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一实验目的

学习辅酶催化合成安息香的反应原理及其合成方法，利用红外光谱表征其分子结构。

二实验原理

本实验采用了有生物活性的辅酶维生素B1（Thiamine）来代替剧毒的氰化物完成安息香缩合反应，反应时，维生素B1分子中的噻唑环上的氮原子和硫原子邻位的氢，在碱的作用下可生成负碳离子（Ⅳ）。

然后（Ⅳ）与苯甲醛作用生成中间体（Ⅴ），（Ⅴ）可以被分离得到。

（Ⅴ）经异构化脱去质子得到了中间体烯胺（Ⅵ），（Ⅵ）与另一分子苯甲醛作用时就得到了缩合中间物（Ⅶ），再进一步得到产物（Ⅷ）。

三实验步骤

（一）具体操作方法

1.在装有回流冷凝管、搅拌子的100ml圆底烧瓶中，加入3.5g（0.010mol）维生素B1和7ml水，搅拌使其溶解，再加入30ml95%乙醇。

在冰浴冷却下，边搅拌边逐滴加入8ml左右3mol·

L-1氢氧化钠，约需5min。

当碱液加入一半时溶液呈淡黄色，随着碱液的加入溶液的颜色也变深。

2.量取20ml（20.8g，0.196mol）苯甲醛，倒入反应混合物中，于60～76℃水浴上加热90min（或用塞子把瓶口塞住于室温放置48h以上），此时溶液的酸度应在pH=8~9之间。

反应混合物经冷却后即有白色晶体析出。

抽滤，用100ml冷水分几次洗涤，干燥后粗产品重14～15g，熔点132～134℃（产率60～70%）。

3.用95%乙醇重结晶，每克产物约需乙醇6ml。

纯化后产物为白色晶体，熔点134～136℃。

4.测定纯产品的红外光谱并与安息香的已知红外光谱图对比，指出其主要吸收带的归属。

（二）注意事项

（1）维生素B1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。

（2）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。

四总结

（一）数据处理

1.计算产率

2.熔点

3.红外光谱分析

（二）讨论

试将你测定的红外光谱图与标准谱图比较，并对主要吸收带进行解释，指出其归属。

五实验延伸

参考文献

1.吴世晖，周景尧，林子森等编著，中级有机化学实验，高等教育出版社，1986.

六思考题

1．为什么要向维生素B1的溶液中加入氢氧化钠?

试用化学反应式说明。

2.合成安息香可选择的催化剂有哪些?

1.学习由安息香氧化合成二苯乙二酮，并用薄层监测反应进程。

2.学习二苯基乙醇酸重排及合成方法。

3.学习光敏引发剂安息香醚的合成。

1.二苯乙二酮的合成及薄层层析法监测反应进程

苯偶酰（Benzil，二苯基乙二酮）是重要的有机合成试剂，通常由安息香氧化而得，能使安息香氧化的试剂很多，常用的氧化剂有硝酸、醋酸铜、三氯化铁等。

本实验以安息香为原料，利用氧化剂将二苯羟乙酮氧化为二苯基乙二酮，根据所用氧化剂的不同，合成可有多种方法。

简单的薄层层析法虽然不能准确地说明反应混合物中各组分的含量，但是它却可以方便而又清楚地告诉我们氧化反应的进程。

在反应过程中，通过不断取样进行分析来监测反应的进程有着实际应用的意义。

如果反应进行时，不加以监测，为了保证反应完全，往往采取加长反应的时间，这不仅浪费了时间和能源，而且已经得到的产物往往还会进一步发生变化，使收率和产品纯度都较低。

方法一:

硝酸氧化法。

用硝酸氧化法较为简便，但反应中释放出的二氧化氮会对环境产生污染：

方法二:

醋酸铜氧化法。

安息香可以被温和的氧化剂醋酸铜氧化生成α-二酮，铜盐本身被还原成亚铜态。

实验经改进后使用催化量的醋酸铜，反应中产生的亚铜盐可不断被硝酸铵重新氧化生成铜盐，硝酸铵本身被还原为亚硝酸铵，后者在反应条件下分解为氮气和水。

改进后的方法在不延长反应时间的情况下可明显节约试剂，且不影响产率及产物纯度。

方法三:

三氯化铁氧化法。

FeCl3·

6H2O也是安息香氧化的良好氧化剂，不仅避免了常用的硝酸氧化法中产生有毒的氮的氧化物，而且收率高、质量好、操作方便、安全。

2.二苯基乙醇酸的合成

二苯基乙二酮是一个不能烯醇化的α-二酮，当用碱处理时发生了碳骨架的重排，得到二苯基乙醇酸。

由于二苯基乙醇酸是这种类型重排中最早一个实例的产物，故此种类型的重排亦称为二苯基乙醇酸重排。

此反应是由羟基负离子向二苯基乙二酮分子中的一个羰基加成，形成活性中间体而开始的。

此时另一个羰基则是亲电中心，苯基带着一对电子进行转移重排，而反应的动力是生成的羧基负离子的稳定性。

一旦生成羧酸盐，经酸化后即产生二苯乙醇酸。

这一重排反应可普遍用于将芳香族α-二酮转化为芳香族α-羟基酸，某些脂肪族α-二酮也可发生类似的反应。

总反应式为：

二苯乙醇酸也可直接由安息香与碱性溴酸钠溶液一步反应来制备，得到高纯度的产物。

3．安息香醚的合成

安息香醚是一类重要的光引发剂，在光敏涂料、光固型感光树脂印刷版和光致抗蚀剂中，多采用安息香醚类光敏剂。

1970年代以来，国内外文献接连报道过以三氯化磷、三氯化铝、亚硫酰氯、三氯氧磷、光气、氯甲酸三氯甲酯为催化剂的合成方法。

本实验采用安息香和醇在氯化亚砜催化剂的存在下脱水生成相应的安息香醚。

1）制备薄层板。

用硅胶GF254作吸附剂，其中掺入1%羧甲基纤维素钠作为粘合剂，在7.5×

2.0cm的洁净玻片上均匀地制成薄层硬板。

于室温晾干后，置于烘箱中逐步升温至110℃，活化1h，为了跟踪氧化反应的进行，每人准备上述薄层板6块和20×

10cm薄层板1块（硅胶GF254和1%羧甲基纤维素钠）。

实验中使用的展开剂是二氯甲烷。

2）标准样品Rf值的测定。

首先使用安息香和二苯基乙二酮的标准样品的混合物溶液在20×

10cm薄层板上进行点样，展开，测出二点的Rf值。

3）合成

方法一：

在100ml四口瓶上装有回流冷凝器和温度计，另一颈上用标准磨口塞塞紧。

将6.0g粗品安息香和30ml冰醋酸及15ml浓硝酸（70%,比重1.42）混合均匀。

将此反应混合物在水浴上加热至液体温度为85～95℃，此后每隔15-20min用细毛细管取出少量的反应液。

在7.5×

2.0cm薄层板上点样2～3次，每次约数微升（μL），并将薄层板放置使醋酸和硝酸挥发，然后用二氯甲烷展开，在紫外灯下观测。

如此不断地观察安息香是否已全部转化为二苯基乙二酮。

当安息香已全部（或接近全部）转化为二苯基乙二酮后，将反应液冷却并加入120ml水和120g冰的混合物。

此时有黄色的二苯基乙二酮结晶出现。

抽滤，并用少量冰水洗涤结晶固体，干燥后，用甲醇进行重结晶，计算产率。

测定产品的熔点和红外光谱，纯二苯基乙二酮为黄色晶体，熔点为95℃，并与二苯基乙二酮的已知谱图对比，指出其主要吸收带的归属。

方法二：

在装有回流冷凝器、温度计和搅拌子的100ml四口瓶中加入4.3g（0.02mol）安息香、12.5ml冰醋酸、2g粉状的硝酸铵和2.5ml2％醋酸铜溶液，开动搅拌，缓缓加热，当反应物溶解后，开始放出氮气，继续回流1.5h使反应完全。

