09480102 王志刚 应化一班 第一组
实验一 绿色有机合成 （固相合成α，β-不饱和酮）
一、实验目的
1、查阅与本实验课题相关文献资料， 2、进行杂环化合物的设计、合成。
3、完成化合物制备设计、实验工作并对其进行表征。 二、实验原理
固相有机合成是绿色合成的重要组成部分, 因为它不使用溶剂, 并且无论在反应速度、产物收率, 还是选择性方面, 均较溶液中的反应有显著优势。由于这种反应操作简单, 加热、研磨、振荡及超声波辐射都可以加速反应, 并且避免了因使用溶剂而造成的能耗高、污染环境、毒害性和爆燃性等缺陷, 是理想的合成方法。
α，β-不饱和酮是一类重要的有机中间体，广泛用于合成香料、医药。Knoevenagel 缩合反应是形成碳-碳键的有效方法，一般在液相条件下进行。例如：肉桂酸的合成，Perkin 法的原料是苯甲醛和酸醉, 催化剂常用的是醋酸钾, 收率54一60%。也可用苯甲醛一乙烯酮法，苯甲醛一醋酸法等等。
近年来固相合成也有报道，例如：michael 加成是一类经典的化学反应, 主要是利用亲核试剂与a, β一不饱和醛酮进行的，用a, β一不饱和酮与苯硫酚、苯硒酚进行Michael 加成合成了一些新的化合物。 也可在无溶剂下碾磨得到。例如：将苯乙酮、芳香醛与KF-Al2O3置于研钵中, 在无溶剂条件下, 室温研磨5 min 后放置一定时间, 得到收率94%~98%的A,B-不饱和酮. 该法反应条件温和, 操作简便,KF-Al2O3可回收再利用. 。
三、实验仪器与原料 1、实验仪器
研钵，熔点仪，红外光谱仪，回流冷凝管，电磁搅拌器，抽虑漏斗，紫外分光光度计，荧光分光光度计，核磁共振仪，元素分析仪，质谱仪 2、实验原料
苯甲醛及其它取代的苯甲醛，茚酮，氢氧化钠，无水乙醇。 四、实验步骤
1、α，β-不饱和酮的合成
Ar
+Ar'CHO
O
NaOH Ar
称取苯乙酮1 mmol，苯甲醛1 mmol于研钵中，加入2 mmol的NaOH ，室温研磨，反应体系颜色逐渐加深，研磨3-5 min ，反应完成，用水洗涤出去其中的NaOH ，用无水乙醇重结晶即可得到纯净的产物。 2、反应条件的优化
改变反应时间，测定反应收率。
（1）测定各化合物的熔点，收率 （2）测定化合物的红外光谱. 如图1
100
95
90
3028. 04
2340. 74
974. 13
756. 45
85
2359. 10
80
%T
3061. 32
75
3416. 64
1448. 32
1220. 97
65
1595. 53
60
1346. 951255. 99
70
. 17
1066. 74
55
3000
2000
Wavenumbers (cm-1)
1000
698. 98
683. 98
539. 19
化合物3的红外光谱图
化合物红外分析：3416.61cm -1宽而强的吸收带是缔合羟基的吸收, 在3000-3100 cm -1处有吸收峰，吸收峰型尖而锐，是烯烃上的C-H 键伸缩振动产生。另外在1680-1620 cm-1有吸收峰，是由于C=C伸缩振动引起的。在3000-3100 cm-1附近有吸收峰，并且在1600和1500 cm-1附近处也有吸收峰，则可说明产物有苯环，在1671 cm-1附近有吸收峰，说明可能有酮结构。698.98 cm-1为亚甲基的平面摆动
（3）紫外光谱
测定相同浓度的不同化合物的紫外光谱
配置过程：
1，分别称量苯乙酮和香草醛反应的化合物约0.0173克，取苯乙酮和苯甲醛反应的化合物约0.0107克，取茚酮和苯甲醛反应的化合物0.0123克，取四氯苯乙酮和香草醛反应生成的化合物紫外光谱0.0128克。加入二氯甲烷溶解后，分别放入50ml 小容量瓶中，定容。再通过二氯甲烷稀释至十倍，配置成1*E-4mol/L的溶液在紫外灯下扫描全波长. 如图2所示
