有机化学试验上.docx

1、有机化学试验上實驗一 間-硝基苯甲醛還原反應(Reduction of m-Nitrobenzaldehyde)1、 目的： 利用硼氫化鈉（Sodium borohydride，NaBH4）進行還原反應，由產物得知是醛基或硝基被還原，或是同時被還原。2、 原理： 硼氫化鈉，是在1943年被發明，它的還原性較LiAlH4弱，但是有更多的選擇性，可選擇還原醛、酮和其他的官能基。3、 試劑反應物與產物之物理性質： M.MgmLmmolmp. ()bp. ()間-硝基苯甲醛1510.151.9758164甲醇322.00-97.864.5氫氧化鈉403181390 4、 注意事項1. 硼氫化鈉易燃，在

2、潮濕空氣中易分解。2. 抽甲醇時要儘量完全，因為產物會在甲醇/水的溶液中溶解。5、 實驗步驟1. 用15-mL的錐形瓶，將0.15 g間-硝基苯甲醛溶於2 mL甲醇中。2. 配製硼氫化鈉溶液：將0.05 g 硼氫化鈉溶於0.1%氫氧化鈉溶液。3. 將溫度計放入反應物中，置於冰浴內，慢慢滴入硼氫溶液，並使反應溫度保持在18-25。4. 當加入更多的硼氫溶液卻無法使溫度上升時，表示反應可能已經完成。5. 反應完成後，利用旋轉濃縮機抽乾甲醇。6. 以2.5 mL的水和1 mL的乙醚混合液萃取出產物。7. 分離出有機層後，加入無水硫酸鎂乾燥。8. 以溫水浴將乙醚除去。9. 計算產率並秤重。七、實驗前測

3、驗題 :1. 硼氫化鈉較難還原何種官能基？ （1）醛類（2）酮類（3）酯類2. 硼氫化鈉於何時被發明出來？ （1）1943（2）1950（3）19473. 下列何者非還原劑？ （1）硼氫化鈉（2）氫氣 （3）過錳酸鉀6、 實驗後習題1. 寫出其還原之反應機構。2. 此實驗中何者官能基會被硼氫化鈉還原？(1) 醛基 (2) 硝基 (3) 苯環3. 當你希望將間-硝基苯甲醛中的硝基和醛基同時還原，需要加入何種還原劑。(1) 硼氫化鈉 (2) LiAlH4 (3) 過錳酸鉀實驗二 自身氧化還原反應 (Cannizzaro Reaction)一、目的：本實驗是學習如何利用醛類化合物，在強鹼條件下。同時

4、進行氧化、還原反應，而分別得到酸及醇類化合物。二、原理：一個缺少-H的醛類化合物，在強鹼的反應條件下，會進行自身氧化還原反應。 而得到分別為酸及醇類化合物。其反應式如下：三、試劑反應物和產物之物理性質：M.MmgmLmp. ()bp. ()d(g/mL)對-氯苯甲醛140.510044214甲醇32.041-97.864.50.79氫氧化鉀56.11120二氯甲烷 84.94421.32三、注意事項：1. 在萃取時，注意不要讓有機溶劑濺到身體。2. 利用鹽酸進行酸化時，請慢慢逐滴加入。四、實驗步驟：1、稱取0.12 g之氫氧化鉀溶於0.5 mL水，並冷卻至室溫。2、將氫氧化鉀和對-氯苯甲醛溶液

5、混合，攪拌至完全溶解。3、利用迴流裝置，加熱至迴流，約1015分鐘。4、讓反應物冷卻，並用3 mL之水來溶解產生之固體。5、加入3 mL之二氯甲烷進行萃取，再用滴管小心將水溶液吸至另一試管中。6、重複萃取水溶液並收集有機層。7、收集之有機層溶液，加入無水硫酸鎂乾燥，再用抽氣過濾法進行過濾，取濾液。用旋轉濃縮儀濃縮而得產物A。8、取出先前之水層溶液，加入0.5 mL之濃鹽酸進行酸化。（1）將其置於冰浴中進行再結晶，再用抽氣過濾，可得產物B。（2）判斷A、B分別為何產物，並計算A、B之產率。五、實驗前問題：1、Cannizzaro Reaction是在何種條件下進行反應？（1）酸（2）鹼（3）中性

