有机综合性实验报告

抗癫痫药二苯乙内酰脲的合成1、实验目的1.1 了解安息香缩合反应的原理和实验方法；1.2掌握冰盐浴的使用及精确控制pH获得高产量安息香的技术；1.3 了解安息香氧化反应，掌握安息香氧化反应的实验方法；1.4 学会薄层层析板的制作及薄层层析法监测反应进程的实验方法；1.5 了解二苯乙二酮和尿素反应生成 5,5-二苯基乙内酰脲的机理和方法；1.6 熟练掌握回流、脱色、重结晶等实验操作。2、实验原理2.1 本实验以苯甲醛为起始原料，合成一种抗癫痫药物 5,5-二苯基乙内酰脲，实 验分三步：（A）安息香的辅酶催化合成；（B）安息香的氧化一一薄层层析法监测 反应的进程；（C）抗癫痫药物5,5-二苯基乙内酰脲的制备。2.2 总反应式：HNOCH3COOH2.3 安息香的辅酶催化合成本实验中采用有生物活性的维生素B1 （化学名称为盐酸硫胺）代替剧毒的 氰化物进行安息香缩合反应。该反应条件温和，无毒，产率较高。维生素 B1 分 子中含有一个噻唑环，是安息香缩合反应的活性中心，在碱作用下容易失去一个 氢质子，形成稳定的两性离子，先与苯甲醛作用生成碳负离子，经过异构化脱去 质子得到中间体烯胺，再与另一分子苯甲醛作用得到安息香。2.4 安息香的氧化薄层层析法监测反应的进程 安息香能被硝酸或醋酸铜/硝酸铵等氧化剂氧化，生成二苯乙二酮，在反应 进程中通过不断取样进行薄层分析来监测反应进程。2.5 抗癫痫药物 5,5-二苯基乙内酰脲的制备二苯羟乙酮氧化生成的a -二酮可与尿素缩合生成抗癫痫药物5,5-二苯基乙 内酰脲。二苯乙二酮是一个不能烯醇化的a -二酮，当用碱处理时容易发生碳架 重排，得到二苯基乙醇酸。在碱和尿素作用下，可以发生类似的重排反应，进一 步缩合后生成抗癫痫药物 5,5-二苯基乙内酰脲。2.6 5,5-二苯基乙内酰脲的钠盐（苯妥英钠，dilantin）是一种抗痉挛药物，它可 稳定用作稳定癫痫病发作，但不能减少发作，静脉注射可控制严重癫痫发作，肌 肉注射能防止神经外科手术时发病。产品为白色粉末，易溶于水，溶于乙醇，几 乎不溶于乙醚，氯仿。在空气中渐渐吸收二氧化碳二析出苯妥英。苯妥英熔点 295298C，不溶于水，无臭，味苦。3、操作步骤（及装置）3.1 辅酶催化合成安息香3.1.1 实验仪器与试剂回流装置（如下图 1），冰盐浴，抽滤装置， 150mL 圆底烧瓶，回流冷凝管： 维生素 B1， 95%乙醇， 10%氢氧化钠溶液，苯甲醛（新蒸）， pH 试纸。图2带有温度计及气体吸收装置 图1凹流装置的回流装置3.1.2 实验步骤称取维生素B1 （盐硫酸胺素）3.6g,将其置于150mL圆底烧瓶中，加入12mL 蒸馏水和30mL95%乙醇，振摇使其完全溶解，塞上瓶口，将其放在冰盐浴中充 分冷却；在另一个锥形瓶中加入 10%的氢氧化钠溶液。在另一个锥形瓶中加入 12mL10%氢氧化钠溶液，也置于冰盐浴中充分冷却。将此氢氧化钠溶液滴加到盛 有维生素B1的乙醇溶液中（保持低温以防止维生素B1分解，使pH在9.69.8）, 此时溶液呈黄色，分批加入 20ml 新蒸的苯甲醛，摇匀后将盛有反应物的圆底烧 瓶装上回流冷凝管，在6070C的水浴中保温90min,冰浴冷却，析出白色晶体， 抽滤，冰水洗涤，抽干后用95%乙醇重结晶（每克粗产品约需要乙醇6mL），得 到无色晶体。熔点 13436C。