(最最終版03)有機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

1、1, 4-1, 4-二氫二氫 -2, 6- -2, 6-二甲基二甲基 -3, 5- -3, 5-吡吡啶二甲酸二乙酯啶二甲酸二乙酯的合成實(shí)驗(yàn)的合成實(shí)驗(yàn)組員：費(fèi)欣慰、翁丹妮、徐 晶、吳秋姿鄒紀(jì)樂、徐新宇、肖 壘、原祥祥許多吡啶族化合物具有良好的藥理活性。據(jù)報(bào)道從生理上講吡啶環(huán)比苯環(huán)更容易被人體所接受 ,副作用小 ,因此藥物合成研究中吡啶類雜環(huán)藥物的設(shè)計(jì)合成倍受關(guān)注。 其可作為一種新型無毒副作用的綠色飼料添加劑, 具有抗氧化, 調(diào)節(jié)動(dòng)物內(nèi)分泌, 具有促進(jìn)礦物質(zhì)消化吸收等功能，例如它使肉用豬生長(zhǎng)快 ,瘦肉率高 ;使乳牛產(chǎn)奶率高等作用。 同時(shí) DHP也是無毒塑料制品的抗氧劑及感光材料。應(yīng)用前景應(yīng)用前景1

2、, 4-二氫 -2, 6-二甲基 -3, 5-吡啶二甲酸二乙酯 （DHP） 那么值得我們思考的是如何合成DHP？ DHP在各方面的用途決定了它的需求量大明確實(shí)驗(yàn)原理明確實(shí)驗(yàn)原理 查閱相關(guān)文獻(xiàn)查閱相關(guān)文獻(xiàn) 實(shí)驗(yàn)方案初步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案初步設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)操作獲取最優(yōu)工藝實(shí)驗(yàn)操作獲取最優(yōu)工藝 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，歸納分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路后期實(shí)驗(yàn)操作得到后期實(shí)驗(yàn)操作得到一、實(shí)驗(yàn)原理一、實(shí)驗(yàn)原理CH3CCH2COOCH2CH3OHCHOCOOCH2CH3CH3CH2OOCCH3H3COHOHNH3NCOOCH2CH3CH3CH3CH2OOCH3CH二

3、、查閱相關(guān)文獻(xiàn)二、查閱相關(guān)文獻(xiàn)Hanztsch合成法制備即用甲醛、乙酰乙酸乙酯、濃氨水在乙醇中回流 2 3 h得到, 產(chǎn)率 50% 。反應(yīng)方程式如下：CH3CCH2COOCH2CH3OHCHOCOOCH2CH3CH3CH2OOCCH3H3COHOHNH3NCOOCH2CH3CH3CH3CH2OOCH3CH該方法的缺點(diǎn)：該方法存在回流時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)率低, 以及濃氨水對(duì)人體有刺激作用等。針對(duì)這些缺點(diǎn),我們查得文獻(xiàn)對(duì)于Hanztsch 合成法的改進(jìn)方面主要有以下方面: ( 1) 用醋酸銨或碳酸氫銨代替濃氨水, 此法產(chǎn)率有所提高；用六次甲基四胺代替甲醛和濃氨水; ( 2) 微波條件下, 無溶劑合成, 時(shí)間

4、僅幾分鐘,產(chǎn)率很高; 但是, 微波條件目前只能在實(shí)驗(yàn)室中作研究用, 暫時(shí)難以工業(yè)化。對(duì)文獻(xiàn)中給出的可行制備工藝路線設(shè)計(jì)如下進(jìn)行對(duì)文獻(xiàn)中給出的可行制備工藝路線設(shè)計(jì)如下進(jìn)行簡(jiǎn)單的總結(jié)如下簡(jiǎn)單的總結(jié)如下傳統(tǒng)傳統(tǒng)Hanztsch Hanztsch 合成法合成法以甲醛、以甲醛、 三乙為原料三乙為原料 , , 二乙胺為催化劑二乙胺為催化劑 , , 水水為溶劑反應(yīng)為溶劑反應(yīng) 40 40 45h, 45h, 分出油層后分出油層后 , ,干燥、干燥、 過過濾濾 , , 再加入乙醇再加入乙醇 , , 通過氨氣通過氨氣 , , 放置放置 40h, 40h, 回收回收乙醇后得到產(chǎn)物乙醇后得到產(chǎn)物 , , 收率收率 8

5、4% ; 84% ;以烏洛托品、以烏洛托品、 三乙及醋酸銨水溶液為原料三乙及醋酸銨水溶液為原料 , , 異異丙醇為溶劑丙醇為溶劑 , , 反應(yīng)反應(yīng) 1 1 2h, 2h, 蒸出溶劑后得到產(chǎn)蒸出溶劑后得到產(chǎn)物物 , , 收率收率 80% 80% 83% 83% 。方法中反應(yīng)條件溫和方法中反應(yīng)條件溫和 , , 但收率較低但收率較低 , , 同時(shí)原料氨水及甲醛均有較大的剌激氣同時(shí)原料氨水及甲醛均有較大的剌激氣味和毒性味和毒性 , , 易造成工作環(huán)境污染易造成工作環(huán)境污染; ; 方法收率雖高、但反應(yīng)周期過長(zhǎng)方法收率雖高、但反應(yīng)周期過長(zhǎng) , , 后后處理復(fù)雜處理復(fù)雜 , , 費(fèi)用高費(fèi)用高; ; 方法反應(yīng)

