有机合成化学实验2010级补充讲义
三乙基苄基氯化铵（简称TEBA）的制备
一、实验目的
1． 了解相转移催化、季铵盐等概念及季铵盐的制法。 2． 掌握回流、过滤等基本操作。 二、实验原理
三乙基苄基氯化铵（triethyl benzyl ammonium chloride TEBA）是一种季铵盐，常用作多相反应中的相转移催化剂（PTC）。它具有盐类的特性，是结晶形的固体，能溶于水。在空气中极易吸湿分解。
TEBA可由三乙铵和氯化苄直接作用制得。反应方程式为：
CH2Cl+ N(C2H5)3ClCH2CH2Cl回流CH2N+(C2H5)3Cl-( TEBA )
一般反应可在1,2-二氯乙烷、苯、甲苯等溶剂中进行。生成的产物TEBA不溶于有机溶剂而以晶体析出，过滤即得产品。
原料苄氯对眼睛有强烈的刺激、催泪作用，取用时最好在通风柜中。 三、试剂与器材
试剂：氯化苄、三乙胺、1,2－二氯乙烷。
器材：100mL圆底烧瓶、球形冷凝管、布氏漏斗、吸滤瓶、培养皿。 四、实验内容
在150mL三口烧瓶中加入6g 1,2-二氯乙烷，1.6g（0.0126mol）苄基氯和1.3g（0.0128mol）三乙胺，接上球形冷凝管，开动搅拌，加热保持回流反应1.5ｈ。如不析出结晶，可用玻棒摩擦瓶壁促使结晶析出，冷却，抽滤，用少量二氯甲烷或无水乙醚洗涤，烘干，称重（约1.5g－2.0g），保持于塞紧的小锥形瓶或试管中备用。 五、注意事项
1．久置的氯化苄常伴有苄醇和水，因此最好采用新蒸馏过的氯化苄。
2．TEBA为季铵盐化合物，极易在空气中吸潮分解，需隔绝空气密封保存。 六、思考题
1．反应器为什么要干燥？
2．为什么季铵盐能作为相转移催化剂？
3. 抽滤时一般先用水将滤纸润湿一下，请问本实验可以这样操作吗？为什么？
甲基橙的制备
一、实验目的
1．掌握重氮化反应的原理和操作 2．掌握偶合反应的原理和操作
3．巩固盐析和重结晶的原理和操作 ４．掌握甲基橙的制备方法 ５．熟悉甲基橙的性质 二、反应原理
甲基橙是指示剂，它是由对氨基苯磺重氮盐与N,N一二甲基苯胺在弱酸介质中偶合得到的，偶合先得到的是红色的酸性甲基橙，称为酸性黄，在碱性中酸性黄转变为甲基橙的钠盐，即甲基橙。
HO3SNH2+NaOHHCl0NaO3SNH2+H2O
NaO3SHAc0~5C0NH2N(CH3)2NaNO20~5C[HOS3[HO3S+NN]ClNNCH3NHCH3]Ac+
NaOHNaO3SN甲基橙NN(CH3)2+NaAc+HO2
甲基橙变色原理：
甲基橙是一种常用的酸碱指示剂，在酸性溶液中呈红色，在碱性溶液中呈黄色，其变化情况如下：
-O3SN黄色NN(CH3)2H+OH--O3SNHN+N(CH3)2红 色
三、实验药品和材料
对氨基苯磺酸钠（含两个结晶水），2.1g(0.01mol)；
5%氢氧化钠溶液，10mL (0.013mol)； 1%氢氧化钠溶液； 亚硝酸钠，0.8g (0.011mol)；
N,N-二甲基苯胺，1.2g (1.3mL, 0.01mol)； 浓盐酸，3mL；冰醋酸，1mL；
乙醇；乙醚；尿素；淀粉－碘化钾试纸；pH试纸。 四、实验步骤
1. 重氮盐的制备
在100mL烧杯中加入2.1g对氨基苯磺酸晶体和10mL 5%氢氧化钠溶液，温热使晶体溶
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解[1]，冷至室温。另将0.8g亚硝酸钠溶于6mL水后加入上述烧杯内，用冰盐浴冷至0~5℃。
在不断搅拌下，将3mL浓盐酸与10mL水配成的溶液缓缓滴加到上述混合溶液中，（注意控制温度维持在5℃以下）。滴加后仍在冰盐浴中放置15分钟，以保证反应全部完成，用淀粉－碘化钾试纸检验[2]，此时往往有细小晶体析出[3]。 2. 偶合反应
在一试管内加入1.3mL N,N-二甲基苯胺和1mL 冰醋酸，振荡使之混合均匀。在不断搅拌下，将此溶液慢慢地滴入上述冷却的重氮盐悬浮液中，立刻生成红色的甲基橙。加完后在冰盐浴中放置10min，并不时搅拌，以保证偶合反应完全。然后在冷却下边搅拌边慢慢加入5%氢氧化钠溶液（约25~35mL），直至反应物变为橙色，这时反应液呈碱性[4]，粗制甲基橙呈细粒状沉淀析出[5]。
将反应物在沸水浴中加热5~10分钟[6]，使粗制的甲基橙溶解，然后取出冷却至室温，再放在冰盐浴中冷却，使甲基橙晶体析出完全。抽滤收集结晶，依次用少量水、乙醇和乙醚洗涤，压干。