化合物1为茚酮和苯甲醛反应生成的化合物的紫外光谱图
化合物2为四氯苯乙酮和香草醛反应生成的化合物的紫外光谱 化合物3为苯乙酮和苯甲醛反应生成的化合物的紫外光谱图 化合物4为香草醛和苯乙酮反应生成的化合物的紫外光谱图
对化合物紫外光谱进行分析：四种化合物的紫外曲线化合物4和3接近，化合物1和2接近。化合物4的最大紫外吸收在211.0nm ，化合物3为209. 0nm 化合物化合物2为216.0nm ，1为215.0 nm ，从大到小的的顺序为4>2>1>3,吸收强度分别为3.5、3.75、1.556、1.65；从大到小的顺序为3>4>2>1.。
（4）荧光光谱
测定相同浓度的不同化合物的荧光光谱
是以1*E-4mol/L相同浓度化合物1,2,3,4; 激发狭缝5 nm，发射狭缝5nm 的条件下扫描, 如图3所示。
标注：
化合物1为茚酮和苯甲醛反应生成的化合物的紫外光谱图 化合物2为四氯苯乙酮和香草醛反应生成的化合物的紫外光谱 化合物3为苯乙酮和苯甲醛反应生成的化合物的紫外光谱图 化合物4为香草醛和苯乙酮反应生成的化合物的紫外光谱图
荧光曲线分析：化合物1为244.0nm ，化合物2为244.0nm ，化合物3为275.0nm ，化合物4的最大荧光发射波长在275.0nm ，从大到小的的顺序为4=3>2=1.荧光强度分别为238.2、234.3、41.64、50.09；从大到小的顺序为4>3>2>1
（4）测定产物的液相色谱
实验条件：流动相：甲醇，紫外波长：260nm ，运行时间：15min 1, 苯甲醛与苯乙酮反应得到的产物
产物保留时间2.768min 产物纯度92.72% 2, 香草醛与苯乙酮的产物
产物保留时间2.778min 产物纯度100%.
3, 茚酮与苯甲醛的产物
产物保留时间3.693min 产物纯度63.61% 4, 4-氯苯乙酮与苯甲醛的产物
产物保留时间3.697min 产物纯度72.97% 六、思考题
1. α，β-不饱和酮的经典合成方法有哪些？ 固相合成，Knoevenagel 反应 2. 什么是Knoevenagel 反应？
醛或酮在弱碱（胺、吡啶等）催化下，与具有活泼α-氢原子的化合物反应失水，生成不饱和化合物的缩合的反应称为Knoevenagel 反应。 3. 芳醛上不同取代基团对反应的影响如何？
芳醛的芳基上有给电子基团时, 反应顺利进行, 芳醛的芳基上有吸电子基团时, 反应难于进行
4. 重结晶过程应注意的问题有哪些？
(1)在溶解预纯化的化学试剂时要严格遵守实验室安全操作规程，加热易燃、易爆溶剂时，应在没有明火的环境中操作，并应避免直接加热。因为在通常的情况下，溶解度曲线在接近溶剂沸点时陡峭地升高，故在结晶和重结晶时应将溶剂加热到沸点。为使结晶和重结晶地收率高，溶剂的量尽可能少，故在开始加入的溶剂量不足以将欲纯化的化学试剂全部溶解，在加热的过程中可以小心的补加溶剂，直到沸腾时固体物质全部溶解为止。补加溶剂时要注意，溶液如被冷却到其沸点以下，防爆沸石就不在有效，需要添加新的沸石。
（2. ）为了定量地评价结晶和重结晶地操作，以及为了便于重复，固体和溶剂都应予以称量和计量。 （3）. 在使用混合溶剂进行结晶和重结晶时，最好将欲纯化的化学试剂溶于少量溶解度较大的溶剂中，然后趁热慢慢地分小份加入溶解度较小的第二种溶剂，直到它触及溶液的部位有沉淀生成但旋即有溶解为止。