6、2、在此實驗中醛類氧化得到何種產物？（1）醇（2）酸（3）炔3、在此實驗中醛類還原得到何種產物？（1）醇（2）酸（3）炔六、實驗後習題 :：1、自身氧化還原反應之反應條件為何？(1) 醛 (2) 酮 (3) 酸 類化合物在強鹼條件下進行。2、下列何者會產生 Cannizzaro Reaction ？(1) (2) 3、請畫出間-氯化甲醛在鹼性條件下進行自身氧化還原反應之反應機構。實驗三 利用醇醛縮合反應製備黃酮 ( Preparation of Chalcone by Aldol Condensation)1、 目的： 本實驗是學習如何利用醇醛縮合 ( Aldol condensation )

7、 的反應，來進行 含有醛和酮分子之碳鏈架構的延伸。2、 原理： 醇醛縮合是含有醛和酮分子之間的縮合反應，而產生新的碳-碳鏈。以乙醯苯 ( acetonphenone ) 和苯甲醛 ( Benzaldehye ) 為例，在鹼性條件下，可得到黃酮 ( Chalcone ) 之產物。三、試劑反應物和產物之物理性質：M.MmLmp. ()bp. ()d(g/mL)乙醯苯120.150.2519.7201.71.03苯甲醛106.120.2-561781.04乙醇46.071.5780.793 M 氫氧化鈉24、 注意事項： 1、 苯甲醛具杏仁味，極具刺激性，取用時須在抽風櫃中操作。 2、 結晶可以加入

8、少許黃酮之晶種或用玻棒輕刮瓶壁幫助再結晶。五、實驗步驟：1 在一個15-mL之錐形瓶中混合4 mL 3M之氫氧化鈉溶液，2.5 mL 95%之乙醇和0.25 mL之乙醯苯。 2 以冰浴冷卻混合液，並且於搖動時加入0.2 mL之苯甲醛，使混合物回升到室溫，並且偶而搖晃之。3 於12小時之後，即有黃色之油狀物分離出，它將有助於導出結晶。4 將錐形瓶置於冰浴中進行再結晶，直到結晶完全。5 再利用抽氣過濾收集結晶物，此為粗產物。6 再以適量95 %乙醇作為溶劑做再結晶。7 測晶體之mp.。六、實驗前測驗題：1. 醇醛縮合是利用含有醛和何種官能基的化合物來進行碳鏈架構的延伸？ （1）酮（2）醇（3）烯

9、2.本實驗是在何種條件下進行醇醛縮合？（1）酸（2）鹼（3）中性 3.在此實驗是用何種溶液進行再結晶？（1）乙醇（2）水（3）丙酮 4.醇醛縮合後的產物為? (1) 酮類 (2) 酸類 (3)醚類 5.以兩個不同的醛類(具有-H)進行縮合反應會產生幾種產物? (1) 2 (2) 3 (3) 4 6.以下哪種醛類無法進行此反應? (1) 甲醛 (2) 乙醛 (3) 丙醛七、實驗後習題：1. 醇醛縮合的反應機構為何？2. 請寫出丙酮和乙醛縮合後的產物(1) (2) (3) 3. 如何分辨甲醛及丙醛?(1) 自身氧化還原反應 (2) 醇醛縮合反應 (3) 以上皆是實驗四 苯胺與黃酮的加成反應(Add

10、ition Reaction of Aniline and Chalcone)1、 目的： 學習如何以加成反應來進行擴環或延伸碳鏈的反應。2、 原理： 由於黃酮 ( Chalcone ) 這類親電子化合物 ( electrophile ) 同具酮和烯之官能基。因此，選用不同的親核性化合物 ( nucleophile ) 進行加成反應時，會有 1,2 加成（1,2 addtion）或 1,4 加成，兩種不同的反應路徑。一般而言可將親核性化合物分為兩種： (1) hard nucleophile：電子雲密度較集中之親核性化合物，在此類反應中容易進行1,2 加成。(2) soft nucleophi

11、le：電子雲密度較分散之親核性化合物，在此類反應中容易進行1,4 加成。在此苯胺 ( Aniline ) 為soft nucleophile，故會和黃酮進行1,4 加成。3、 試劑反應物和產物之物理性質：M.MmgmLmmolmp. ()bp. ()d(g/ mL)黃酮208.261251.205557347苯胺930.1-6.2184.41.023乙醇465-117780,79四、實驗步驟：1、溶解0.125 g黃酮 於5 mL 95%的乙醇中。2、加入0.1 mL的苯胺，搖晃至成均勻溶液，靜置一週，使其生成結晶。3、將其過濾，收集晶體。乾燥，並測 mp.。五、實驗前測驗題：1、如何去判斷親

