周曉玉,陳 霞

(六盤水師范學院 化學與材料工程學院,貴州 六盤水 553004)

“科教融合，育未來科學人”的戰(zhàn)略在高校創(chuàng)新人才的培養(yǎng)中發(fā)揮著至關重要的作用[1]。將科研成果轉化為教學資源是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和啟迪專業(yè)思維的一種有效途徑，是實現(xiàn)科教融合的關鍵[2]。在科研反哺教學的指導思想下，持續(xù)深化本科教學改革，每一位教育工作者都應該盡自己的綿薄之力，為教育事業(yè)的進步和民族復興的偉大戰(zhàn)略做出努力[3-7]。

有機化學實驗教學中，缺乏新型的、實用性強的合成實驗項目。目前，酯類化合物的制備實驗主要采用的方法是羧酸及其衍生物和醇、酚在強酸的催化下合成相應的羧酸酯，實驗項目簡單、陳舊，不能夠體現(xiàn)現(xiàn)代有機合成的趨勢。教學團隊將科研成果引入實驗教學課堂，開發(fā)了具有前沿性、實用性的“乙酸苯酯的制備”實驗項目。

1 設計思路

酯類化合物常以乙酸酐、乙酰氯、乙酸和醇發(fā)生酯化反應制備，但羧酸芳基酯的制備相對較困難[8-15]。乙酸苯酯是重要的藥物中間體，它可以轉化為鄰羥基苯乙酮和對羥基苯乙酮的混合物，可以治療黃疸型肝炎、膽囊炎等疾病[15]。為了增加實驗項目的實用性，教學團隊以乙酸苯酯的合成方法進行研究。

根據(jù)“堿催化羧酸芳基酯制備”的科研成果[16]，經(jīng)實驗可操作性和安全性驗證后，并進一步設計使其可作為本科實驗教學項目。通過將科學研究成果與教學有機的結合，有效促進學生專業(yè)思想的建立，提升學生的專業(yè)自豪感，同時激勵教師對教育事業(yè)的熱愛，教學相長，從而提高實驗教學效果。

2 實驗研究與結果

2.1 實驗原理

酸酐、酰鹵、羧酸可以與醇或酚發(fā)生酯化反應，獲得相應的酯類化合物，但常伴隨副產(chǎn)物的產(chǎn)生。其中，酸酐和酰鹵的活性較高，官能團兼容性較差；羧酸反應活性相對較低，一般需要濃硫酸等強酸為催化劑，且只適用于醇的酯化，不能通過羧酸與酚反應制備羧酸芳基酯。

在碳酸鈉的催化作用下，以乙腈作為溶劑，苯酚與羧酸乙烯酯在加熱回流的條件可以合成乙酸苯酯，如圖1。

圖1 合成乙酸苯酯的反應方程式

為了提高乙酸苯酯的產(chǎn)率，反應可以通過加入過量乙酸乙烯酯或適當延長反應時間來促進酚完全反應。

2.2 實驗研究

2.2.1 條件優(yōu)化與結果

綜合經(jīng)濟性、實驗項目可操作性、安全性等因素，結合科研所取得的結果，選擇苯酚為基礎原料、以乙酸乙烯酯為?；噭?，進行實驗項目開發(fā)。

首先對催化劑進行了優(yōu)化，見表1。在催化劑優(yōu)化過程中發(fā)現(xiàn)，無催化劑存在條件下，苯酚與乙酸乙烯酯不能發(fā)生酯化反應。隨后，分別對甲酸鈉、三乙胺、碳酸鉀、碳酸鈉及其用量進行了考察，結果表明，碳酸鈉是最佳的催化劑。經(jīng)對碳酸鈉用量考察發(fā)現(xiàn)，碳酸鈉摩爾分數(shù)20%是最佳催化劑用量。

表1 催化劑優(yōu)化

在確定最佳催化劑的基礎上，開展溶劑條件優(yōu)化，見表2。研究發(fā)現(xiàn)，甲苯、1,4-二氧六環(huán)、乙醇、四氫呋喃等溶劑中，反應產(chǎn)率均有不同程度降低，因此乙腈是此反應的最佳溶劑。

表2 溶劑優(yōu)化

2.2.2 實驗步驟

經(jīng)反應條件優(yōu)化和多次實驗驗證，確定了由苯酚和乙酸乙烯酯制備乙酸苯酯的操作條件和步驟。

(1)合成乙酸苯酯的步驟

①室溫下，向干燥的50 mL圓底燒瓶中加入苯酚0.38g、乙腈30mL和碳酸鈉0.09g，組裝回流裝置，在加熱型磁力攪拌器中回流4h左右。

②用薄層層析色譜監(jiān)測反應情況(并記錄原料和產(chǎn)物的Rf值，并分析是否存在副產(chǎn)物)，盡量控制苯酚完全反應。

③反應結束，撤掉加熱裝置，冷卻至室溫。

(2)后處理過程

①將反應液轉移至干燥的100mL圓底燒瓶中，加入硅膠(100-200目)1.0～2.0g后，用旋轉蒸發(fā)儀濃縮至干。

②用柱層析法分離產(chǎn)物：濕法裝柱，干法裝樣，柱層析硅膠用量10-15g，洗脫劑為石油醚/乙酸乙酯。用薄層層析色譜分析和判斷洗脫過程，并依次接收洗脫液。

③將產(chǎn)物溶液合并于另一個干燥的50 mL的圓底燒瓶中，用旋轉蒸發(fā)儀濃縮后，真空干燥。

④干燥完全后，稱重，計算反應產(chǎn)率。

2.3 實驗注意事項

(1)原料的用量和比例

①為了實現(xiàn)反應的半微量化，不宜大幅度提高原料的投入量。

②控制催化劑的投入量(摩爾分數(shù))在20%～30%。

(2)操作方法

①由于乙酸乙烯酯沸點相對較低，故回流反應時需通入冷凝水充分冷卻。

②在投料和反應過程中，避免引入大量水分，否則將影響反應產(chǎn)率。

③反應液濃縮時，確保溶劑盡量旋出，以避免對后續(xù)柱層析分離操作造成干擾，影響分離效果。

3 結語

教學團隊開發(fā)的“乙酸苯酯的制備”實驗項目反應條件溫和，所用試劑用量小，實驗成本低，實現(xiàn)了半微量化和資源節(jié)約化。同時，將薄層層析色譜和柱層析色譜融入合成實驗項目中，有助于學生基本操作技能和綜合實驗技能的提高。

通過將“堿催化羧酸芳基酯制備”的科研成果帶入有機化學實驗教學中，重視對學生學科前沿的引導教育，融科學研究引導和專業(yè)思想教育于教學實踐中，潛移默化地培養(yǎng)學生專業(yè)意識，啟迪其專業(yè)思維。同時，提升了學生專業(yè)學習熱情和專業(yè)忠誠度，有效的提高了學生的綜合素質，尤其是科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。該項目符合現(xiàn)代實驗教學改革，可以在本科實驗教學中繼續(xù)推廣，以期對科研反哺教學理念下的實驗項目開發(fā)提供一點借鑒意義。