（4）结晶的速度有时很慢，冷溶液的结晶有时要数小时才能完全。在某些情况下数星期或数月后还会有晶体继续析出，所以不应过早将母液弃去。 （5）. 为了降低欲纯化试剂在溶液中的溶解度，以便析出更多的结晶，提高产率，往往对溶液采取冷冻的方法。可以放入冰箱中或用冰、混合制冷剂冷却。 （6）制备好的热溶液必须经过过滤，以除去不溶性的杂质，而且必须避免在抽滤的过程中在过滤器上结晶出来。
(7).欲使析出地晶体于母液有效地分离，一般用布氏漏斗抽滤。 (8).晶体若遇热不分解时，可采用在烘箱中加热烘干的方法干燥 （9）母液中常含有一定数量的所需要的物质，要注意回收 5、紫外光谱的影响因素是什么？
（1）温度。温度高了，其精细结构可能消失， 光谱变平滑了。
（2）化合物的结构改变，苯酚中加入氢氧化钠，变成了苯酚钠。酚羟基的助色作用消失了。
（3）溶剂的极性改变。
6、荧光光谱分析仪的原理是什么？
当能量高于原子内层电子结合能的高能X 射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态，激发态原子寿命约为10-12～10-14s ，然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态。
7、影响荧光特性的因素有哪些？都有什么样的影响？ 1. 荧光的减退
荧光物质经紫外线长时间照射及空气的氧化作用，会使荧光逐渐减退。 2. 荧光强度与溶液浓度的关系
在稀溶液中： F＝Kc ，F 为荧光强度，K —检测效率（由仪器决定），c 为液体的浓度
高浓度时，荧光物质发生熄灭和自吸收现象，使F 与c 不呈线性关系 3. 温度的影响
温度对荧光强度的影响较敏感。溶液温度下降时，介质的粘度增大，荧光物质与分子的
碰撞也随之减少，去活化过程也减少，则荧光强度增加。相反，随着温度上升，荧光物质与
分子的碰撞频率增加，使去活化几率增加，则荧光强度下降。 4. pH的影响
带有酸性或碱性官能团的大多数芳香族化合物的荧光一般都与溶液PH 值有关 5. 溶剂的影响
许多有机物及金属的有机络合物，在乙醇溶液中的荧光比在水溶液中强。乙醇、甘油、
丙酮、氯仿及苯都是常用的有机溶剂，其中大多有荧光，应设法避免；一般避免的办法是稀
释，或加入一部分水。
6. 荧光强度达到最高点所需要的时间不同，有的反应加入试剂后荧光强度立即达到最高峰。有的反应需要经过15~30分钟才能达到最高峰。
7. 有机溶剂中常有产生荧光的杂质，可用蒸馏法提纯。橡皮塞、软木塞及滤纸中也常有能溶于溶剂的一些带荧光的物质。
参考文献：
（1）KoePP,EriCh;etal.Synthesis,1987(2):177一179 （2）RomRo1986:90244
（3）Geroffen1985:3422915
（4）王文, 孟繁君, 高鸿宾. 应用化学,1989;6(2):82一83 （5）陈雨生. 浙江化工,1992;23(t):18一20 （6）Geroffen1988:3743616
(7) MasaruS,HiromiehiK,MikioS,etal.BullChem..Soc,JPn.,1965,41(1):25 (8)赵天增. 核磁共振氢谱. 北京大学出版社,1983 (9) osgerbyJM,PausonpL.J.Chem.Soe.,1961:4600
(10)Geng, L. J.; Wang, S. X.; Li, J. T.; Liu, C. H.Chin. J.Org.
Chem.2002,22, 1047 (in Chinese).(耿丽君, 王书香, 李记太, 刘春红, 有机化学,2002,22,1047.)