若要得到较纯产品，可把粗产品用1%氢氧化钠溶液进行重结晶[7]。待结晶析出完全后，抽滤收集晶体，依次用少量乙醇、乙醚洗涤[8]，压干，得到漂亮的橙色小叶片状晶体，产量约2.5g。 3、性质试验
在试管内溶解少许甲基橙于水中，观察其颜色；然后加几滴稀盐酸溶液，接着滴加稀的氢氧化钠溶液中和，观察颜色的变化。
注释：
[1] 对氨基苯磺酸是两性化合物，酸性强于碱性，以酸性内盐形式存在，它能与碱作用成盐，而不能与酸作用成盐，所以不溶于酸。但是重氮化反应又必须在酸性溶液中进行，因此进行重氮化反应时，首先将对氨基苯磺酸与碱作用，变成水溶性较大的对氨基苯磺酸钠。
-2O3S+NH3+NaOH2NaO3SNH2+H2O
[2] 若试纸不显示蓝色，应补加亚硝酸钠，并充分搅拌直到试纸刚呈蓝色。若已显蓝色，则表明亚硝酸过量：
析出的碘使淀粉显蓝色，亚硝酸能起氧化和亚硝基化作用，用量过多会引起一系列副反应。这时可加入少量尿素以除去过量的亚硝酸。
2HNO2+2KI+2HClI2+2NO+2H2O+2KClOH2NCNH2+2HNO2CO2+N2+3H2O
[3] 此时往往析出对氨基苯磺酸的重氮盐。这是因为重氮盐在水中可以电离形成中性内盐(
O3SNN )， 在低温时难溶于水而形成细小晶体析出。
[4] 用石蕊试纸或pH试纸检验，一定要使反应物呈碱性，否则所得粗甲基橙的色泽不佳。 [5]若反应物中含有未作用的N,N-二甲基苯胺醋酸盐，在加入氢氧化钠后，就会有难溶于水的N,N-二甲基苯胺析出，影响产品的纯度，湿的甲基橙在空气中受光的照射后，颜色很快
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变深，所以一般得到紫红色的粗产物。 [6]加热时间不能太长，加热温度不宜过高，一般在50~60℃，否则产物颜色变深，影响质量。 [7]每克粗产物约需要25mL 1%氢氧化钠溶液。 [8]用乙醇、乙醚洗涤的目的是使产品迅速干燥。 五、思考题
1、什么叫做重氮化反应？为什么此反应必须在低温、强酸性的条件下进行？而偶合反应为什么要在弱酸性条件下进行？
2、在制备重氮盐时，为什么要把对氨基苯磺酸变成钠盐？本实验如改成下列操作步骤：先将对氨基苯磺酸与盐酸混合，再滴加亚硝酸钠溶液进行重氮化反应，可以吗？为什么？
《有机合成化学》设计性实验教学大纲
——微波促进绿色合成肉桂酸
一、实验教学的指导思想和教学目的
设计性实验，就是要打破现成的实验方案，让学生自己去图书馆或上网查资料，自己对所查的资料分析对比，最后自行设计合理的实验方案和操作步骤。这样通过学生自己分析、思考和解决问题，可充分发挥学生的主体作用，有利于培养学生的思维能力，提高创新意识和创新精神。
我们将肉桂酸的合成作为设计性实验要合成的目标分子。肉桂酸是一个非常典型的精细化学品，本身既可作为香料、保鲜剂、防腐剂使用，同时又是很多高附加值的精细化学品如香料、医药、农药、甜味剂、塑料和感光树脂等的原料或中间体。合成肉桂酸的经典方法为Perkin法，自实现工业化以来，其工艺日趋完善，但该法收率较低，耗能多，原料价格高。近年来，研究人员对该法作了很多改进，此外还有苯乙烯-CCl4法，Knoevenagel法等，具体的工艺非常多，几乎每年都有新的合成论文出现，这为学生查阅文献、分析文献、最后自己设计一个实验方案自己做提供了一个很好的平台。
上述肉桂酸的合成方法大多存在步骤多、周期长、操作烦琐且后处理复杂、工业废水污染大等缺点。张红老师这几年倡导绿色有机合成化学，用无溶剂微波促进Knoevenagel缩合反应合成肉桂酸，收率很高，而且反应时间短（仅几分钟），后处理简单，无需有机溶剂，无有毒有害的三废排放，是一个非常成功的的洁净的绿色化学合成工艺，非常适合给学生开实验。
CHO＋CH2(COOH)2NH4OAc微波辐射
通过肉桂酸的设计性合成训练，可以培养学生从事实验研究的初步能力，即锻炼学生自己查资料，并且分析对比综述的能力、对实验现象有较敏锐的观察能力、运用各种实验手段正确获取实验数据的能力、分析和归纳实验数据的能力、由实验数据和实验现象实事求是地得出结论，并提出自己见解的能力。
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HC=CH+CO2COOH+H2O二、实验教学的基本要求
