1刘卡特反应(Rleuchart

1刘卡特反应(Rleuchart 实验三 1(刘卡特反应(R.leuchart reaction)—外消旋苯乙胺、萘乙胺系列合成 2(外消旋苯乙胺和萘乙胺的拆分研究 以下是“外消旋,-苯乙胺的合成与拆分”实验参考讲义。在此基础上，设计并完成以 ,-萘乙酮或β-萘乙酮为原料的合成及外消旋产物的拆分。 一、实验目的和要求 1(实验目的 (1)通过苯乙酮与甲酸铵反应生成,-苯乙胺，学习醛、酮与伯胺的反应——Leuchart反应。 (2)通过制备,-苯乙胺学习活蒸气水蒸气蒸馏和减压蒸馏操作。 (3)学习用化学方法将外消旋的化合物拆分为其对映异构体。 (4)学习用旋光仪测定化合物的旋光性。 (5)学习使用数字显微熔点仪。 (6) 学习试剂、溶剂的回收再利用，培养绿色化学理念。 2(具体要求 (1)认真预习、完成预习报告(包括实验图)。 (2)按讲义要求完成实验，认真做好实验纪录。 (3)产品上交时要有完整的物理数据，如比旋光度、熔点、沸点等。 (4)认真完成实验报告包括思考。 (5)按要求如期保质保量完成所有规定的实验项目。 二、反应原理 1(刘卡特反应(R.leuchart reaction) 醛、酮与甲酸和氨(或伯、仲胺)，或与甲酰胺作用发生还原胺化反应，称为刘卡特反应。反应通常不需要溶剂，将反应物混合在一起加热(100~180ºC)即能发生。选用适当的胺(或氨)可以合成伯、仲、叔胺。反应中氨首先与羰基发生亲核加成，接着脱水生成亚胺，亚胺随后被还原生成胺。与还原胺化不同，这里不是用催化氢化，而是用甲酸作为还原剂。反应过程如下: O HCONHHCOH+NH423 ++NH- HO42CNHCOCNH+NH23 O +-OCHCNH+HCNHCO2+22 苯乙酮在高温下与甲酸铵反应得到(?)-,-苯乙胺: 17 OONH2HCONH4HCCHCCHCHCH653653o185C OCH3 +CHCCHCHCHNHCHO++CO+2HCONHNH2HO6536522432 CHCH33+-CHCHNHCHOCHCHNHCl+HCl+HO65HCOH653+22 CHNH32+-CHCHNHClCHCHCH+NaOH++NaClHO6536532 (?)-α-苯乙胺 2((?)-,-苯乙胺的拆分原理 用化学方法拆分外消旋体，其原理是用旋光性试剂把外消旋的对映异构体变成可分离的非对映异构体混合物，再利用非对映异构体的物理性质不同，将其分离。常用的方法是利用有旋光性的有机酸(或有机碱)与外消旋的有机碱(或有机酸)反应得到两种非对映异构体的盐的混合物，再利用它们在某种溶剂中的溶解度不同，用分步结晶法将它们分离。 本实验采用L-(+)-酒石酸与(?)-,-苯乙胺反应，产生两个非对映异构体的盐的混合物，这两个盐在甲醇中的溶解度有显著差异，可以用分步结晶法将它们分离开来，然后再分别用碱对这两个已分离的盐进行处理，就能使(+)、(-)-,-苯乙胺分别游离出来，从而获得纯的(+)-,-苯乙胺及(-)-,-苯乙胺。 反应如下: 18 +(+)-(-)-CHCHNHCHCHNH652652 CHCH33 (?)-α-苯乙胺HH HOOCCCCOOH-(+) OHOH -[]OOCCHCHCOOH(+)-CHCHNH?