12、和性化合物為hard或soft nucleophile，可從何種性質來決定？（1）分子大小（2）電子雲密度（3）nucleophilicity強弱2、在本實驗中苯胺會和黃酮進行何種反應？（1）1,2 加成（2）1,3 加成 （3）1,4 加成3、我們常使用的格林納試劑是進行何種加成反應?(RMgX)（1）1,2 加成（2）1,3 加成（3）1,4 加成4、我們常使用的有機銅試劑是進行何種加成反應?（1）1,2 加成（2）1,3 加成（3）1,4 加成5、當醛類和格林納試劑作用後，再經水解會產生何種產物? （1）醇類（2）醚類（3）酸類六、實驗後習題 :：1、苯胺會和黃酮進行加成反應之反應機構。

13、2、為何苯胺為soft nucleophile ？ (1) 電子雲密度較分散 (2) 電子雲密度較集中 (3) 與電子雲無關 3、下列何種hard nucleophile？ (1)苯胺 (2) 氟離子 4、下列何種soft nucleophile？ (1) 苯胺 (2) 氟離子 實驗五 黃酮之環氧化反應(The Epoxidation Reaction of Chalcone)1、 目的： 學習如何以過氧化物來進行環氧化反應。2、 原理： 由於雙氧水 ( H2O2 ) 這類過氧化合物會和具有烯基之化合物，進行加成反應。而在雙鍵的位置上形成一個三圓環的環氧化合物。因此常被應用在天然物合成上。 因

14、此，以雙氧水來和黃酮 (Chalcone) 反應，可在其C3和C4的雙鍵形成了一個環氧化合物。3、 試劑反應物和產物之物理性質：M.MmgmLmmolmp. ()bp. ()d(g/ mL)黃酮208.261000.965557347雙氧水340.2-331081.13乙醇462.5-117780.794、 實驗步驟：1. 將0.1 g之黃酮置於25-mL的錐形瓶中。2. 再加入2.5 mL的乙醇和0.2 mL 35%的雙氧水溶液，搖晃此溶液，使其混合均勻。3.緩緩滴入0.25 mL 5%氫氧化鈉水溶液，冷卻此混合液保持溫度不超過30oC。待其結晶生成。4.將其過濾，並以少量的乙醇洗結晶。將結

15、晶乾燥，並測其mp.。5、 實驗前測驗題：1. 雙氧水這類過氧化合物，會和具何種官能基之化合物進行環氧化反應？（1）烯（2）炔（3）醛2. 以雙氧水這類過氧化合物來進行環氧化反應時，可得到幾元環之化合物？(1）3（2）4（3）5元環3. 以雙氧水這類過氧化合物來進行環氧化反應時，會在哪裡形成一個三元環的環氧化合物？(1)碳碳雙鍵 (2)碳氧雙鍵 (3)均會形成4. 除了雙氧水外，還有何種試劑亦常用於製備環氧化產物? (1) mCPBA (2) 過錳酸鉀 (3) 鉻酸 5. 此反應的再結晶溶液為? (1) 乙醇 (2) 丙酮 (3) 乙酸乙酯6、 實驗後習題：1. 請寫出以雙氧水來和黃酮反應之反

16、應機構。2. 請寫出下列反應式之可能產物。3. 下列何者為mCPBA的結構式(1) (2) (3) 實驗六 苯甲醯基衍生物的醯化反應(Acylation with Benzoyl Derivatives)1、 目 的： 學習如何利用取代反應來進行官能基之置換。二、原 理：氯化苯甲醯雖然是一個很好的Acylating agent，卻也是一個具有毒性的化合物。因此，在此利用pyridine和氯化苯甲醯來進行取代反應，來將其製備成一較為安全且方便處理的Acylating agent。在和醇類進行反應。 三、試劑反應物和產物之物理性質：(A)M.MmgmLmmolmp. ()bp. ()d(g/ mL

17、)氯化苯甲醯140.52.0-0.5197.21.21吡啶790.8-94.3115.50.98丙酮58.06-94.356.10.79石油醚 -732075 濕的丙酮 (2 ml 丙酮 25 ml 水)(B)M.MmgmLmmolmp. ()bp. ()對硝基苯甲醛171.5872113乙醚74-116.234.5碳酸氫鈉83270四、實驗步驟：（A） 以氯化苯甲醯來製備Acylating agent1. 將2 ml氯化苯甲醯與0.8 ml乾燥之pyridine混合，置於25ml錐形瓶中，並加入2ml的acetone 。2. 緩緩滴入1 ml wet acetone，並加以搖晃。此為放熱反應

