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安息香缩合实验操作关键因素讨论

'安息香缩合实验操作关键因素讨论'
安息香缩合实验操作关键因素讨论一.实验目的1. 学习安息香缩合反应的原理。2. 了解维生素B1的催化原理。3. 掌握应用以VB1为催化剂合成安息香的实验方法。4.在第一次实验中我们组有少量的产品,这次主要探究安息香合成失败的原因,以提高安息香的产率。主要考察失败因素中PH控制、药品质量问题、反应温度等。了解安息香合成过程中注意的问题。二. 实验原理安息香(二苯羟乙酮)在有机合成常作为反应中间体,既可被氧化成α-二酮(二苯乙二酮),后经浓碱处理,发生重排反应,生成二苯羟乙酸;也可被还原成二醇、烯、酮等。安息香缩合:采用氰化钾(钠)作催化剂,在碳负离子作用下,芳香醛(如苯甲醛)发生分子间缩合反应生成。但氰化物是剧毒品,危害性较强。20世纪70年代后,开始采用具有生物活性的辅酶维生素B1 代替氰化物作催化剂进行缩合反应,反应条件温和、无毒且产率高。维生素B1又称硫胺素或噻胺,它是一种生物辅酶,常作为生物化学反应的催化剂。从化学角度看,VB1分子中最主要部分是噻唑环。噻唑环上的氮、硫原子之间的氢具有明显的酸性,在碱的作用下,质子容易被除去,生成的碳负离子作为反应中心,从而形成苯偶姻。其反应机理如下:三. 实验仪器与试剂仪器:三颈烧瓶、直形冷凝管、布氏漏斗、抽滤瓶、抽气泵等。试剂:维生素B1、苯甲醛(新蒸)、95%乙醇、10%氢氧化钠等。四. 实验步骤1. 加料:在50 ml三颈烧瓶中,加入1.75g维生素B1 和3.5 ml 水,使其溶解,再加入15 ml 95% 乙醇。在冰浴冷却下,边摇动边逐滴加入5 ml 左右冷透的10%氢氧化钠(事先用冰水浴冷却),约需 10min,调节PH=9~10(溶液呈浅黄色)。量取10ml (10.4g, 0.1mol)苯甲醛,倒入反应混合物中。2. 反应:加入沸石,装上回流冷凝管,于60~76℃水浴上加热90 min(或用塞子把瓶口塞住于室温放置48h 以上),反应过程中注意搅拌并保持溶液的pH为9~10间。反应混合物(呈桔黄色)经冷却后即有浅黄色晶体析出。3. 纯化:待反应混合物结晶完全后,抽滤,分别用20 ml 冷水洗涤2次,再用95%乙醇(约30ml)重结晶,烘干,得无色晶体(熔点134~136℃)。安息香在95%乙醇中溶解度为12-14g/100mL。五.第一次实验记录 维生素B1 质量0.878克95%的乙醇15ml10%的氢氧化钠5ml苯甲醛10ml(10.4g,0.1mol)初始PH9-10氢氧化钠加完时间9min加入苯甲醛时刻15:20反应开始时刻15:30反应结束时刻17:00水浴温度70-72℃产物性状白色晶体质量0.806g产率45.9%实验过程中没有控制PH结晶的时候用冰浴降温结晶六.第一次实验产率少原因分析上次实验,最终得出来的为油状物,具有苦杏仁气味,橙黄色,有少量晶体析出。首先认为反应过程中PH控制未到9-10,故需要考察反应过程中的PH。由于水浴温度存在一定的偏差,导致反应液的温度未到达60-76℃,故需要考察反应温度的控制。药品可能存在问题,维生素B1氧化,苯甲醛也可能含有苯甲酸,故需要考察药品质量问题。冰浴过程中温度未有控制好,使苯甲醛挥发。还有可能是结晶时太快,使产品以油状物析出。所以设计第二次实验时,我们主要改变的条件是控制反应中的PH,另外增加原料的的量为第一次的一倍,为使结晶较好,我们不用冰冷却结晶,而使其自然冷却结晶。其他的操作条件基本一致,也是反应前在冰浴下调PH等。七.设计的第二次实验记录 维生素B1 质量1.757克95%的乙醇15ml10%的氢氧化钠5ml苯甲醛10ml(10.4g,0.1mol)初始PH10氢氧化钠加完时间11min加入苯甲醛时刻15:13反应开始时刻15:20反应结束时刻16:50水浴温度69-72℃产物白色针状晶体质量2.698g产率76.5%实验过程中控制PH在9-10结晶的时候没用冰浴降温结晶八.实验总结 设计的第二个实验与第一个实验的最大不同之处是在实验中控制了PH在9-10之间,可能是苯甲醛的加入使PH的改变,影响了实验的结果,所以必须控制反应的PH。然后第二次实验也没有用冰冷却,使结晶更好。第一次实验的晶体很少,白色固体多,第二次的实验明显有针状的无色晶体,而且产率提高了很多。说明了未有控制PH而导致析不出晶体的假设是正确的。也从中汲取做实验要仔细谨慎的教训。九. 注意事项1. 苯甲醛极易被空气中的氧所氧化,如发现实验中所使用的苯甲醛有固体物苯甲酸存在,则必须重新蒸馏后使用。2. VB1 受热易变质,将失去催化作用。应放于冰箱内保存,使用时取出,用后及时放回冰箱中。VB1在酸性条件下是稳控制定的,但易吸水,在水溶液中易被氧化失效,光及铜、铁、锰等金属离子均可加速氧化。3. VB1溶液和NaOH溶液在反应前应用冰水充分冷透,否则VB1的噻唑环在碱性条件下易开环失效。此外,NaOH溶液应逐滴加入,滴加速度不宜过快。4. 水浴加热时应严格控制温度,切勿加热过剧。反应溶液pH应保持在9-10。搅拌回流时间不能少于1.5h。5. 若反应混合物冷却太快,产物易呈油状析出,可重新加热溶解后再慢慢冷却重新结晶。相关参数:苯甲醛:无色液体,苦杏仁香味,沸点179℃,密度1.046。微溶于水,混溶于苯、醇、醚等有机溶剂。维生素B1:白色结晶,溶于水,微溶于乙醇、氯仿;盐酸盐为白色结晶性粉末,易潮解,易溶于水,稍溶于乙醇,不溶于乙醚,熔点为245~250℃。安息香:白色或淡黄色棱柱体结晶。熔点133℃,沸点344℃(102.4kPa),194℃(1.6kPa),相对密度1.310。不溶于冷水,微溶于热水和乙醚,溶于乙醇。
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