1．提前一个月通知学生查资料，要求学生按设计提纲写出肉桂酸合成的设计性实验报告 2．按自行设计的无溶剂微波促进Knoevenagel缩合反应或其它方法合成肉桂酸 3．总结各组实验数据，按小论文的格式写出肉桂酸合成小论文。
4．熟悉和掌握无溶剂微波促进Knoevenagel缩合反应合成肉桂酸的反应原理、步骤、注意事项等。
三、肉桂酸合成设计大纲
1． 简述肉桂酸的用途
2． 综述肉桂酸的合成方法，各有什么优缺点 3． 无溶剂微波促进Knoevenagel缩合反应原理 4． 你准备怎么合成肉桂酸，工艺步骤如何？ 5． 你准备如何提纯肉桂酸？ 6． 如何检测肉桂酸的纯度？ 7． 参考文献
四、肉桂酸合成小论文
1. 摘要 2. 关键词
3. 前言（肉桂酸用途、合成方法等） 4. 实验原理 5. 实验仪器药品 6. 实验装置图 7. 实验步骤
8. 实验结果，产率 9. 实验讨论 10. 参考文献
注：论文格式参考期刊网上的研究性论文 五、主要参考资料
[1] 吴赛苏. Perkin反应合成肉桂酸工艺的改进[Ｊ] .化学世界，2002，43(11)：599-600，
[2] 陈志涛，肖尚友，田树高，李志良. 肉桂酸的Perkin反应合成及其工艺优化[J]. 重庆大学学报 (自然科学版)，2002，25（3）：85~86
[3] 郭成，韦萍，张文博，李安娜]. 苯乙烯合成肉桂酸[J] ]. 南京化工大学学报，1997，19（4）：27~31
[4] 笪远峰，戚雪勇. β-取代丙烯酸的合成研究[J] ].化学世界，1998（4）：174～177 [5] 侯敏，余波，李志良. 微波辐射下肉桂酸的合成研究[J]. 合成化学，2002，10（3）：211~215 [6] Gedye R.，Smith F.，Westaway，K.，Humera，A.，Baldisera L.，Laberge L.R. The use of microwave ovens for rapid organic synthesis[J]. Tetrahedron Lett.，1986，27(3)：279-282
[7] Sampath H. M.，Subbareddy B. V.，Anjaneyulu S.，Yada J. S. Non Solvent Reaction：Ammonium Acetate Catalyzed highly Convenient Preparation of trans-cinnamic Acids[J]. Syntheic Communication. 1998，28(20)：3811~3815.
[8] 王官武，王宝亮. 微波辐射和加热条件下的无催化剂无溶剂Knoevenagel缩合反应[J]. 有机化学，2004，24（1）：85~87
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附：微波促进肉桂酸绿色合成实验内容
在50mL锥形瓶中4.3g（40mmol）苯甲醛、4.2g（40mmol）丙二酸和3.1g（40mmol）醋酸铵，摇匀后放进微波炉，装上回流冷凝管。火力键置“高火”，调节电流控制一定功率（由电表电流可查功率校准曲线，确定微波输出功率），微波辐射数分钟，(本反应640W时，辐射6min，产率最高，达84.5%)，反应混合物完全熔融成液体并有CO2气体放出。稍冷，取出锥瓶，加入约50mL冷水，产物即变为固体，将固体产物搅碎，抽滤，用水充分浸润、洗涤两次，抽干后，干燥即得较纯的浅黄色产物肉桂酸。用含水乙醇(水/乙醇=1/3体积比)重结晶，得白色针状结晶性粉末，熔点为132~133℃。
参考文献
[1] 唐培堃主编． 精细有机合成化学与工艺学，北京：化学出版工业社，2006年8月，第二版.
[2] 李敏谊主编，申东升、张精安副主编．有机化学实验，北京：中国医药科技出版社，2007年3月．
[3] 周志高，蒋鹏举主编．有机化学实验，北京：化学工业出版社中心，2005年1月．
附：实验报告书写范例
实验名称
同组合作者： 天气： 时间： 年 月 日
一、实验目的 二、实验原理 三、实验原料 四、反应装置图
五、实验步骤（以表格的形式： 时间 步骤 现象 备注） 六、结果与讨论 七、思考题
注：每个实验都要写预习报告，其格式比实验报告稍简单，一到五项，再加上注意事项。
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