18、，將其置於冰水浴中降溫。3. 當其不再放熱時，將之充分搖晃（影響產率）。再靜置10分鐘。4. 將stepe 3倒入含有5 ml conc HCl / ice 10 g燒杯中，並以HCl重覆清洗錐形瓶中之殘餘化合物。若無白色沈澱發生，可能HCl濃度不足。5. 將其置於冰浴中至固體生成，過濾收集固體。並用冰水清洗固體。6. 以20 ml熱石油醚溶解過濾物（以溫水浴加熱）。7. 加入無水硫酸鎂乾燥，並快速將其過濾取濾液，於冰浴中進行再結晶，收集晶體並測其mp值。 (B) Acylation of Alcohol1.取等莫耳數之p-nitrobenzyl acohol及Part A所製備之Acylat

19、ing agent置於試管中。2.加入少量之pyridin（可溶固體之量即可），再以熱水浴加熱10分鐘。3.待其冷卻，加入15 ml的乙醚。並以20 ml稀鹽酸水溶液分兩次萃取，將水層去除。此目的為了將pyridin去除。4.再分別以水和碳酸氫鈉溶液，及飽和食鹽水各20 ml進行中和，有機層以無水硫酸鎂乾燥過濾。並進行再結晶計算其產率及mp值。5、 注意事項：1. 氯化苯甲醯和pyridin具毒性，吸入對人體有害。取用時需在抽氣櫃中進行。2. 石油醚極具揮發性取用時要小心，不可以火焰直接加熱。6、 實驗前問題：1. 氯化苯甲醯為一個很好的Acylating agent，為何還要將其製備成另一種

20、Acylating agent？（1） 氯化苯甲醯具毒性（2）氯化苯甲醯不易溶解2. pyridine和氯化苯甲醯來進行反應時為何種反應1. 吸熱（2）放熱（3）脫去反應3. 以HCl去洗產物時，若無白色沈澱物生成時其原因為何？（1） HCl過量（2）HCl不足（3）反應不完全 4. 進行alcohol之acylation時，加入HCl是為了去除何種試劑？ （1）p-nitrobenzyl alcohol（2）benzoyl chloride（3）pyridine5. 在進行alcohol之acylation時，最終是以何種試劑進行中和？ （1）碳酸氫鈉水溶液（2）NaOH 水溶液（3）水6.

21、 為何石油醚須以溫水隔水加熱，不可直接加熱？ （1）加熱會分解（2）極具揮發性（3）具爆炸性七、問題與討論：1. 請畫出pyridine和氯化苯甲醯來進行取代反應之反應機構。2. 請寫出Part B中p-nitrobenzyl alcohol進行acylation之產物與反應機構。3. 在Part A中，以熱石油醚溶解過濾物之後。過濾時為何要快速過濾？實驗七 狄爾斯-阿爾德反應(The Diels-Alder Reaction)一、目 的：本實驗是學習如何利用一共軛雙烯和包含烯或炔的分子反應，進行 4+ 2 環化加成而形成不飽和之6圓環產物，此過程稱為狄爾斯-阿爾德反應( Diels-Alde

22、r Reaction)。二、Diels-Alder Reaction的應用：由於具有不同官能基之共軛雙烯和含有烯、炔之二烯錯合體 ( dienophile ) 化合物進行狄爾斯-阿爾德反應時，可得一6圓環產物。故在天然物合成上常被應用來進行擴環的步驟。三、原 理： 以共軛雙烯之呋喃 ( furan ) 和二烯錯合體 ( dienophile ) 順-丁烯二酸酐( maleic anhydride ) 反應為例，進行 4+2 環化加成反應時。產物在二烯錯合體 ( dienophile ) 環系上，可能有相對於呋喃上的氧原子有反式或順式之結構。而在此反應中反式較為有利。三、試劑反應物和產物之物理性