3.2 二苯乙二酮的制备3.2.1 实验仪器与试剂50mL 三口烧瓶，冷凝管，温度计，气体吸收装置（如上图 2），抽滤装置， 毛细管（点样），7.5cmX2.0cm的薄层板（6块），展开槽，紫外检测仪；硅胶 GF254,羧甲基纤维素钠，粗品安息香（自制），冰醋酸，浓硝酸，二氯甲烷， 95%乙醇。3.2.2 实验步骤本实验用硅胶GF254作吸附剂，其中掺入0.5%羧甲基纤维素钠作为黏合剂， 在7.5cmX2.0cm的洁净玻璃片上均匀地制成薄板。于室温晾干后，在烘箱中110C 活化1h后，置于干燥器中备用。在 50mL 三口烧瓶上安装冷凝管、温度计及气体吸收装置。将 3.0g 粗品安息 香、15mL冰醋酸及7.5mL浓硝酸（70%，相对密度1.42）混合均匀。将此反应 混合物在8595C的水浴上加热反应。期间每隔1520min用毛细管取出少量 反应液，在薄层板上点样12次，每次约数微升，放置一会儿，使醋酸和硝酸 挥发，然后用二氯甲烷展开，在紫外灯下显色，用铅笔描下斑点的形状，并计算 每个斑点的Rf值。如此不断观察安息香是否已全部转化成二苯乙二酮。当安息香已全部（或接近全部）转化成二苯乙二酮后，将反应液冷却至室温， 然后倒入 120mL 冰水中，此时有浅黄色的二苯乙二酮结晶出现。抽滤，并用少 量冰水洗涤，抽干后用95%乙醇水溶液重结晶,得到浅黄色针状晶体，熔点95C。 3.3 5,5-二苯基乙内酰脲的制备3.3.1 仪器与试剂50mL 圆底烧瓶，冷凝管，电热套，抽滤装置；二苯乙二酮（自制），尿素， 95%乙醇， 30%氢氧化钠溶液， 10%盐酸溶液，活性炭。3.3.2 实验步骤在50mL圆底烧瓶中加入1g （0.0048mol）二苯乙二酮、0.5g （0.0086mol）尿素、 15mL95%乙醇和3mL30%氢氧化钠溶液，在8185C中水浴加热回流1.5h。冷却， 将反应混合物倒入盛有25mL水的烧杯中，抽滤，除去固体杂质。向滤液中滴加 10%盐酸，直至溶液呈酸性（pH=56）为止。抽滤，用冰水洗涤，收集的固体 为5,5-二苯基乙内酰脲粗品。粗品用95%乙醇重结晶，加活性炭脱色，干燥，称 量，计算产率。5,5-二苯基乙内酰脲的熔点为296297Co4、结果与讨论表 1 各步反应的收率实验步骤第步第二步第三步实际产量（g）10.171.360.76理论产量（ g）20.782.981.18收率（）48.9445.6464.40表2薄层色谱展开后数据记录及Rf值(其中一块)反应时间X1 (cm)X2 (cm)Y (cm)RfaRfb75min2.83.94.70.600.834.1 安息香的辅酶催化合成( 1)制备安息香的实验中，所用仪器及原料都需冰浴冷却，保持低温以防止维 生素 B1 分解。(2) 往盛有维生素B1的乙醇溶液中慢慢边摇边滴入10%氢氧化钠溶液后，溶液 呈现黄色，显浑浊，一边滴加一边监测pH值，保证pH=9.69.8，防止碱性过强 使噻唑环开环失活，降低维生素 B1 对反应的催化作用。分批加入 20mL 新蒸苯 甲醛之后，呈淡黄色。(3) 反应液在6070C水浴中保持微沸90min，冰浴冷却有大量结晶析出，呈 淡黄色。经过抽滤，冰水洗涤，抽干后得到16.5g粗产品，用了约100mL95%乙 醇重结晶，干燥后得到 10.17g 无色针状晶体，产品性状符合要求。(4) 产品产率过低：重结晶时加入乙醇过多，造成重结晶的损失；粗产品抽滤 时，冷却不足晶体过细而流入滤液中或过多的冰水洗涤使产品造成损失；粗产品 抽滤时间过长，温度升高，晶体重新溶于溶液中流入滤液使产品损失较多；也可 能因为维生素 B1 的活性收到 pH 值、温度或反应时间等的条件影响，制备安息 香产率较低。