将反应混合物冷至50-60℃，在搅拌下倒入20ml冰水中，析出二苯基乙二酮结晶，抽滤，冷水洗涤，尽量压干，干燥后为3～3.5g。

如制备纯品可用75％的乙醇水溶液重结晶，熔点94～96℃。

在50ml圆底烧瓶中溶解2.5g氢氧化钾于5ml水中，加入2.5g二苯乙二酮溶于7.5ml95%乙醇的溶液，混合均匀后，装上回流冷凝管，在水浴上回流15min。

然后将反应混合物转移到小烧杯中，在冰水浴中放置约1h（也可将反应混合物用表面皿盖住，放至下一次实验，二苯乙醇酸钾盐将在此段时间内结晶），直至析出二苯乙醇酸钾盐的晶体。

抽滤，并用少量冷乙醇洗涤晶体。

将过滤出的钾盐溶于70ml水中，用滴管加入2滴浓盐酸，少量未反应的二苯乙二酮成胶体悬浮物，加入少量活性炭并搅拌几分钟，然后用折叠滤纸过滤。

滤液用5%的盐酸酸化至刚果红试纸变蓝（约需25ml），即有二苯乙醇酸晶体析出，在冰水浴中冷却使结晶完全。

抽滤，用冷水洗涤几次以除去晶体中的无机盐。

粗产物干燥后约1.5-2g，熔点147～149℃。

进一步纯化可用水或苯重结晶，并加少量活性炭脱色，二苯乙醇酸产量约1.5g，熔点148～149℃。

纯二苯乙醇酸为无色晶体，熔点150℃。

3.安息香异丙醚的合成

在搅拌下，将21.2g安息香和40ml异丙醇加热至微沸，再慢慢加入适量的亚硫酰氯，然后继续回流五小时。

反应过程中产生的酸性气体用稀碱吸收。

反应完成后，将反应混合物冷却，滤出粗产物，用稀乙醇重结晶一次，得纯品22.5g，熔点76-77℃

1.铺板时使用1%羧甲基纤维素钠溶液与硅胶GF254调成糊状，1%羧甲基纤维素钠溶液提前配制，并经长时间静置，使用时吸取上层清液。

活化薄层板时，从低温升起，到105℃时开始计时0.5小时。

2.安装仪器，别忘了安装气体吸收装置；

3.点样用的毛细管可自行在酒精灯上拉制。

4.反应开始后（到所需温度后），每隔一定时间，用薄层板检测反应进程，直到反应完成（注意：

一块板可点两个样，第一次点一个标准样；

取样浓度要控制，否则展不开；

薄层板用紫外灯显色，画下斑点实际形状；

最终将所有板画在报告纸上）。

5.2％醋酸铜配制方法：

溶解2.5g水合硫酸铜于100ml10％醋酸水溶液中，充分搅拌后滤去碱性铜盐的沉淀。

产物二苯基乙二酮为一黄色结晶固体，原料安息香为白色固体。

试从原料与产物的结构特点出发说明这种颜色的变化。

1.吴世晖，周景尧，林子森等编著，中级有机化学实验，高等教育出版社，1986.

2.霍宁E.C.主编，南京大学有机室译，有机合成，第一集，北京，科学出版社，1981，87.

1）用醋酸铜氧化安息香制二苯乙二酮的反应中，试用反应方程式表示硫酸铜和硝酸铵在与安息香反应过程中的变化。

2）如何由相应的原料经二苯乙醇酸重排合成下列化合物

3）已知安息香:

λmax=248nm（EtOH）；

二苯基乙二酮：

λmax=260nm（EtOH），试用此二数据确定用薄层板分离得到的两个点各是哪一个化合物，并算出各自的Rf值。

哪一个化合物的Rf值大一些，为什么?