09480102 王志刚 应化一班 第一组
实验一 绿色有机合成 （固相合成α，β-不饱和酮）
一、实验目的
1、查阅与本实验课题相关文献资料， 2、进行杂环化合物的设计、合成。
3、完成化合物制备设计、实验工作并对其进行表征。 二、实验原理
固相有机合成是绿色合成的重要组成部分, 因为它不使用溶剂, 并且无论在反应速度、产物收率, 还是选择性方面, 均较溶液中的反应有显著优势。由于这种反应操作简单, 加热、研磨、振荡及超声波辐射都可以加速反应, 并且避免了因使用溶剂而造成的能耗高、污染环境、毒害性和爆燃性等缺陷, 是理想的合成方法。
α，β-不饱和酮是一类重要的有机中间体，广泛用于合成香料、医药。Knoevenagel 缩合反应是形成碳-碳键的有效方法，一般在液相条件下进行。例如：肉桂酸的合成，Perkin 法的原料是苯甲醛和酸醉, 催化剂常用的是醋酸钾, 收率54一60%。也可用苯甲醛一乙烯酮法，苯甲醛一醋酸法等等。
近年来固相合成也有报道，例如：michael 加成是一类经典的化学反应, 主要是利用亲核试剂与a, β一不饱和醛酮进行的，用a, β一不饱和酮与苯硫酚、苯硒酚进行Michael 加成合成了一些新的化合物。 也可在无溶剂下碾磨得到。例如：将苯乙酮、芳香醛与KF-Al2O3置于研钵中, 在无溶剂条件下, 室温研磨5 min 后放置一定时间, 得到收率94%~98%的A,B-不饱和酮. 该法反应条件温和, 操作简便,KF-Al2O3可回收再利用. 。
三、实验仪器与原料 1、实验仪器
研钵，熔点仪，红外光谱仪，回流冷凝管，电磁搅拌器，抽虑漏斗，紫外分光光度计，荧光分光光度计，核磁共振仪，元素分析仪，质谱仪 2、实验原料
苯甲醛及其它取代的苯甲醛，茚酮，氢氧化钠，无水乙醇。 四、实验步骤
1、α，β-不饱和酮的合成
Ar
+Ar'CHO
O
NaOH Ar
称取苯乙酮1 mmol，苯甲醛1 mmol于研钵中，加入2 mmol的NaOH ，室温研磨，反应体系颜色逐渐加深，研磨3-5 min ，反应完成，用水洗涤出去其中的NaOH ，用无水乙醇重结晶即可得到纯净的产物。 2、反应条件的优化
改变反应时间，测定反应收率。
（1）测定各化合物的熔点，收率 （2）测定化合物的红外光谱. 如图1
100
95
90
3028. 04
2340. 74
974. 13
756. 45
85
2359. 10
80
%T
3061. 32
75
3416. 64
1448. 32
1220. 97
65
1595. 53
60
1346. 951255. 99
70
. 17
1066. 74
55
3000
2000
Wavenumbers (cm-1)
1000
698. 98
683. 98
539. 19
化合物3的红外光谱图
化合物红外分析：3416.61cm -1宽而强的吸收带是缔合羟基的吸收, 在3000-3100 cm -1处有吸收峰，吸收峰型尖而锐，是烯烃上的C-H 键伸缩振动产生。另外在1680-1620 cm-1有吸收峰，是由于C=C伸缩振动引起的。在3000-3100 cm-1附近有吸收峰，并且在1600和1500 cm-1附近处也有吸收峰，则可说明产物有苯环，在1671 cm-1附近有吸收峰，说明可能有酮结构。698.98 cm-1为亚甲基的平面摆动
（3）紫外光谱
测定相同浓度的不同化合物的紫外光谱
配置过程：
1，分别称量苯乙酮和香草醛反应的化合物约0.0173克，取苯乙酮和苯甲醛反应的化合物约0.0107克，取茚酮和苯甲醛反应的化合物0.0123克，取四氯苯乙酮和香草醛反应生成的化合物紫外光谱0.0128克。加入二氯甲烷溶解后，分别放入50ml 小容量瓶中，定容。再通过二氯甲烷稀释至十倍，配置成1*E-4mol/L的溶液在紫外灯下扫描全波长. 如图2所示
