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1、有机合成实验,一、基本操作1、回流和蒸馏,各种回流装置,带有滴加装置的回流装置,普通蒸馏装置,带干燥装置的蒸馏装置,普通蒸馏装置,水蒸汽蒸馏装置图,减压蒸馏装置图,旋转蒸发仪,DL-400型循环冷却器,2、冰-水浴/冰-盐浴/干冰-丙酮浴和低温反应装置,冰盐浴的降温原理与溶液的凝固点下降有关。当食盐和冰均匀地混合在一起时，冰因吸收环境热量稍有融化 变成水，食盐遇水而溶解，使表面水形成了浓盐溶液。由于浓盐溶液的冰点较纯水低，而此时体系中为浓盐溶液和冰共存，因此体系的温度必须下降才能维持这一共 存状态（浓盐溶液和冰的共存温度应该比纯水的冰点更低）。这将导致更多的冰融化变成水来稀释浓盐溶液，在融化过
2、程中因大量吸热而使体系温度降低,冰-盐浴,低温冰盐浴配方：(碎冰用量100克)浴温()盐类及用量(克)-4.0 CaCl26H2O(20g)-9.0 CaCl26H2O(41g)-30.0 NH4Cl(20g)+NaCl(40g)-40.0 NH4NO3(42g)+NaCl(42g),冰盐浴注意事项：1、冰里不要加任何水2、要把冰敲的很碎3、盐分层加入效果好4、容器周围最好有保温材料5、用胶管不断吸出冰融后的水，但不要完全吸干。,把干冰砸碎倒到杜瓦瓶里，然后加丙酮 一边加 一边搅，-78度是成糊状的干冰丙酮混合物,干冰-丙酮浴,1893 年1 月20 日杜瓦宣布发明了一种特殊的低温恒温器后来称
3、为杜瓦瓶。,杜瓦发明的盛低温液化气体的容器，就是双层中间镀银，并抽成真空的玻璃容器，这种容器后来被改造成人人皆知的日用品热水瓶。,低温反应装置,温度范围：-1000,调节精度：0.05-0.5以内 转速：100800rpm 温度设置显示：手动输入设置数字显示,3、常见的加热方式,有机反应不能直接用明火加热。1)、仪器容易受热不均匀而破裂;2)、有着火的隐患。常用加热方式有：（1）水浴（2）油浴（3）砂浴（4）熔盐浴（5）电热套(6)电热板,4、滴液漏斗和自动进样器,5、重结晶,对于热不稳定的目标化合物的纯化，首选层析法。也可以选用类似重结晶的方法：室温用溶剂溶解，然后自然放置，使溶剂自然挥发后
4、达到过饱和析出晶体。,1）、有机溶剂作重结晶溶剂：记得使用回流管和锥形瓶（忌用烧杯等敞口容器）,任何情况下，杂质的含量过高对重结晶提纯都是不利的。杂质太多会影响结晶速度，甚至妨碍结晶的形成和析出。要求：杂质的含量不超过5%。,2）、重结晶溶剂的选择（1）不与待纯化物质发生化学反应。例如，胺类化合物不能选氯仿、二氯甲烷等脂肪族卤代烃作重结晶的溶剂；醇类溶剂不宜做酯、以及氨基酸盐酸盐的重结晶溶剂。（2）溶解度。对于欲纯化物质，高温溶解度大、低温溶解度大大减少；对于杂质，要么溶解度极大，要么溶解度极小。实际选溶剂时，主要兼顾前者。（3）溶剂的沸点。沸点尽量不要太高或太低。,常用的重结晶溶剂：水、甲醇
5、、乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷乙酸、二氧六环、四氯化碳、苯、石油醚、环己烷、甲苯、硝基甲烷、乙醚、DMF、DMSO,DMF 和 DMSO：沸点较高，只有当找不到其他合适的溶剂时才试用。溶解能力强，但溶解后不易析出；且晶体表面附着的溶剂不宜除干净（抽滤时可用与DMF、DMSO互溶但对晶体溶解度小的低沸点溶剂洗涤晶体）。,乙醚：有其他适用溶剂时尽量不用。沸点太低，室温和沸点温差小；极易挥发，易燃，使用时危险性较高，且由于乙醚沿壁爬行挥发而导致重结晶产物在瓶壁结晶导致产物纯度变差。,（4）参考“相似相溶”原理。极性物质-易溶于极性溶剂，较难溶于非极性溶剂；反之亦然。例如：欲纯化的物质是个非
