱分析结 果说明理由。 参考资料 [1] Mitchell, R H, Lai Y H, Williams, R V. N-Bromosuccinimide-Dimethylformamide: A Mild, Selective Nuclear Monobromination Reagent for Reactive Aromatic Compounds[J]. J. Org. Chem., 1979, 44(25): 4733-4735. [2] 徐福培，王其明. 一种温和的、选择性的芳胺单溴化反应[J]. 化学试剂, 1986, 8(6): 374-375. [3] 申秀民. 化学综合实验，北京师范大学出版社(第一版)，2007 年. [4] 兰州大学、复旦大学编, 有机化学实验（第二版），高等教育出版社, 1994 年 [5] 张寒琦，徐家宁主编, 综合和设计化学实验(第一版), 高等教育出版社, 2006 年 [6] 李康兰，张力. 超声波辐射促进对溴苯胺的合成. 甘肃省化学会第二十五届年 会论文集,2007,62. 实验四 二茂铁衍生物的合成及表征 实验目的 ① 了解二茂铁衍生物的发展历史、功能及合成方法； ② 培养学生利用各种实验手段和仪器设备如氮气保护、薄层色谱、FTIR 以及 1H NMR， 综合解决有机化学问题的能力和良好的工作方法； ③ 学习根据化合物性质进行产物纯化的方法（升华、重结晶）； ④ 培养独立进行实验的能力。 实验背景 1951 年，Kealy 和 Pauson 在由环戊二烯基溴化镁与三氯化铁反应合成富瓦烯(fulvalene) 时，意外地发现了双环戊二烯基铁(C5H5FeC5H5)。次年，Wilkinson 和 Woodward 确定它是一 个夹心结构(Sandwich structure)的金属 π 络合物，具有芳香性，从而命名为二茂铁(Ferrocene)。 二茂铁的发现与 π-键型的夹心结构的阐明，使金属有机化学的发展出现了一个飞跃，从此 金属有机化学逐渐成为一个独立的分支学科。四十多年来，大量新型二茂铁衍生物在实验室 中合成成功，同时对二茂铁及其衍生物的应用研究不断深入，使二茂铁化学的发展成为金属 有机化学的热门领域之一。二茂铁衍生物具有不同的功能, 归纳起来大概有以下四个方面: ①在功能材料方面, 用于燃油添加剂、作液晶材料、超导材料、稳定剂等; ②在生物学上用 作人工抗体、抗癌活性药物和细菌活性药物、生物酶电极及杀虫剂等; ③在分析化学上用作 膜电极、滴定剂等; ④有机化学反应中作为不对称反应的催化剂和有机合成的中间体等. 直
至现在，探索二茂铁及其衍生物的新的合成方法、新的结构类型、新的理化性质、谱学规律和新的化学反应，合成新的二茂铁衍生物、扩大其应用领域仍是二茂铁化学的基本研究内容。实验原理二茂铁是一种橙色棱柱状晶体，mp173℃,bp249℃，在100℃以上易升华，可溶于乙醇，乙醚和烃类溶剂中，不溶于水，但随水蒸汽蒸发，常用水汽蒸馏法提纯。在红外光谱中，只要二茂铁的一个茂环上没有取代基，其红外光谱在1100cm1和1000cm1附近就有两个吸收峰，这是两个环沿五重对称轴作平行振动所反映的谱带。如果两个环都有取代基时，就无此吸收峰。二茂铁的核磁共振谱显示环上五个氢有相同的化学位移(8=4.04ppm)。二茂铁在空气中稳定存在，400℃以下不分解，它在碱性介质中很稳定，但在酸性介质中易被氧化为蓝绿色的二茂铁离子。二茂铁易发生亲电取代反应，而且比苯容易得多，这是它芳香性的突出表现。二茂铁作为非苯芳香体系能够发生如下的取代反应：金属取代反应、Friedel-Crafts酰基化反应、Friedel-Crafts烷基化反应、氨甲基化反应以及甲酰化反应。1.乙酰基二茂铁的制备H3PO4CH3COOH2．二茂铁甲醛的制备0H3C.BRNHFePOCl33.1,1'-二乙酰基二茂铁的制备CCH3AICl3CH3COCI-CH2Cl2-CH30实验要求1.选用二茂铁为原料，通过甲酰化反应或酰化反应合成三种二茂铁衍生物，自行设计实验方案合，比较三种化合物合成方法的差异。仪器试剂1.仪器：机械搅拌装置、氮气保护装置、分液漏斗、过滤装置、磨口玻璃仪器、电热套、控温仪、旋转蒸发仪、高真空油泵2.试剂：二茂铁、乙酸酐、乙酰氯、二氯甲烷、无水三氯化铝、85%磷酸、碳酸钠、N一甲基甲酰苯胺、三氯氧磷、醋酸钠、乙醚、1N盐酸、氯化钠、碳酸氢钠、亚硫酸氢钠、氢氧化钠、无水硫酸镁实验提示10
10 至现在，探索二茂铁及其衍生物的新的合成方法、新的结构类型、新的理化性质、谱学规律 和新的化学反应，合成新的二茂铁衍生物、扩大其应用领域仍是二茂铁化学的基本研究内容。 实验原理 二茂铁是一种橙色棱柱状晶体，mp 173 ℃, bp 249℃，在 100 ℃以上易升华，可溶于乙 醇，乙醚和烃类溶剂中，不溶于水，但随水蒸汽蒸发，常用水汽蒸馏法提纯。在红外光谱中， 只要二茂铁的一个茂环上没有取代基，其红外光谱在 1100cm－1和 1000cm－1附近就有两个吸 收峰，这是两个环沿五重对称轴作平行振动所反映的谱带。如果两个环都有取代基时，就无 此吸收峰。二茂铁的核磁共振谱显示环上五个氢有相同的化学位移(δ ＝ 4.04ppm)。 二茂 铁在空气中稳定存在，400℃以下不分解，它在碱性介质中很稳定，但在酸性介质中易被氧 化为蓝绿色的二茂铁离子。二茂铁易发生亲电取代反应，而且比苯容易得多，这是它芳香性 的突出表现。二茂铁作为非苯芳香体系能够发生如下的取代反应: 金属取代反应、 Friedel-Crafts 酰基化反应、Friedel-Crafts 烷基化反应、氨甲基化反应以及甲酰化反应。 1．乙酰基二茂铁的制备 Fe + O O O Fe O CH3COOH H3PO4 + 2．二茂铁甲醛的制备 Fe Fe O H O N H H3C Ph POCl3 3．1，1'一二乙酰基二茂铁的制备 Fe + Fe O CH3 AlCl3 CH2Cl2 CH3COCl O CH3 实验要求 1. 选用二茂铁为原料，通过甲酰化反应或酰化反应合成三种二茂铁衍生物，自行设计 实验方案合，比较三种化合物合成方法的差异。 仪器试剂 1. 仪器：机械搅拌装置、氮气保护装置、分液漏斗、过滤装置、磨口玻璃仪器、电热 套、控温仪、旋转蒸发仪、高真空油泵 2. 试剂：二茂铁、乙酸酐、乙酰氯、二氯甲烷、无水三氯化铝、85％磷酸、碳酸钠、N －甲基甲酰苯胺、三氯氧磷、醋酸钠、乙醚、1N 盐酸、氯化钠、碳酸氢钠、亚硫酸氢钠、 氢氧化钠、无水硫酸镁 实验提示