23、質：M.MmgmLmmolmp. ()bp. ()d (g/mL)呋喃680.11.38-8631.40.938順-丁烯二酸酐1001251.2553200乙酸乙酯850.4-83.6770.90四、實驗步驟：1、稱取125 mg順-丁烯二酸酐置於錐形試瓶中，再加入0.4 mL乙酸乙酯，置於溫水浴將其溶解。2、再小心加入0.1 mL之呋喃於錐形試瓶中，並加熱迴流15分鐘。3、待冷卻後卸下迴流裝置，靜至室溫待結晶，隔一星期收結晶。4、收集白色針狀結晶物，測mp.。五、實驗前測驗題：1、在此狄爾斯-阿爾德反應中何者為共軛雙烯化合物？（1）呋喃（2）順-丁烯二酸酐（3）乙酸乙酯2、狄爾斯-阿爾德反應

24、為何類型之環化加成反應？（1）22（2）42（3）333、進行狄爾斯-阿爾德反應時，所得產物為幾元環？ （1）5圓環（2）4圓環（3）6圓環 4、在天物合成上常利用狄爾斯-阿爾德反應來進行何步驟？ （1）擴環（2）取代（3）還原六、實驗後習題： 1.說明狄爾斯-阿爾德反應之反應機構。 2.此反應中對於Furan上的氧原子而言，是以何種結構為其主要產物？ (1) 反式 (2) 順式(3) 以上皆是 (4) 以上皆非。 3. 下列何者為上述反應式之主要產物？實驗八 氧化作用-利用環己醇製備環己酮(Oxidation Preperation of cyclohexanone from cyclohe

25、xanol)一、目 的： 本實驗是學習如何利用氧化劑重鉻酸鉀來進行醇類的氧化反應。二、原 理： 醇類的氧化反應醇類氧化物依氧化程度而產生醛類、酮類及羧酸類，一般有機化合物的氧化反應所採用的強氧化劑為過猛酸鉀及重鉻酸鉀。 三、試劑反應物與產物的物理性質 M.MmgmLmmolmp. ()bp. ()環已醇1000.2523.9161.5環已酮98154156鉻酸鹽262100356.7濃硫酸9810.46338硫酸鎂246.49乙醚74-116.334.6四、注意事項實驗中所取用的濃硫酸需小心取用。五、實驗步驟 1. 製備鉻酸溶液取一125-mL之錐形瓶，將1g重鉻酸鉀溶於3mL水中，再緩慢加入

26、1mL的濃硫酸（此為放熱反應），待其冷卻至室溫為一橙紅色溶液。（Cr2O7：Alcohol1.2：1 ；Cr2O7：硫酸1：3.25 ）2. 另一125-mL之錐形瓶，至入0.25 mL之環己醇與0.5 mL的水，加入1mL鉻酸溶液，搖動使其反應完全，兩分鐘內溶液會變色，溫度由室溫上升至68左右，此時繼續加入剩餘的氧化劑，使其反應完全。3. 待反應物冷卻至室溫後，利用蒸餾法分離出產物。4. 計算產率。六、實驗前預習題1.下列何者是氧化劑？ （1）硼氫化鈉 （2）重鉻酸鉀（3）甲醇2.使用重鉻酸鉀將一級醇氧化會產生？ （1）醛（2）酮（3）酸（4）無反應3.使用重鉻酸鉀將二級醇氧化會產生？ （1

27、）醛（2）酮（3）酸（4）無反應4.使用重鉻酸鉀將三級醇氧化會產生？ （1）醛（2）酮（3）酸（4）無反應7、 實驗後習題 1、鉻酸溶液冷卻至室溫的顏色為何？(1) 橙紅色 (2) 黃色 (3) 藍色。 2、氧化反應是（1）失去電子（2）得到電子（3）無得失電子。 3、氧化劑重鉻酸鉀中的鉻的價數為何？(1) +2 (2) +4(3) +6。實驗九 縮胺脲之合成( Semicarbazone Formation) 一、目 的： 學習胺類的縮合反應二、原 理： 三、試劑反應物與產物的物理性質 M.MgmLmmolmp. ()bp. ()環已酮980.2154156醋酸鈉700.34.2958氫氯化胺脲111.530.21.79175177呋喃甲醛96.030.1-38.5160161四、注意事項1、呋喃甲醛惡化很快，所以實驗時之呋喃甲醛必須是最近準備的。2、可用IR，TLC等測試產物之純度。五、實驗步驟 1、環己酮縮胺脲之製備（1）準備0.3 g的醋酸納和0.2 g的氫氯化胺於錐形瓶中，並加入5mL水。（2）加入0.2 mL的環己酮。（3）將錐形瓶蓋上蓋子，然後不斷的搖晃10分鐘。（4）過濾結晶，並用少量冷水