化合物1为茚酮和苯甲醛反应生成的化合物的紫外光谱图
化合物2为四氯苯乙酮和香草醛反应生成的化合物的紫外光谱 化合物3为苯乙酮和苯甲醛反应生成的化合物的紫外光谱图 化合物4为香草醛和苯乙酮反应生成的化合物的紫外光谱图
对化合物紫外光谱进行分析：四种化合物的紫外曲线化合物4和3接近，化合物1和2接近。化合物4的最大紫外吸收在211.0nm ，化合物3为209. 0nm 化合物化合物2为216.0nm ，1为215.0 nm ，从大到小的的顺序为4>2>1>3,吸收强度分别为3.5、3.75、1.556、1.65；从大到小的顺序为3>4>2>1.。
（4）荧光光谱
测定相同浓度的不同化合物的荧光光谱
是以1*E-4mol/L相同浓度化合物1,2,3,4; 激发狭缝5 nm，发射狭缝5nm 的条件下扫描, 如图3所示。
标注：
化合物1为茚酮和苯甲醛反应生成的化合物的紫外光谱图 化合物2为四氯苯乙酮和香草醛反应生成的化合物的紫外光谱 化合物3为苯乙酮和苯甲醛反应生成的化合物的紫外光谱图 化合物4为香草醛和苯乙酮反应生成的化合物的紫外光谱图
荧光曲线分析：化合物1为244.0nm ，化合物2为244.0nm ，化合物3为275.0nm ，化合物4的最大荧光发射波长在275.0nm ，从大到小的的顺序为4=3>2=1.荧光强度分别为238.2、234.3、41.64、50.09；从大到小的顺序为4>3>2>1
（4）测定产物的液相色谱
实验条件：流动相：甲醇，紫外波长：260nm ，运行时间：15min 1, 苯甲醛与苯乙酮反应得到的产物
产物保留时间2.768min 产物纯度92.72% 2, 香草醛与苯乙酮的产物
产物保留时间2.778min 产物纯度100%.
3, 茚酮与苯甲醛的产物
产物保留时间3.693min 产物纯度63.61% 4, 4-氯苯乙酮与苯甲醛的产物
产物保留时间3.697min 产物纯度72.97% 六、思考题
1. α，β-不饱和酮的经典合成方法有哪些？ 固相合成，Knoevenagel 反应 2. 什么是Knoevenagel 反应？
醛或酮在弱碱（胺、吡啶等）催化下，与具有活泼α-氢原子的化合物反应失水，生成不饱和化合物的缩合的反应称为Knoevenagel 反应。 3. 芳醛上不同取代基团对反应的影响如何？
芳醛的芳基上有给电子基团时, 反应顺利进行, 芳醛的芳基上有吸电子基团时, 反应难于进行
4. 重结晶过程应注意的问题有哪些？
(1)在溶解预纯化的化学试剂时要严格遵守实验室安全操作规程，加热易燃、易爆溶剂时，应在没有明火的环境中操作，并应避免直接加热。因为在通常的情况下，溶解度曲线在接近溶剂沸点时陡峭地升高，故在结晶和重结晶时应将溶剂加热到沸点。为使结晶和重结晶地收率高，溶剂的量尽可能少，故在开始加入的溶剂量不足以将欲纯化的化学试剂全部溶解，在加热的过程中可以小心的补加溶剂，直到沸腾时固体物质全部溶解为止。补加溶剂时要注意，溶液如被冷却到其沸点以下，防爆沸石就不在有效，需要添加新的沸石。
（2. ）为了定量地评价结晶和重结晶地操作，以及为了便于重复，固体和溶剂都应予以称量和计量。 （3）. 在使用混合溶剂进行结晶和重结晶时，最好将欲纯化的化学试剂溶于少量溶解度较大的溶剂中，然后趁热慢慢地分小份加入溶解度较小的第二种溶剂，直到它触及溶液的部位有沉淀生成但旋即有溶解为止。
