綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)：通過多米諾反應(yīng)一步合成呋喃聯(lián)噁唑鹽類化合物

茹婷婷 初學(xué)峰 劉杉杉

摘要：根據(jù)本校教師科研課題的相關(guān)成果，設(shè)計(jì)了一個綜合型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，安排實(shí)驗(yàn)學(xué)時28學(xué)時。該實(shí)驗(yàn)部分分為兩步：第一步，反應(yīng)底物的制備，以乙酰乙酰芳胺類化合物為反應(yīng)原料，通過取代反應(yīng)制備N-炔丙基-α-乙?；h(huán)丙基酰胺類化合物;第二步，反應(yīng)底物在催化劑的作用下發(fā)生開環(huán)和分子內(nèi)成環(huán)反應(yīng)，最終生成呋喃聯(lián)噁唑鹽類化合物，并對最終產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn);綜合實(shí)驗(yàn);教學(xué)模式;呋喃聯(lián)噁唑鹽類化合物

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）49-0279-02

綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)，旨在調(diào)動學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)科研創(chuàng)新能力，提高學(xué)習(xí)者綜合解決問題的能力[1]。課程的開設(shè)要求學(xué)習(xí)者對基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中涉及的基礎(chǔ)知識和基本實(shí)驗(yàn)技能熟練掌握的前提下，將大型分析儀器的使用和相關(guān)譜圖分析引入到實(shí)驗(yàn)中[2]，優(yōu)勢在于不僅更新了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中過于簡單陳舊的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還可以緊密聯(lián)系科研熱點(diǎn)和工業(yè)生產(chǎn)，有助于學(xué)習(xí)者本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)和進(jìn)一步深造學(xué)習(xí)。

實(shí)驗(yàn)部分以乙酰芳胺類化合物為反應(yīng)原料，與1，2-二溴乙烷通過取代反應(yīng)合成α-乙?；h(huán)丙基酰胺類化合物，然后與3-溴丙炔發(fā)生取代反應(yīng)，得到底物N-炔丙基-α-乙酰基環(huán)丙基酰胺類化合物。然后，反應(yīng)底物在催化劑的作用下發(fā)生開環(huán)和分子內(nèi)成環(huán)反應(yīng)，最終生成呋喃聯(lián)噁唑鹽類化合物，整個實(shí)驗(yàn)過程涉及的基本實(shí)驗(yàn)操作包括化學(xué)合成、蒸餾、過濾和重結(jié)晶，還要求學(xué)生對物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定，主要涉及紅外光譜、核磁共振儀、質(zhì)譜儀和元素分析儀等大型儀器的使用及譜圖分析[3]。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1過文獻(xiàn)查閱，了解聯(lián)雜環(huán)類化合物的合成方法以及含有噁唑環(huán)的聯(lián)雜環(huán)化合物的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用前景。

2.掌握親核取代反應(yīng)和親電取代反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理和操作方法，熟練分離和提純實(shí)驗(yàn)操作。

3.掌握核磁共振儀、質(zhì)譜儀、元素分析儀和紅外光譜儀的使用及相關(guān)譜圖分析能力。

4.了解本實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)機(jī)理。

二、儀器和試劑

儀器：VARIAN UNITY-500MHz核磁共振儀，RE 52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，MAGNA-IR 560型紅外光譜儀，SHB-IA循環(huán)水式真空泵，Agilient 1100 LCMsD型質(zhì)譜儀，磁力攪拌器，電子分析天平，PE-2400自動元素分析儀。

試劑：無水碳酸鉀，氫氧化鈉，N，N-二甲基甲酰胺，二氯甲烷，石油醚，1，2-二溴乙烷，氰化鈉，3-溴丙炔，無水乙醚。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（一）-乙?；?N-苯基環(huán)丙基酰胺的制備

用電子天平稱取100 mmol乙酰乙酰苯胺1（223 g），置于500 mL的圓底燒瓶中，加入150 mL DMF溶液作為反應(yīng)溶劑，用磁力攪拌器攪拌大約2分鐘，加入36 g無水碳酸鉀，攪拌1小時后，在反應(yīng)體系中加入120 mmol 1，2-二溴乙烷于，用TLC監(jiān)測反應(yīng)直至反應(yīng)底物全部消失。將反應(yīng)溶液分批少量倒入盛有粗鹽的冰水中，減壓過濾產(chǎn)物2，自然晾干，計(jì)算產(chǎn)率約86%，反應(yīng)方程式如圖1。