(+)653 OHOHCH3+ -[]OOCCHCHCOOH(-)-HCHNHC(+)?653 OHOHCH3 通过甲醇分步结晶分离 -OOCCHCHCOOH(+)-CHCHNH-?][](+)(+)OOCCHCHCOOH(-)-CHCHNH[?653653 OHOHCHOHOHCH33NaOHNaOH -NaOCCHCHCONa(-)-HCHNHC+(+)65222-(+)-HCHNHNaOCCHCHCONaC+652(+)22CHOHOH3CHOHOH3 ?乙醚萃取?乙醚萃取?蒸馏?蒸馏 (+)-CHCHNH(-)-CHCHNH652652 CHCH33 三、主要仪器和试剂 1(主要仪器 旋光仪、数字显微熔点仪、旋转蒸发仪、水蒸气蒸馏装置、减压蒸馏装置、电磁搅拌器、 电热套、升降台、合成用常规玻璃仪器。 2(主要试剂和溶剂 苯乙酮(30g) 甲酸铵(50g) L-(+)-酒石酸(20g) 盐酸(30ml) 无水硫酸镁 甲苯(100ml) 甲醇(300ml) 乙醚(100ml) 粒状氢氧化钠(50g) 四、实验步骤 1(外消旋,-苯乙胺的制备 在100ml三口烧瓶中加入30g苯乙酮、50g甲酸铵及几粒沸石，温度计插入溶液中，装分水回流装置。用电热套缓缓加热，混合物先熔成两层，至150~155ºC时逐渐变为均相。沸腾下有水、苯乙酮及碳酸铵馏出，同时不断产生泡沫放出氨气和二氧化碳气体。待温度达 [1]180ºC，将分水器中的上层全部返回反应瓶，然后控温180~185ºC继续反应2h。 反应混合物冷却后转入分液漏斗，加入30ml水洗涤反应混合物，以除去甲酸铵和甲酰胺。分出油层(粗N-甲酰-,-苯乙胺)放入原来的烧瓶中，水相每次用10ml甲苯萃取两次(萃取什么,)，甲苯萃取液与油相合并，加入30ml浓盐酸和几粒沸石慢慢加热回流 [2]40~50min。充分冷却后，用分液漏斗分出有机层(未反应完全的苯乙酮和其它中性物质)，水层每次用10ml甲苯萃取两次(又是萃取什么,)，将甲苯萃取液与上述有机层合并,倒入废液回收瓶。 19 将水相转入500ml圆底烧瓶，冷水浴冷却下，通过普通漏斗小心加入事先准备好的氢 [3]氧化钠溶液(25g氢氧化钠溶解于50ml水)，进行水蒸气蒸馏，收集馏出液至弱碱性(大约200ml)为止。将馏出液上层分于一100ml分液漏斗中，水相每次用20ml甲苯萃取3次，合并萃取液于以上100ml分液漏斗(有何现象,试加以解释。)，有机相用粒状氢氧化钠干燥 [4][5]过夜。将干燥后的萃取液转入100ml圆底瓶中(NaOH保留给下一组同学用)，蒸出甲苯，然后改用空气冷凝管蒸馏，收集180~190ºC馏分，产品总重约16g，为无色透明油状液体。 [6]塞好瓶口(用橡胶塞)，以备拆分实验使用。 2((?)-,-苯乙胺的拆分 (1) S-(-)-,-苯乙胺-L-(+)-酒石酸盐 选适当的容器 (最好是茄形瓶，以便晶体转移) 放入与(?)-,-苯乙胺等摩尔的L-(+)-酒石酸，加入甲醇(按每0.1mol(?)-,-苯乙胺加200ml甲醇计算)，加热回流使酒石酸 [7]全部溶解，稍冷，用洁净的吸管往热的酒石酸溶液中慢慢加入制备好的(?)-,-苯乙胺。 [8]加毕，如有晶种，加一粒晶种，微热回流使溶液清澈透明，将溶液静置慢慢冷却，24h以上，析出白色棱状结晶(假如析出的是针形结晶，重新加热溶解，冷却至棱形结晶析出)。 为确保S-(-)-,-苯乙胺-L-(+)-酒石酸盐纯净，而不粘有R-(+)-,-苯乙胺-L-(+)酒石酸盐，过滤前先不要搅动晶体，将清澈母液经一普通漏斗转入圆底瓶中，加少量冷甲醇于盛有晶体的容器中，洗涤晶体后，用希氏漏斗抽滤，洗涤晶体的甲醇滤到以上盛母液的圆底瓶中并再用少量冷甲醇洗涤结晶(母液保留)，红外灯下干燥产品，称重保存。 