1.通过槐米中芦丁的提取和精制，了解天然产物的简单提取方法，掌握碱溶液沉淀法提取黄酮类化合物的原理和方法。

2.掌握利用紫外分光光度法对化合物进行定性、定量的原理和方法。

芦丁（Rutin）亦称芸香甙（Rutionside），广泛存在于植物中，其中以槐米（即槐树的花蕾，中药药房有出售，以新鲜、干燥的为好）和荞麦叶内含量较高（随生长期不同，含量有所变化）。

槐米中含量最高达12～16%。

芦丁为维生素P类药物，有助于保持毛细血管的正常弹性和调节毛细管壁的渗透作用，临床上用于治疗高血压的辅助药物和毛细管性止血药。

此外，对放射性伤害所引起的出血症也有一定的治疗作用。

芦丁为淡黄色针状结晶，含3分子结晶水，其熔点为174～178℃，不含水的芦丁熔点188℃。

芦丁在沸水的溶解度相当大（1:

200），而在冷水中的溶解度很小（1:

10000），溶于热甲醇（1:

7），冷甲醇（1:

100），热乙醇（1:

30），冷乙醇（1:

300），难溶于乙酸乙酯，不溶于苯、氯仿、乙醚及石油醚等溶剂，芦丁分子结构中含有酚羟基，呈弱酸性，易溶于碱液中呈黄色，酸化后又析出，所以可用水煮沸的方法提取。

芦丁中的苷键属于缩醛结构，易为稀酸催化水解，水解产物主要有甙元槲皮素（Quercetin）、鼠李糖和葡萄糖。

槲皮素，即芸香甙元，为黄色针结晶，含2分子结晶水的槲皮素熔点313～314℃，不含结晶水的槲皮素熔点316℃，溶于热乙醇（1:

23），冷乙醇（1:

300），冰醋酸，乙酸乙酯，丙酮等溶剂，不溶于苯、氯仿、乙醚、石油醚和水中。

利用紫外分光光度法先分别扫描出芦丁、槲皮素标准品的紫外图谱，再分别扫描出样品芦丁、槲皮素的紫外图谱，进行对照后，根据吸收峰峰形、最大吸收峰位置是否一致，即可定性；

根据朗伯－比尔定律，配制槲皮素标品的系列溶液做成标准曲线，即可定量测出槲皮素的含量。

三操作步骤

1.芦丁的提取

将粉碎好的槐米20g倒入装有回流冷凝管的1000ml三口烧瓶中，加沸水200ml，搅拌下加入石灰乳，调节PH8-9，继续加热微沸30min（在煮的过程中，保持PH8-9），趁热用四层纱布过滤，残渣同样提取一次，将两次滤液合并，用盐酸调节PH3-4，稍冷后，放置冰箱中冷却，待全部固体析出后，离心，抽滤，用蒸馏水洗涤，70℃以下干燥，得粗制芦丁。

2.芦丁的精制

取粗制芦丁加蒸馏水300ml，煮沸至芦丁全部溶解，趁热立即抽滤，自然冷却至固体全部析出后，抽滤，得芦丁精制品，70℃以下干燥，称重，计算产率。

3.芦丁的水解

称取1g精制芦丁，放入250ml圆底烧瓶中，加入1%硫酸水溶液100ml，装上回流冷凝管，微沸回流约30min～1.5h，瓶中混浊液逐渐变为澄清的棕黄色液体，最后有大量黄色沉淀物生成（水解是否完全可用薄层确定），冷却、抽滤，干燥，称重，计算产率。

4.紫外光谱测定

（1）分别称取0.5mg芦丁和0.3mg槲皮素的标准品，用乙醇分别溶解在50ml容量瓶中。

（2）分别称取0.5mg芦丁和0.3mg槲皮素的提取物，用乙醇溶解在50ml容量瓶中。

（3）以乙醇为空白试剂，作出相应的光谱图，并比较标准品与提取物之间的差异以及λmax

（4）标准曲线绘制

称量2.5mg槲皮素标准品于50ml容量瓶中，用无水乙醇稀释至刻度。

分别移取上述贮液1ml、2ml、3ml、4ml、5ml、6ml于25ml容量瓶中，用无水乙醇稀释至刻度，以上步所测槲皮素λmax为测定波长，分别测出上述溶液的A值，以槲皮素含量为横坐标，A值为纵坐标，绘制标准曲线。