6、极性物质，已经发现其在异丙醇里溶解度太小，不宜作为重结晶溶剂，这时一般不必再去试极性更大的甲醇和水等溶剂，应转而去试极性更小的溶剂，如丙酮、二氧六环、石油醚、苯等。一般大极性的物质用中等极性的物质重结晶；小极性的物质用大极性的溶剂重结晶。,（5)当选不出合适的单一溶剂，可考虑混合溶剂重结晶。,混合溶剂的比例确定方法：先用最少量的良溶剂是样品溶解，在良溶剂的饱和溶液中逐滴加入不良溶剂，直至溶液变为浑浊且不能消失，随后再逐滴加入良溶剂使溶液重新澄清。混合溶剂文献常不给出具体溶剂的配比和用量，但一般可按良溶剂：不良溶剂=4:1。溶剂的用量也要根据自己要重结晶物质的量试验出来。,混合溶剂一般由两种可以
7、以任何比例互溶的溶剂组成，其中一种对于待纯化物质溶解度较大，另一种溶解度较小，二者溶解度互补。常用的混合溶剂有：乙醇-水；乙醇-乙醚；乙醇-丙酮；乙醇-三氯甲烷；二氧六环-水；乙醚-石油醚；氯仿-石油醚。混合溶剂的选定最终也是靠试验确定。,适用溶剂的最终选择，只能靠试验的方法来确定！,注意：单一溶剂重结晶的纯度往往好于混合溶剂,（6）无毒或毒性小。（7）能给出较小的晶型（8）价廉易得,3）重结晶溶剂用量（1）加入较需要量较少的适宜溶剂。微微沸腾一段时间后如果还有不溶物，再补加少量，每次补加过溶剂后都要加热到溶液沸腾，直至完全溶解。（注意：如果补加过溶剂后发现不溶物没有减少，应考虑是不溶性杂质，
8、此时就不要再补加溶剂，以免溶剂过量。）（2）如果需要有热滤操作，溶剂要适当过量，否则会造成较大产物损失；但过量太多，对产物的溶解也多，也会影响收率。一般过量需要量的20%。但根据溶剂易挥发的程度可在20%-100%。,4）热过滤时注意防止滤纸抽破或因溶液温度下降导致的析出,5）最好自然冷却结晶。通常晶型漂亮，杂质含量较低。急速析出易于粘附较多杂质。,6）促进晶体析出的措施：遇到过饱和或者有胶状物质，析不出晶体，可采用摩擦器壁或者投入晶种（可用玻璃棒蘸取母液，挥发干后得到的固体代替晶种）。,7）晶体的干燥：自然晾干和烘干。烘干时注意：烘箱的温度比被烘干物质的熔点低20-50 oC，带着溶剂的晶体
9、熔点降低，易于熔化（熔点降低）。,8）特殊情况的处理（1）熔点较低，在常见有机溶剂中溶解度都很大。a.石油醚最少量溶解，冰箱中冷冻；b.乙醇最少量溶解，滴加少许水至刚好不析出油状物（如果析出，补加乙醇使刚好溶解），冰箱中冷冻。,（2）冷却后析出油状物，而不是晶体,可考虑尝试其他纯化方法。如果一定要用重结晶法，可快速过柱进行预纯化，再进行重结晶；石油醚热提-冷析法，用石油醚热提至石油醚无色，冷却结晶；用低沸点溶剂如乙醚重结晶试试；利用晶种或玻璃棒上挥发出来的固体结晶；让溶剂自然挥发，而不要快速冷冻。,9）尽量提高收率。一般做重结晶，损失量可达三分之一。可采用分级结晶法：先得到第一批纯净的晶体，然