分别测定其熔点与旋光度， S- (-)-,-苯乙胺-L-(+)-酒石酸盐mp.179~182ºC(分解)，?[,]= +13 (HO 5%)。母液保留用作获得R-(+)-,-苯乙胺。将S-(-)-,-苯乙胺-L-(+)-D 2 酒石酸盐保存，使用时可用碱将S -(-)-,-苯乙胺游离出来。 (2) R-(+)-,-苯乙胺粗品(设计实验) 设计实验。处理以上母液，从中得到R-(+)-,-苯乙胺粗品(为何称为粗品,)，实验室提供20%NaOH，乙醚，无水MgSO。测所得到的R-(+)-,-苯乙胺粗品的旋光度，计4 算其%ee值和R构型及S构型各占的百分比。 五、注释 [1] 缓慢加热否则影响产率。 [2] 若分层不明显，可加入少量水。 [3] 水蒸气蒸馏的各接口应涂抹凡士林，以防粘连。 [4] 干燥用过的氢氧化钠可再配成水溶液，用于水蒸气蒸馏前的中和。 [5] 可蒸馏后再用。 [6] 游离胺易吸收空气中的二氧化碳形成碳酸盐，故应塞好瓶口隔绝空气。 [7] 热溶液加(?),,,苯乙胺能得到较好的盐晶体，但加胺时容易起泡使溶液冲出，应格 外小心。 [8] 如有沉淀要进行热过滤除取。 六、实验技术 1. 水蒸气蒸馏技术 水蒸气蒸馏是一种常用于分离、提纯有机物的技术。当水与不溶性有机物一起受热时，两者的饱和蒸气压之和等于外压时就会沸腾，此时有机物蒸气与水蒸气便同时被蒸出。 水蒸气蒸馏一般应用于以下几种情况:一是混合物中有大量固体或树脂状物，不适合于 20 采用其它通常的方法分离;二是混合物中含有焦油状物，难于采用其它通常的的方法分离;三是有机物的沸点较高，常压蒸馏时易于分解。通常要求采用水蒸气蒸馏的有机物在100ºC时应有不太小(一般不小于1333.2 Pa)的蒸气压，以便有利于操作。 (1) 水蒸气蒸馏的装置 水蒸气蒸馏装置 A( 电炉 B.水蒸气发生器 C.安全管 D. T形管 E.安全阀 F.导气管 G.克莱森接头(Y型管) H. 蒸馏烧瓶 I. 弯头 J.冷凝器 K.尾接管 L.接受器 水蒸气蒸馏装置一般由水蒸气发生器、蒸馏烧瓶、直形冷凝管和接收器等组成。水蒸气发生器通常为铜制容器，也可由白铁皮制成，还可以圆底烧瓶代用。 (2) 水蒸气蒸馏应注意的事项 ? 安全不可少。在装置中的安全阀E，既便于及时排放冷凝水，又可当系统受阻 压力增高时作放空，使系统与大气相通。 ? 安全操作应谨慎。装置系统安装完毕后一定要先检查系统气密性是否良好，有否漏 气。一切妥当后，先将被蒸馏的物料装入蒸馏烧瓶H(一般不超过烧瓶容积的1/3)， 再将水蒸气发生器B装入水(不超过其容积的1/2)，打开安全阀E，而后再加热水 蒸气发生器。当有蒸气从T形管冒出后，旋紧安全阀E，将蒸气导入烧瓶开始进行 水蒸气蒸馏。操作时应随时注意安全管C上液柱的高度，防止系统堵塞。万一发生 堵塞，马上打开T形管上的螺旋夹E。随时调节火力控制馏速(以每秒2~3滴为宜)。 停止蒸馏时应先打开安全阀E，再撤去火源，以防物料倒吸。 2. 减压蒸馏及技术的有关知识 减压蒸馏是分离与提纯有机物常用的方法之一。一些高沸点的有机物或在常压蒸馏时未达到沸点即已发生分解、氧化或聚合的有机物，分离与提纯时常采用减压蒸馏技术。 减压蒸馏又称真空蒸馏，它是在低于0.1Mpa(通称1个大气压)下进行蒸馏的技术。因为液体的沸点是随外界压力的降低而降低的，所以对于那些高沸点的有机物或在常压蒸馏时未达沸点即已发生分解、氧化、聚合的有机物，可以借助于真空降压系统，通过降低系统压力以降低被蒸馏液体的沸点，达到顺利分离与提纯之目的。 (1) 减压蒸馏装置 减压蒸馏的真空降压系统可用自来水水泵，也可用油泵或水循环式真空泵，它们都是通过抽气达到减压的目的。一般来说，水循环式真空泵或油泵的真空度会更大一些，好的油泵的真空度可达到13Pa ( 0.1mmHg );水泵的真空度随水压而异 ，用同样的水泵，水压愈大，真空度愈高，通常可达到1063Pa~3333Pa ( 8~25 mmHg )。其具体装置如下图: 21 减压蒸馏装置 (2) 减压蒸馏装置的装配与操作注意事项 ? 减压蒸馏装置基本上由蒸馏、减压(抽气)和保护等三部分组成。蒸馏的装置与常 压蒸馏中所用装置基本相同，只是为了防止因暴沸或产生泡沫使反应液进入冷凝管 而通常采用克氏蒸馏头。减压的装置一般包括泵(真空源)、压力计(通常用水银 压力计)。保护的装置一般包括缓冲用的安全瓶(简称缓冲瓶)、冷却阱(多用冰- 水或冰-盐为冷却剂)和吸收塔等，用于冷凝、吸收水蒸气和挥发性的有机溶剂， 以防止污染泵油、腐蚀油泵机件、降低油泵抽气时的真空度。用水泵则不用冷却阱 与吸收塔等。 ? 操作时首先要调节、测定减压系统的降压效果可否达到预期的真空度，达不到预期 的真空度应调换真空源。 ? 安装好系统、加入蒸馏液、打开真空泵前应先打开缓冲瓶上的旋塞，开动电磁搅拌 (如用带螺丝夹的毛细管，旋紧螺丝夹)。开泵后再逐渐关闭缓冲瓶上的旋塞，使 真空泵开始抽真空。 ? 减压蒸馏系统的蒸馏操作尤应注意如下几点:待蒸馏的液体不超过蒸馏烧瓶体积的 1/3;烧瓶进入浴液不超过2/3;一般浴液温度应控制在比烧瓶中液体预期的沸点高 20~30ºC;以馏出液每秒1滴的速度为宜。 ? 整个减压蒸馏过程要密切观察并随时时间、压力、蒸馏的沸点、浴液温度、馏 出液速度等数据。随时进行真空度和浴液温度的调节以达到最佳蒸馏效果。 ? 减压蒸馏开始时的操作顺序是打开真空泵?调好真空度?通冷凝水?加热。减压蒸 馏结束时的操作顺序恰好相反，先撤去热浴?关闭冷凝水?体系冷后慢慢打开缓冲 瓶上的活塞?内外压力平衡后关闭真空泵。 3. 显微熔点测定仪测定熔点(微量熔点测定法) 这类仪器型号较多，但共同特点是使用样品量少(2~3颗细小结晶)，可观察晶体在加热过程中的变化情况，能测量室温至300ºC样品的熔点，其具体操作如下: 在干净且干燥的盖玻片上放微量晶体(过大的晶体应研细后取2~3小粒，否则熔程增长)并盖一片盖玻片，放在加热台上。调节反光镜、物镜和目镜，使显微镜焦点对准样品，开启加热器，先快速后慢速加热，温度快升至熔点时，控制温度上升的速度为每分钟1~2ºC，当样品结晶棱角开始变圆时，表示熔化已开始，结晶形状完全消失表示熔化已完成。可以看出样品变化的全过程，如结晶的失水、多晶的变化及分解。在使用这种仪器前必须仔细阅读使用指南，严格按操作规程进行。 22 七、思考题 1( 实验中有三次甲苯萃取，其目的分别是什么, 2( 用HCl水解后，进行水蒸气蒸馏以前为什么要加入NaOH溶液, 3( 测定R-(+)-,-苯乙胺粗产物的旋光度，根据其[,]和文献值计算其%e.e.值。 