（5）提取物中槲皮素的含量测定

称取0.5mg芸香苷水解物与50ml容量瓶中，用无水乙醇稀释至刻度，按上述光谱测定步骤测得A植，计算槲皮素的含量。

1.槐米必须粉碎，以提高提取效率。

2.要用沸水提取，而不能加凉水慢慢加热提取。

3.提取过程中，不断加入石灰乳清液，调节PH值。

4.芦丁析出后，可以用离心的方法代替过滤，离心后上清液不能倒掉，放置后，还可析出芦丁。

5.粗芦丁过滤时，要用水洗两次，每次5毫升。

1.计算槐米中芦丁含量

2.计算槲皮素含量

1.怎样能进一步提高芦丁的提取率？

2.试从结构的角度解释芦丁和槲皮素λmax的差异？

1.王宪楷主编，天然药物化学，人民卫生出版社，1989，272.

1.为什么从槐米中提取芦丁时开始不能加冷水慢慢煮沸，而要直接加沸水提取?

2.用紫外光谱能测定哪些化合物，溶剂该如何选择？

1.通过［Co（Ⅱ）Salen］配合物的制备掌握无机合成中的一些基本操作技术；

2.通过［Co（Ⅱ）Salen］配合物的吸氧量测定和放氧观察了解某些金属配合

物的载氧作用机制。

在自然界的生物体中，有许多含有过渡金属离子的蛋白，其中有些金属蛋白，在一定条件下，能够吸收和放出氧气，以供有机体生命活动的需要。

例如，含铁的肌红蛋白、血红蛋白、含铜的血清蛋白和含钒的血钒蛋白等。

这些天然的载氧体结构复杂，很早就被发现。

在一些比较简单的无机配合物中也观察到类似的现象，这些简单的无机合物已广泛地被作用研究载氧体的模拟化合物。

其中研究得最多的是钴的配合物。

如双水杨缩乙二胺合钴［Co（Ⅱ）Salen］（见图5-1）。

图5-1[Co（Ⅱ）Salen]配合物图5-2[Co（Ⅱ）Salen]结构

从钴配合物的载氧化作用研究中发现，它们与氧的结合可以有两种不同的类型：

由于配体L的性质、反应温度、使用溶剂等条件的不同，Co与O2的摩尔数比可以是1∶1或2∶1。

本实验以[Co（Ⅱ）Salen]为例来观测配合物的吸氧和放氧作用。

[Co（Ⅱ）Salen]配合物由于制备条件的不同可以有两种不同的固体形态存在（见图5-2），一种是棕褐色粘状产物（活性型），在室温下能迅速吸收氧气；

另一种是暗红色晶体（非活性型），在室温下稳定，不吸收氧气。

由图5.2可见，活性型[Co（Ⅱ）Salen]配合物是一个双聚体，其中一个[Co（Ⅱ）Salen]分子中的Co原子和另一个分子中的Co原子相结合；

非活性型[Co（Ⅱ）Salen]配合物也是一个双聚体，它是一个[Co（Ⅱ）Salen]分子中的Co原子与另一个分子中的O原子相结合。

活性型[Co（Ⅱ）Salen]配合物在室温能吸收氧气，在较高温度下放出氧气，这种循环作用可以进行多次，但载氧能力随着循环的进行而不断降低。

非活性的[Co（Ⅱ）Salen]配合物在某些溶液剂（L）中，例如二甲亚砜（DMSO）、二甲基甲酰胺（DMF）、吡啶（Py）等，能与溶剂配位而成活性型，后者能迅速吸氧气而形成一种2:

1的加合物（[Co（Ⅱ）Salen]），其结构为：

在DMF溶剂中所形成的氧加合物[Co（Ⅱ）Salen]2（DMF）2O2是细颗粒状的暗褐色沉淀，不易过滤，可用离心分离法得到暗褐色沉淀，加合物中Co和O的摩尔数比可用气体容积测量法测定。