10、后把所用的瓶子用少量溶剂洗涤，并合并母液，浓缩母液再重结晶或者过柱，可进而获得纯品。,10）固体产品如何获得更好的图谱 通常过柱后浓缩得到的产品常常会包夹溶剂和油脂类物质而导致图谱出杂质峰。如果过柱得到的洗脱液浓缩是固体化合物，通常再用少量石油醚（视对该物质的溶解度选择）对其进行洗涤即可得到非常漂亮的图谱。如果样品量少，洗涤和抽滤等操作都需要用半微型、微量实验装置，防止大的仪器因壁上粘附造成较大损失。,11）重结晶析出的晶型足够好单晶 单晶的获得要求待结晶物质的纯度高，通常需要浓度较低的溶液室温甚至低温下慢慢挥发，结晶过程中不能有扰动，溶剂的选择很重要，器皿要足够清洁、光滑。,6、（真空）干燥
11、器、（真空）干燥箱,7、Schlenk装置、手套箱,惰性气体手套箱,8、有机反应的反应过程检测和终点判断,1）TLC法2）GC法3）HPLC法,实验现象作为参考！,9、制备薄层、柱色谱分离有机物质,1.称量。200-300目硅胶，称30-70倍于上样量；如果极难分，也可以用100倍量的硅胶H。,2.装柱：干法、湿法。首选湿法，事先拌匀成浆。,3.压实。沉降完成后，加入更多的石油醚，用双联球或泵加压，直至流速恒定。柱床约被压缩至9/10体积。无论走常压柱或加压柱，都应进行这一步，可使分离度提高很多，且可以避免过柱时由于柱床萎缩产生开裂。,4.上样。在石油醚高于硅胶面近1厘米时，即可上样。干法、湿
12、法均可。上样后，加必要防护措施，保证加入洗脱剂时不会冲坏硅胶表面。,5.过柱和收集。柱层析实际上是在扩散和分离之间的权衡。洗脱剂的选择非常重要。薄层色谱先确定展开剂，保证rf值在0.2-0.3之间，再利用这种展开剂稍微将极性再调小点，就可以作为洗脱剂了。梯度洗脱往往效果较好。Flash Column Chromatography。过柱过程中不能出现洗脱剂液面低于硅胶。,8.如果待纯化有机物对酸敏感，则不能直接用硅胶柱，硅胶柱改型，用三乙胺冲洗柱子；或改用中性氧化铝等装柱。,6.检测。要更多地使用专用喷显剂，如果仅用紫外灯，会损失较多产品，紫外的灵敏度一般比喷显剂底1-2个数量级。,7.送谱。收
13、集的产品旋干，在送谱前通常需要重结晶。如果样品太少或为液体，可过一小凝胶柱，作为送谱前的最后纯化手段。可除去氢谱1.5ppm左右所谓 的“硅胶”峰。,10、溶剂的干燥处理（溶剂除水）,（1）干燥剂脱水,常用的干燥剂有：金属，金属氢化物Al，Ca，Mg：常用于醇类溶剂的干燥；Na，K：适用于烃，醚，环己胺，液氨等溶剂的干燥。注意用于卤代烃时有爆炸危险，绝对不能使用。也不能用于干燥甲醇，酯，酸，酮，醛与某些胺等。醇中含有微量的水分可加入少量金属钠直接蒸馏；。CaH：一克氢化钙定量与0.85克水反应，因此比碱金属，五氧化二磷干燥效果好。适用于烃，卤代烃，醇，胺，醚等，特别是四氢呋喃等环醚，二甲亚碸，
14、六甲基磷酰胺等溶剂的干燥。有机反应常用的极性非质子溶剂也是用此法进行干燥的。LiAlH4：常用醚类等溶剂的干燥。,中性干燥剂CaSO4，NaSO4，MgSO4：适用于烃，卤代烃，醚，酯，硝基甲烷，酰胺，腈等溶剂的干燥。CuSO4：无水硫酸铜为白色，含有5个分子的结晶水时变成蓝色，常用检测溶剂中微量水分。CuSO4适用于醇，醚，酯，低级脂肪酸的脱水，甲醇与CuSO4能形成加成物，故不宜使用。CaC2：适用于醇干燥。注意使用纯度差的碳化钙时，会发生硫化氢和磷化氢等恶臭气体CaCl2：适用于干燥烃，卤代烃，醚硝基化合物，环己胺，腈，二硫化碳等。CaCl2能于伯醇，甘油，酚，某些类型的胺，酯等形成加成