D 4( 若要使用S-(-)-,-苯乙胺，将怎样处理S-(-)-,-苯乙胺-L-(+)-酒石酸盐(用实验流程 图表示), 八、参考文献 1( 北京大学化学系，有机化学实验，北京大学出版社，1990.2 2( 吴泳等，大学化学新体系实验，科学出版社，1999.8 3( 李兆陇，阴金香，林天舒，有机化学实验，清华大学出版社，2001.4 4( 曾昭琼，曾和平等，有机化学实验(第三版)，高等教育出版社，2000.5 5( 兰州大学，复旦大学化学系有机化学教研室，有机化学实验(第二版)，1994.4 6( 邹明珠，张寒琦，中级化学实验，吉林大学出版社，2000.7 7( 北京大学化学系有机化学教研室，有机化学词典，科学出版社，1987 ,-苯乙胺的制备与拆分实验仪器清单 ##################(204-206，1, 4, 7, 10, 13, 19, 22, 28, 31, 37, 40, 46, 49, 55, 58, 64, 67, 70) 数数量 名称 规 格 单价 名称 规 格 单价 量 (摆放位置) (元) (摆放位置) (元) # 直形冷凝管 220/19 X 2(抽屉) 1 29.00 分液漏斗 250ml(中格) 1 23.50 #150/ 14 X2 1 24.00 100ml 1 21.50 # 空气冷凝管 220/19 X 2(抽屉) 1 29.00 加料漏斗 1 10.00 # 蒸馏头 19 X 3(抽屉) 1 32.00 普通锥形250ml(中格) 2 5.00 # 瓶 100 ml 1 4.00 真空接受管 19 X 2 (抽屉) 1 18.00 #50 m 1 3.70 分水器 10 ml /19 X 2(抽屉) 1 29.00 o #温度计 0-300C(抽屉) (中格) 1 20.00 1 4.50 希氏漏斗 19 0 0-100 C 1 2.80 乳钵 8cm(下格) 1 5.50 量筒 50 ml 1 7.50 培养皿 (下格) 1 1.50 10 ml 1 4.00 样品瓶 3 #空心塞 19 (纸盒) 2 9.00 普通漏斗 6cm(下格) 1 4.00 #14 2 7.00 3cm 1 3.00 #温度计套管 19 (纸盒) 1 9.00 烧杯 250 ml 1 4.30 #14 1 8.00 100 ml 1 4.00 ##50 ml 1 3.90 大小变口 24/19 1 18.00 23 #(纸盒) 1 9.00 橡皮塞 7 1 1.10 磁子 大 #7 (纸盒) 1 1.00 1 7.00 小 不锈钢小勺 (纸盒) 1 0.90 烧瓶夹 (下格) 2 11.00 吸管 (纸盒) 2 0.90 持夹 (下格) 2 7.00 玻棒 (纸盒) 2 铁圈 7cm(下格) 2 9.80 # #三口烧瓶 100ml / 19 X14X2 1 30.00 乳胶管 6X9(下格) 2.5m 3.20 #磨口锥形瓶 250 ml /19 (中格) 1 18.00 #100 ml / 19 (中格) 1 12.00 #磨口茄形瓶 250 ml / 19 (中格) 1 20.00 #25 ml / 19 (中格) 2 12.00 #圆底烧瓶 500 ml / 24(中格) 1 25.00 # 250 ml / 19 1 21.50 #100 ml / 19 1 12.50 #50 ml / 19 2 10.50 ##共用仪器:分馏柱、克氏蒸馏头、三叉真空尾接管、(均为19);磨口温度计(19)。 活蒸气水蒸气蒸馏装置。 说明: 1、为了培养同学们良好的实验习惯，并更好地保护实验仪器，请同学们按仪器 清单上标明的位置摆放仪器。 2、一学期实验结束归还仪器时，所有仪器要清洁;滴液漏斗和分液漏斗的塞子 要栓好绳、垫好纸，以防塞子配错、打坏和粘连。 3、验收仪器时，若发现缺少和破损，应立即购买来补齐或更换(学生支付30%)。 4、 带实验的老师应指导学生，管理好和使用好仪器。 24 25