（二）-乙酰基-N-炔丙基-N-苯基環(huán)丙基酰胺的制備

用電子分析天平稱取3.15g 1-乙?；?N-苯基環(huán)丙基酰胺2，置于100 mL的圓底燒瓶中，加入無水DMF為反應(yīng)溶劑，然后加入1.14 g氰化鈉，用磁力攪拌器攪拌大約1小時后，加入4mL 3-溴丙炔，反應(yīng)體系變成橙紅色，用TLC監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)度，直到底物完全消失。將反應(yīng)溶液分批少量倒入盛有粗鹽的冰水中，以二氯甲烷為萃取劑進(jìn)行萃取，再用水反萃出DMF，將產(chǎn)物自然晾干，得到黃色固體4，并計(jì)算產(chǎn)率約為67%，反應(yīng)方程式如圖2。

（三）呋喃聯(lián)噁唑鹽類化合物的合成

稱量0.255 g1-乙酰基-N-炔丙基-N-苯基環(huán)丙基酰胺置于50 mL的圓底燒瓶中，以無水乙氰為反應(yīng)溶劑，用磁力攪拌器攪拌至固體物質(zhì)全部溶解后，加入0.49 g溴化銅，加熱控制反應(yīng)體系回流，TLC檢測反應(yīng)進(jìn)度，直至底物完全消失，記錄反應(yīng)時間。采用冰水浴法使反應(yīng)體系迅速降溫后，向燒瓶內(nèi)加入少量水后，再以二氯甲烷為萃取劑進(jìn)行萃取，由于粗產(chǎn)物所含雜質(zhì)較多，需要再次通過柱層析法提純產(chǎn)物5，并計(jì)算產(chǎn)率約為56%，反應(yīng)方程式如圖3。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排

該實(shí)驗(yàn)作為一個綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容上涉及相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理，一些基本實(shí)驗(yàn)操作以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器的使用，需要學(xué)習(xí)者有相關(guān)的基礎(chǔ)知識，因此該實(shí)驗(yàn)安排在學(xué)習(xí)過有機(jī)化學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)課之后比較合適，實(shí)驗(yàn)大約需要28學(xué)時，每周4學(xué)時，7周即可完成整個實(shí)驗(yàn)。整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程教師作為主導(dǎo)者，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生作為主體，自主完成整個實(shí)驗(yàn)操作。

本實(shí)驗(yàn)操作部分主要分三個教學(xué)周完成，但是反應(yīng)底物是一步步合成，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容前后銜接緊密，要求學(xué)習(xí)者對實(shí)驗(yàn)整體有充分認(rèn)識，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，避免傳統(tǒng)的“照方抓藥”式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。但是教師也應(yīng)該提前準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)底物，以防學(xué)習(xí)者在實(shí)驗(yàn)操作上出現(xiàn)問題，制備不出底物而導(dǎo)致后續(xù)實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行，影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。

五、本綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)優(yōu)勢和教學(xué)效果

通過開展本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過于陳舊，實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)之間聯(lián)系不大，每個實(shí)驗(yàn)只涉及幾個簡單知識點(diǎn)的限制，本綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)優(yōu)勢在于：（1）整個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是一個整體，其中囊括了多個知識點(diǎn)，多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作技能和多種實(shí)驗(yàn)儀器的使用;（2）該實(shí)驗(yàn)由多個小實(shí)驗(yàn)構(gòu)成，每個實(shí)驗(yàn)前后聯(lián)系緊密，前期實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)問題，會導(dǎo)致整個實(shí)驗(yàn)失敗，因此，能夠培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)者有認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度;（3）本實(shí)驗(yàn)以學(xué)生為主體，教師為導(dǎo)向，實(shí)驗(yàn)過程中更注重學(xué)生自主研究能力和團(tuán)隊(duì)合作意識，自主與教師的交流明顯增多;（4）學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的整體把握和理解程度明顯增強(qiáng)，對基本理論知識的應(yīng)用更加自如，真正達(dá)到了活學(xué)活用的目的。

總體來說，通過本綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的開展，不僅利于學(xué)生增強(qiáng)對基本知識點(diǎn)的認(rèn)識和理解，還有利于提高實(shí)驗(yàn)操作技能，與有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本要求相一致，結(jié)合以后的學(xué)習(xí)，即提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識，也訓(xùn)練了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識。

參考文獻(xiàn)：

[1]何田，顧崢燁，曾雨菲，等.大學(xué)化學(xué)，2017，32（11）：57-64.

[2]張國林，韓瑩，薛懷國，刁國旺.大學(xué)化學(xué)，2010，25（1），23.

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