15、物，故不适用。活性氧化铝：适用于烃，胺，酯，甲酰胺的干燥。分子筛：分子筛在水蒸气分压低和味素高时吸湿容量都很显著，于其他干燥剂相比，吸湿能力非常大的。,碱性干燥剂KOH，NaOH：适用于干燥胺等碱性物质和四氢呋喃一类环醚。酸，酚，醛，酮，醇，酯，酰胺等不适用。K2CO3：适用于碱性物质，卤代烃，醇，酮，酯，腈，溶纤剂等溶剂的干燥。不适用于酸性物质。BaO，CaO：适用于干燥醇，碱性物质，腈，酰胺。不适用于酮，酸性物质和酯类。,酸性干燥剂H2SO4：适用于干燥饱和烃，卤代烃，硝酸，溴等。醇，酚，酮，不饱和烃等不适用。P2O5：适用于烃，卤代烃，酯，乙酸，腈，二硫化碳，液态二氧化硫的干燥。醚，酮，
16、醇，胺等不适用。,（2）共沸蒸馏脱水 与水生成共沸物的溶剂不能采用分馏脱水的方法。如果含有极微量水分的溶剂，通过共沸蒸馏，虽然溶剂有少量的损失，但却能脱去大部分水。一般多数溶剂都能与水组成共沸混合物。,11、良好的实验习惯（事先查阅文献（参考文献写在实验记录上)、拟定实验方案，复核各种试剂的用量，准备好所需的仪器和药品，再开始实验。）实验桌上不放无关物品、整洁有序穿好白大褂戴好实验用手套不穿露趾凉鞋和拖鞋必要时带防护眼镜,1、F-C反应,热源：水浴、油浴,二、反应实例,向装有10 ml恒压滴液漏斗、机械搅拌装置和回流冷凝管（上端通过一氯化钙干燥管与氯化氢气体吸收装置相连）的100 ml三颈烧瓶
17、中迅速加入13 g（0.097 mol）粉状无水三氯化铝和16 ml(约14 g,0.18 mol)无水苯。在搅拌下将4 ml（约4.3 g,0.04 mol）乙酸酐自滴液漏斗慢慢滴加到三颈烧瓶中（先加几滴，待反应发生后在继续滴加），控制乙酐的滴加速度以使三颈烧瓶稍热为宜。加完后（约10 min），待反应稍和缓后在沸水浴中搅拌回流，直到不再有氯化氢气体逸出为止。,先在水浴上蒸馏回收苯，然后在石棉网上加热蒸去残留的苯，稍冷后改用空气冷凝管，蒸馏收集195202馏分，产量约为4.1g（产率85%）。,将反应混合物冷到室温，在搅拌下倒入18ml浓盐酸和30g碎冰的烧杯中（在通风橱中进行），若仍有固体
18、不溶物，可补加适量浓盐酸使之完全溶解。将混合物转入分液漏斗中，分出有机层（哪一层？），水层用苯萃取两次（每次8ml）。合并有机层，依次用15ml10%氢氧化钠、15ml水洗涤，再用无水硫酸镁干燥。,2、喹啉的合成,在100mL二颈圆底烧瓶中，加入20g（0.21mol）甘油，再依次加入2g七水结晶硫酸亚铁，4.8g（4.7mL，0.052mol）苯胺及4.1g（3.4mL，0.033mol）硝基苯，加入沸石几粒，摇动使反应物混合均匀。两口分别装回流冷凝器和滴液漏斗。滴液漏斗中放入11mL（20.2g，0.21mol）浓硫酸。开始缓慢加热，不断摇动，使其充分混合，然后慢慢滴加浓硫酸，使瓶中生成的
19、苯胺硫酸盐完全溶解。控制滴加速度，以控制反应液微沸，大约需20min，滴加完毕，继续加热回流微沸2h。,稍冷，将反应液移到500mL圆底烧瓶中，进行水蒸汽蒸馏，除去未反应的硝基苯，直到馏出液不显浑浊为止。残液稍冷后，用40%氢氧化钠溶液中和至碱性注5，再进行水蒸汽蒸馏，蒸出喹啉和未反应的苯胺，直至馏出液变清。馏出液用浓硫酸酸化，待油状物全部溶解后，置于冰水浴中冷却到05，慢慢加入由3g亚硝酸钠和12mL水配成的溶液，直至反应液使淀粉-碘化钾试纸变蓝为止。将反应混合物加热煮沸15min，至无气体放出。冷却，用40%NaOH溶液碱化，再进行水蒸汽蒸馏，蒸出喹啉。从馏出液中分出有机层，水层每次用25mL乙醚萃取三次，合并有机层与乙醚萃取液，用固体NaOH干燥。先蒸去乙醚，再去掉冷凝器，直接用接引管收集234238馏分，产量5.56.5g，产率8297%。,