(5) 如图4为安息香的红外光谱图，在3400cm-1处有尖强峰，分析为羟基；根 据在3000cml 1650cm-1、1500cm-1的多个吸收峰，分析有芳环的存在;在1700cm-1 处有尖强峰，分析为酮羰基；在725cm-1处的吸收峰分析为一取代苯的特征。4.2 二苯乙二酮的制备(1) 制备二苯乙二酮的实验中，反应混合液在8595C的水浴中加热90min,期 间每隔15min用薄层层析法监测反应进程。如图3所示，反应物随时间越来越少， 生成物随时间越来越多，且两者明显分离，到 75min 时，反应物的斑点与产物的 斑点分离明显，产物的斑点比反应物的斑点面积大。薄层层析法有效地监测了随 着反应时间，反应物大部分生成了反应物。(2) 加热结束后，经过冷却，加入 120g 冰水混合物，有黄色晶体析出，抽滤， 冰水洗涤以及用95%乙醇水溶液重结晶，干燥后得到1.36g浅黄色针状晶体，产 品性状符合要求。(3) 使用薄层层析法监测反应进程时，如表2所示，选取6块层析板中的1块 记录数据，其Rf值在0.050.85之间，分离的程度是合理的，但如图3所示， 得到的层析板上的斑点有些拖尾现象，没有很好的分离，这是由于样品量太多造 成。(4) 产品产率偏低：反应物反应时间不够充分，晶体冷却时析出不多，重结晶 时所用乙醇量偏多，制备的二苯乙二酮产率较低。(5) 如图5为二苯乙二酮的红外光谱图。根据在3100cm-i、1675cm-i、1550cm-i、 1450cm-1的多个吸收峰，分析有芳环的存在；在1700cm-1处有尖强峰，分析为 酮羰基；在770cm-1、750cm-1的吸收峰，分析为一取代苯的特征。8060400100400050030002&00200015001000wavenumber (cmA-1)图 5 二苯乙二酮的红外光谱图4.3 5,5-二苯基乙内酰脲的制备(1) 制备 5,5-二苯基乙内酰脲实验中，往二苯乙二酮、尿素的乙醇混合溶液中， 冰水浴中慢慢加入 3mL30%NaoH 溶液后，出现黄白色浑浊，没有严重的变色， 在8185C水浴加热后，开始出现黑色沉淀，后来溶解，溶液呈棕黄色微沸状态。(2) 加热90min后，反应混合物倒入盛有25mL烧杯中，抽滤后得到黄色滤液， 滤液中滴加10%HCI至pH=5,滴加过程中出现肉色浑浊，抽滤后得到肉色粗产品。 粗产品经过 20mL 冰水洗涤， 95%乙醇重结晶(加入活性炭脱色)，干燥后得到 0.76g 白色晶体。(3) 向滤液中加入10%HCI时，滴加速度较慢，酸性适中(pH=56)，产量较 好。重结晶时用玻璃棒摩擦烧杯壁促进其结晶，但所用乙醇稍多，造成了产品一 定损失。(4) 由于重结晶时，活性炭加入量足够，吸附时间充分，脱色较完全，产品性 状能较好地符合要求。(5) 如下图6为5,5-二苯基乙内酰脲的红外光谱图。在3600 cm-1处的吸收峰为 羟基，根据在3250cm-1、1450cm-1的多个吸收峰，分析有芳环的存在；在1750cm-1 处的尖强峰，分析为酮羰基;在1350cm-1处的吸收峰，分析为有氨基;在770cm-1 750cm-1的吸收峰，分析为一取代苯的特征。606020400050030002&002000150010005000wavenumber (cmA-1)图 6 5,5- 二苯基乙内酰脲的红外光谱图1005 参考文献1张舒婷，杨卓鸿编写.有机化学实验.2017.144-151