鄒碧群 張業(yè)
【摘要】介紹了8-羥基喹啉微型化合成方法,即在濃硫酸作用下,使甘油脫水生成丙烯醛,并使鄰氨基酚與丙烯醛的加成物脫水成環(huán),硝基酚氧化下,合成了8-羥基喹啉。實驗結果表明,在超聲波輔助下,以濃硫酸作為脫水劑,硝基酚作為氧化劑,合成8-羥基喹啉達到反應終點時間僅為18 min,收率為87.5%,有效地提高了實驗效率。
【關鍵詞】8-羥基喹啉 合成 微型制備
【基金項目】廣西高校中青年教師基礎能力提升項目 (KY2016YB595)資助。
【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2017)13-0189-01
近年來迅速發(fā)展起了微型化學實驗方法[1,2],微型化學實驗具有這樣的優(yōu)點:節(jié)約藥品、減少環(huán)境污染、減少實驗時間、方便攜帶,這可使學生建立起嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和綠色化學的實驗理念,因此倍受從事有機化學教學人員的高度重視。
8-羥基喹啉為淡黃色或白色針狀晶體,是一類重要的喹啉衍生物,具有良好的生物活性,是農(nóng)藥和染料的中間體,可作為防腐劑、酚醛樹脂和雙氧水的穩(wěn)定劑,在冶煉工業(yè)和分析化學中的金屬元素分析、光度分析和金屬防腐等方面有廣泛應用[3]?!?-羥基喹啉的制備》是有機化學實驗的典型實驗之一[4],以傳統(tǒng)的合成方法制備8-羥基喹啉具有反應時間長、藥品用量大、對環(huán)境的污染較大等缺點,因此,本文對8-羥基喹啉的制備進行微型化,以新理念、新方法探討《8-羥基喹啉的制備》的實驗方法和教學理念,為同類的有機化學合成實驗教學提供一些指導意義。
一、實驗部分
(一)實驗原理
以鄰氨基苯酚為起始原料,在超聲波輔助下,合成了目標產(chǎn)物8-羥基喹啉,合成路線詳見圖1。
(二)實驗儀器與藥品
KQ5200-B型超聲波清洗機(鄭州南北儀器設備有限公司);微型實驗儀器一套(云南大學研制);鄰氨基苯酚(AR),鄰硝基苯酚(AR);無水甘油(AR);濃硫酸(AR)。
(三)實驗步驟
1. 8-羥基喹啉的合成
在10 mL三頸燒瓶中加入0.18 g(0.0013 mol)鄰硝基苯酚,0.28 g(0.0026 mol)鄰氨基苯酚、0.75 mL甘油,在超聲波震蕩下使之混勻,并緩慢滴入0.45 mL濃硫酸,冷卻后,裝上微型冷凝回流管,超聲波輔助下反應2 min后,靜置1 min,繼續(xù)超聲輔助并加熱反應15 min,冷卻后,加入1.5 mL水充分搖勻,進行簡易水蒸氣蒸餾,除去未反應的鄰硝基苯酚,當餾分由淺黃變?yōu)闊o色時停止蒸餾,冷卻,冰浴條件攪拌下慢慢滴加0.7 mL氫氧化鈉(質量比1:1)溶液,再用飽和碳酸氫鈉調節(jié)溶液呈中性,接著用水蒸氣蒸餾法將8-羥基喹啉蒸出,當餾分冷卻后進行抽濾、洗滌,即可得到0.34 g粗產(chǎn)物。
2.粗產(chǎn)品的重結晶
將上述粗產(chǎn)品和1粒沸石加到2 mL的圓底瓶中,再加入0. 7 mL乙醇(4:1) 水溶液,裝上微型回流冰凝管,加熱至85℃回流并使粗產(chǎn)品完全溶解,得一無色透明溶液。提前用棉花將一支塑料滴管口塞好,且擠壓出氣體,當停止加熱時趁熱將其插入溶液中吸濾。 冷卻結晶后,輕輕敲擊滴管底部,析出的晶體就會往底部沉降,將滴管的細頸部分剪去,并將上層清液吸掉除去。再用1~2 滴純凈水洗滌晶體,除去水分。取出晶體并在濾紙上擠壓、烘干,得產(chǎn)品約0. 32 g。
二、結果與討論
(一)超聲波輔助的微型化實驗和常規(guī)回流實驗相比較
與常規(guī)回流實驗相比,超聲波輔助的微型實驗大大減少了試劑用量,同時反應時間也大大的縮短了,常規(guī)回流反應時間要1.5 h,而在超聲波輔助下,反應時間僅為18 min;同時還提高了產(chǎn)率,具體結果列于表1中。分析表1可知,用超聲波輔助方法合成8-羥基喹啉可以大大節(jié)約時間,減少實驗經(jīng)費,減少污染,同時微型實驗對學生進行規(guī)范操作也提出了更高、更嚴的要求,有利于學生養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度,并用綠色化學的實驗理念進行規(guī)范操作。
(二)微型化重結晶的改進
在微型化實驗中,安培法重結晶是過去比較常用的方法,由于安培瓶的制作比較麻煩,而且吸濾過程中容易受冷,一次吸濾不完,還要再次加熱,還會使產(chǎn)品結晶,導致?lián)p失,故此我們采用塑料滴管代替安培瓶進行吸率,操作迅速方便。
(三)注意事項
(1)實驗加料順序必須按照指定的順序加入,如果濃硫酸先加入,反應會很激烈,難以控制。
(2)本實驗所有反應試劑均為分析純,尤其是甘油,其含水量必須低于5%,否則會影響產(chǎn)率,故此甘油最好是新制備的。
三、結論
本文探討了超聲波輔助下微型制備8-羥基喹啉的方法,即在濃硫酸脫水作用下,以鄰氨基苯酚為原料,在超聲波輔助下反應得到粗產(chǎn)品,并用改進的微型化重結晶法提純產(chǎn)品,使8-羥基喹啉的產(chǎn)率由55%提高到了87.5%。實驗結果表明,試劑用量減少后,實驗經(jīng)費得到節(jié)約、實驗時間相應的縮短、污染也減少了,并且提高了產(chǎn)量,從而有效地使實驗效率得到了提高。
參考文獻:
[1]周寧懷,王德琳. 北京: 科學出版社, 1999.
[2]黃忠京.廣西民族大學學報:自然科學版, 2007, 13 (2): 106-108.
[3]張珍明,李樹安,葛洪玉.8-羥基喹啉制備技術進展[J].廣州化學,2007,6.
[4]華南師范大學,東北師范大學,蘇州大,廣西師范大學,上海師范大學合編. 有機化學實驗[M].北京:高等教育出版社,2014.
作者簡介:
鄒碧群(1982-),女, 廣西賀州市人,碩士,主要從事藥物合成的教研工作。
張業(yè)(1981-),男,廣西貴港人,碩士,桂林師范高等??茖W校教授,主要從事藥物化學教研工作。