当给[Co（Ⅱ）Salen]2（DMF）2O2加合物中加进弱电子给予体氯仿或苯后，加合物将慢慢溶解，不断放出细小的氧气流，并产生暗红色的[Co（Ⅱ）Salen]溶液。

1．仪器

制备装置（见图5-3）吸氧装置（见图5-4）

图5-3制备装置图5-4吸氧装置

1三颈瓶2搅拌器3冷凝管1磁力搅拌器2带支管三角烧瓶4水浴5水封3常压分液漏斗4三通活塞5带刻度U形管

2．非活性型[Co（Ⅱ）Salen]的制备

在制备装置图5.3的250mL三颈瓶中注入80mL95%乙醇，再注入1.6mL水杨醛。

在搅拌情况下，注入0.7mL70%（或0.5mL99%）乙二胺，让其反应4～5min。

此时生成亮黄色的双水杨缩乙二胺片状晶体。

然后向三颈瓶中通入氮气赶尽装置中的空气，再调节氮气流使速度稳定在每秒1～2个气泡。

这时让冷却水进入冷凝管，并开始加热水浴使温度保持70～80℃。

溶解1.9g醋酸钴于15mL热水中，在亮黄色片状晶体全部溶解后，把醋酸钴溶液迅速倒入三颈瓶中，立即生成棕色的胶状沉淀，在70～80℃时搅动40～50min，在这段时间内棕色沉淀慢慢转为暗红色晶体。

移去水浴用冷水冷却反应瓶，再中止氮气流。

抽滤晶体，用5mL水洗涤三次，然后用5mL95%乙醇洗涤。

在真空干燥器中干燥（或红外灯烘干）产品，最后称重并计算产率。

3.［Co（Ⅱ）Salen］配合物的吸氧测定

首先检查吸氧装置（图5.4）是否漏气。

关闭6，旋转三通活塞4使2、3与U形管5相通，向U形管敞口的一边加入少量水,使其左右有一液面差。

如果U形管中的液面仅在开始时稍有下移，以后即维持恒定，这表明装置不漏气；

如果液面继续下降则表明装置漏气。

这时应检查各接口处是否密闭，经检查和调整后，再重复试验，直到不漏气为止。

准确称取0.05～0.1g的［Co（Ⅱ）Salen］配合物，放入2中，并放入磁子。

然后量取5～8mLDMF（或DMSO）放入3中，注意此时不能让DMF进入2中。

旋转三通活塞4使O2进入3、2中，赶去装置中的空气并使整个装置中充满氧气，气体从6处放出，约几分钟后，关闭O2，并夹紧6。

这时旋转4使2、3与5相通，调节7使两液面在同一水平，这时装置内的压力与大气压力相等，读出和体系相连一端U形管中液面的刻度。

打开活塞2使DMF流入2中，并同时开启磁力搅拌器1，一直到U形管中液面不再明显变化为止（约20～30min），这时给U型管中加水，使两液面相平，读取读数，此读数与第一次读数之差即为吸氧体积。

平行测量三次，每次三角瓶2必须干燥。

读取此时的温度和大气压。

4.加合物在氯仿中反应的观察

把上面的气体测量的氧加合物[Co（Ⅱ）Salen]2（DMF）2O2转移到两个离心管中，使这两个离心管保持重量平衡，然后在离心机上离心分离使沉淀沉积在离心管底部，小心除去上层溶液，得到暗褐色的加合物固体保留在离心管底部，沿管壁慢慢注入3mL氯仿，不要摇动或搅动，细心观察管内所发生的现象。

1.[Co（Ⅱ）Salen]的制备中，通入氮气的气量不要太大；

2.装置不能漏气。

1.［Co（Ⅱ）Salen］配合物的吸氧体积

2.计算［Co（Ⅱ）Salen］的产率

3.O:

[Co（Ⅱ）Salen]物质的量之比的计算

[Co（Ⅱ）Salen]的物质的量n1：

式中，W为[Co（Ⅱ）Salen]配合物的质量，M为[Co（Ⅱ）Salen]的摩尔质量（325）。

O2的物质的量n2：