（4）结晶的速度有时很慢，冷溶液的结晶有时要数小时才能完全。在某些情况下数星期或数月后还会有晶体继续析出，所以不应过早将母液弃去。 （5）. 为了降低欲纯化试剂在溶液中的溶解度，以便析出更多的结晶，提高产率，往往对溶液采取冷冻的方法。可以放入冰箱中或用冰、混合制冷剂冷却。 （6）制备好的热溶液必须经过过滤，以除去不溶性的杂质，而且必须避免在抽滤的过程中在过滤器上结晶出来。
(7).欲使析出地晶体于母液有效地分离，一般用布氏漏斗抽滤。 (8).晶体若遇热不分解时，可采用在烘箱中加热烘干的方法干燥 （9）母液中常含有一定数量的所需要的物质，要注意回收 5、紫外光谱的影响因素是什么？
（1）温度。温度高了，其精细结构可能消失， 光谱变平滑了。
（2）化合物的结构改变，苯酚中加入氢氧化钠，变成了苯酚钠。酚羟基的助色作用消失了。
（3）溶剂的极性改变。
6、荧光光谱分析仪的原理是什么？
当能量高于原子内层电子结合能的高能X 射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态，激发态原子寿命约为10-12～10-14s ，然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态。
7、影响荧光特性的因素有哪些？都有什么样的影响？ 1. 荧光的减退
荧光物质经紫外线长时间照射及空气的氧化作用，会使荧光逐渐减退。 2. 荧光强度与溶液浓度的关系
在稀溶液中： F＝Kc ，F 为荧光强度，K —检测效率（由仪器决定），c 为液体的浓度
高浓度时，荧光物质发生熄灭和自吸收现象，使F 与c 不呈线性关系 3. 温度的影响
温度对荧光强度的影响较敏感。溶液温度下降时，介质的粘度增大，荧光物质与分子的
碰撞也随之减少，去活化过程也减少，则荧光强度增加。相反，随着温度上升，荧光物质与
分子的碰撞频率增加，使去活化几率增加，则荧光强度下降。 4. pH的影响
带有酸性或碱性官能团的大多数芳香族化合物的荧光一般都与溶液PH 值有关 5. 溶剂的影响
许多有机物及金属的有机络合物，在乙醇溶液中的荧光比在水溶液中强。乙醇、甘油、
丙酮、氯仿及苯都是常用的有机溶剂，其中大多有荧光，应设法避免；一般避免的办法是稀
释，或加入一部分水。
6. 荧光强度达到最高点所需要的时间不同，有的反应加入试剂后荧光强度立即达到最高峰。有的反应需要经过15~30分钟才能达到最高峰。
7. 有机溶剂中常有产生荧光的杂质，可用蒸馏法提纯。橡皮塞、软木塞及滤纸中也常有能溶于溶剂的一些带荧光的物质。
参考文献：
（1）KoePP,EriCh;etal.Synthesis,1987(2):177一179 （2）RomRo1986:90244
（3）Geroffen1985:3422915
（4）王文, 孟繁君, 高鸿宾. 应用化学,1989;6(2):82一83 （5）陈雨生. 浙江化工,1992;23(t):18一20 （6）Geroffen1988:3743616
(7) MasaruS,HiromiehiK,MikioS,etal.BullChem..Soc,JPn.,1965,41(1):25 (8)赵天增. 核磁共振氢谱. 北京大学出版社,1983 (9) osgerbyJM,PausonpL.J.Chem.Soe.,1961:4600
(10)Geng, L. J.; Wang, S. X.; Li, J. T.; Liu, C. H.Chin. J.Org.
Chem.2002,22, 1047 (in Chinese).(耿丽君, 王书香, 李记太, 刘春红, 有机化学,2002,22,1047.)