綜合化學實驗：通過多米諾反應一步合成呋喃聯噁唑鹽類化合物

茹婷婷 初學峰 劉杉杉

摘要：根據本校教師科研課題的相關成果，設計了一個綜合型有機化學實驗，安排實驗學時28學時。該實驗部分分為兩步：第一步，反應底物的制備，以乙酰乙酰芳胺類化合物為反應原料，通過取代反應制備N-炔丙基-α-乙?；h丙基酰胺類化合物;第二步，反應底物在催化劑的作用下發生開環和分子內成環反應，最終生成呋喃聯噁唑鹽類化合物，并對最終產物結構進行分析。

關鍵詞：有機化學實驗;綜合實驗;教學模式;呋喃聯噁唑鹽類化合物

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）49-0279-02

綜合化學實驗課程的開設，旨在調動學習者學習的積極性，培養科研創新能力，提高學習者綜合解決問題的能力[1]。課程的開設要求學習者對基礎化學實驗中涉及的基礎知識和基本實驗技能熟練掌握的前提下，將大型分析儀器的使用和相關譜圖分析引入到實驗中[2]，優勢在于不僅更新了傳統實驗中過于簡單陳舊的實驗內容，還可以緊密聯系科研熱點和工業生產，有助于學習者本科畢業論文設計和進一步深造學習。

實驗部分以乙酰芳胺類化合物為反應原料，與1，2-二溴乙烷通過取代反應合成α-乙?；h丙基酰胺類化合物，然后與3-溴丙炔發生取代反應，得到底物N-炔丙基-α-乙?；h丙基酰胺類化合物。然后，反應底物在催化劑的作用下發生開環和分子內成環反應，最終生成呋喃聯噁唑鹽類化合物，整個實驗過程涉及的基本實驗操作包括化學合成、蒸餾、過濾和重結晶，還要求學生對物質結構進行鑒定，主要涉及紅外光譜、核磁共振儀、質譜儀和元素分析儀等大型儀器的使用及譜圖分析[3]。

一、實驗目的

1過文獻查閱，了解聯雜環類化合物的合成方法以及含有噁唑環的聯雜環化合物的研究現狀和應用前景。

2.掌握親核取代反應和親電取代反應的實驗原理和操作方法，熟練分離和提純實驗操作。

3.掌握核磁共振儀、質譜儀、元素分析儀和紅外光譜儀的使用及相關譜圖分析能力。

4.了解本實驗的反應機理。

二、儀器和試劑

儀器：VARIAN UNITY-500MHz核磁共振儀，RE 52AA旋轉蒸發儀，MAGNA-IR 560型紅外光譜儀，SHB-IA循環水式真空泵，Agilient 1100 LCMsD型質譜儀，磁力攪拌器，電子分析天平，PE-2400自動元素分析儀。

試劑：無水碳酸鉀，氫氧化鈉，N，N-二甲基甲酰胺，二氯甲烷，石油醚，1，2-二溴乙烷，氰化鈉，3-溴丙炔，無水乙醚。

三、實驗內容

（一）-乙酰基-N-苯基環丙基酰胺的制備

用電子天平稱取100 mmol乙酰乙酰苯胺1（223 g），置于500 mL的圓底燒瓶中，加入150 mL DMF溶液作為反應溶劑，用磁力攪拌器攪拌大約2分鐘，加入36 g無水碳酸鉀，攪拌1小時后，在反應體系中加入120 mmol 1，2-二溴乙烷于，用TLC監測反應直至反應底物全部消失。將反應溶液分批少量倒入盛有粗鹽的冰水中，減壓過濾產物2，自然晾干，計算產率約86%，反應方程式如圖1。

（二）-乙?；?N-炔丙基-N-苯基環丙基酰胺的制備

用電子分析天平稱取3.15g 1-乙?；?N-苯基環丙基酰胺2，置于100 mL的圓底燒瓶中，加入無水DMF為反應溶劑，然后加入1.14 g氰化鈉，用磁力攪拌器攪拌大約1小時后，加入4mL 3-溴丙炔，反應體系變成橙紅色，用TLC監測反應進度，直到底物完全消失。將反應溶液分批少量倒入盛有粗鹽的冰水中，以二氯甲烷為萃取劑進行萃取，再用水反萃出DMF，將產物自然晾干，得到黃色固體4，并計算產率約為67%，反應方程式如圖2。

（三）呋喃聯噁唑鹽類化合物的合成

稱量0.255 g1-乙?；?N-炔丙基-N-苯基環丙基酰胺置于50 mL的圓底燒瓶中，以無水乙氰為反應溶劑，用磁力攪拌器攪拌至固體物質全部溶解后，加入0.49 g溴化銅，加熱控制反應體系回流，TLC檢測反應進度，直至底物完全消失，記錄反應時間。采用冰水浴法使反應體系迅速降溫后，向燒瓶內加入少量水后，再以二氯甲烷為萃取劑進行萃取，由于粗產物所含雜質較多，需要再次通過柱層析法提純產物5，并計算產率約為56%，反應方程式如圖3。

四、實驗教學安排

該實驗作為一個綜合化學實驗，內容上涉及相關實驗原理，一些基本實驗操作以及相關實驗儀器的使用，需要學習者有相關的基礎知識，因此該實驗安排在學習過有機化學理論和實驗課之后比較合適，實驗大約需要28學時，每周4學時，7周即可完成整個實驗。整個實驗教學過程教師作為主導者，引導學生進行實驗，學生作為主體，自主完成整個實驗操作。

本實驗操作部分主要分三個教學周完成，但是反應底物是一步步合成，實驗內容前后銜接緊密，要求學習者對實驗整體有充分認識，在此基礎上進行實驗，避免傳統的“照方抓藥”式進行實驗。但是教師也應該提前準備實驗底物，以防學習者在實驗操作上出現問題，制備不出底物而導致后續實驗無法進行，影響實驗進度。

五、本綜合化學實驗的教學優勢和教學效果

通過開展本實驗項目，打破了傳統實驗內容過于陳舊，實驗與實驗之間聯系不大，每個實驗只涉及幾個簡單知識點的限制，本綜合化學實驗的教學優勢在于：（1）整個實驗項目是一個整體，其中囊括了多個知識點，多項實驗操作技能和多種實驗儀器的使用;（2）該實驗由多個小實驗構成，每個實驗前后聯系緊密，前期實驗出現問題，會導致整個實驗失敗，因此，能夠培養實驗者有認真、嚴謹的科研態度;（3）本實驗以學生為主體，教師為導向，實驗過程中更注重學生自主研究能力和團隊合作意識，自主與教師的交流明顯增多;（4）學生對實驗的整體把握和理解程度明顯增強，對基本理論知識的應用更加自如，真正達到了活學活用的目的。

總體來說，通過本綜合化學實驗的開展，不僅利于學生增強對基本知識點的認識和理解，還有利于提高實驗操作技能，與有機化學實驗的基本要求相一致，結合以后的學習，即提高了學生的創新能力、創新意識，也訓練了學生的團隊合作意識。

參考文獻：

[1]何田，顧崢燁，曾雨菲，等.大學化學，2017，32（11）：57-64.

[2]張國林，韓瑩，薛懷國，刁國旺.大學化學，2010，25（1），23.

[3]茹婷婷，石瑩巖，初學峰，等.5-芳胺基異噁唑的合成及表征[J]，內蒙古師范大學學報（自然科學漢文版），2014，（6）：748.