6、時(shí)間短方法反應(yīng)時(shí)間短 , , 收率高收率高 , , 原料及原料及溶劑無明顯刺激作用溶劑無明顯刺激作用 , , 后后處處理簡(jiǎn)便理簡(jiǎn)便。我小組以1.Hanztsch合成制備法為基礎(chǔ)2.結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的內(nèi)容3.以大量文獻(xiàn)數(shù)據(jù)做支撐設(shè)計(jì)出我小組實(shí)驗(yàn)初步的設(shè)計(jì)思路三乙三乙與烏洛托品在醋酸銨的催化下縮合反應(yīng)生成與烏洛托品在醋酸銨的催化下縮合反應(yīng)生成DHPDHP三、實(shí)驗(yàn)方案初步設(shè)計(jì)三、實(shí)驗(yàn)方案初步設(shè)計(jì)3.13.1 實(shí)驗(yàn)原料實(shí)驗(yàn)原料1 1、乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯在水中的溶解度為13g /100g H2O,因此 ,反應(yīng)一般可在乙醇中進(jìn)行2 2、六亞甲基四胺、六亞甲基四胺通名叫烏洛托品，由于

7、甲醛為低沸點(diǎn)有機(jī)物 ,常溫 下為氣態(tài) ,市售為 37% 甲醛水溶液 ,因此可采用六次甲基四胺代替甲 醛和氨 ,使用方便3 3、醋酸銨、醋酸銨在水溶液中會(huì)發(fā)生微弱水解，并且生成的兩種產(chǎn)物對(duì)于水解是相互促進(jìn)CH3COONH4+H2O NH3H2O+CH3COOH同時(shí)其為有機(jī)鹽，可以作為相轉(zhuǎn)移催化劑4 4、乙醇、乙醇常規(guī)加熱中所有報(bào)道的合成過程均需用到有機(jī)溶劑, 目前報(bào)道的溶劑有乙醇、甲醇、異丙醇等, 發(fā)現(xiàn)乙醇和異丙醇最佳, 毒性小, 產(chǎn)率高。故用更加便宜易得的乙醇代替異丙醇 , 同時(shí)加入適量水 , 形成醇水混合溶劑 , 使反應(yīng)完成后 , 產(chǎn)物直接形成結(jié)晶析出 免去了濃縮回收乙醇的步驟 , 簡(jiǎn)化了工

8、藝3.2 3.2 原料配比原料配比根據(jù)參考文獻(xiàn)和理論配比制定根據(jù)參考文獻(xiàn)和理論配比制定投料摩爾比 ：n乙酰乙酸乙酯n六次甲基四胺= 2:1. 5參考文獻(xiàn)中指出：可看出在三乙用量固定的條件下改變其它兩原料加入量對(duì)收率的影響 , 其中 2# 結(jié)果最好 , 1# 用量接近理論值 , 但由于烏洛托品和乙酸銨分解出的反應(yīng)成分甲醛和氨氣易揮發(fā) , 使有效反應(yīng)量減少。 3# 5# 用量增大 , 但收率并未提高 , 反而增加了原料消耗。因此原料配比為因此原料配比為n n乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯n n六次甲基四胺六次甲基四胺 :n:n醋酸銨醋酸銨= 2= 21.51.5: 1: 1編號(hào)編號(hào)烏洛托品烏洛托品(mo

9、l)(mol)乙酸銨乙酸銨(mol)(mol)三乙三乙(mol)(mol)收率收率（% %）1#10.5275.12#1.512823#1.51.52804#1.51.8280.55#2.02.0281.5楊學(xué)本楊學(xué)本 , ,薛靜薛靜 . .天天津化工津化工 J. 1998, J. 1998, ( 3): 36- 38.( 3): 36- 38.實(shí)驗(yàn)原料總結(jié)：實(shí)驗(yàn)原料總結(jié)：1、n乙酰乙酸乙酯n六次甲基四胺 :n醋酸銨= 2 1. 5: 12、一般相轉(zhuǎn)移催化劑投入量為原料的1%-2%3、選用乙醇水溶液作溶劑 影響影響實(shí)驗(yàn)的因素實(shí)驗(yàn)的因素： 1、實(shí)驗(yàn)原料及配比（前已提及） 2、實(shí)驗(yàn)反應(yīng)的溫度 3、

10、實(shí)驗(yàn)選擇的溶劑 4、催化劑類別及用量 5、實(shí)驗(yàn)反應(yīng)的時(shí)間3.33.3實(shí)驗(yàn)步驟及裝置初設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟及裝置初設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)溫度的影響實(shí)驗(yàn)反應(yīng)溫度的影響 實(shí)驗(yàn)在常溫下就可以進(jìn)行，但從普遍文獻(xiàn)中我小組得知： 隨著反應(yīng)溫度的升高產(chǎn)率增大, 但當(dāng)溫度升高至 60C 以上時(shí)產(chǎn)率開始降低（如下圖所示） 了解到產(chǎn)物的顏色也隨之加深, 可能是由于反應(yīng)溫度過高生成了含碳碳雙鍵或碳氮雙鍵等有色基團(tuán)的副反應(yīng)產(chǎn)物而使顏色變深。 故我小組選擇反應(yīng)溫度為57C 左右，因此在實(shí)驗(yàn)反應(yīng)中設(shè)置恒溫水浴裝置，之后通過實(shí)驗(yàn)操作以溫度作變量，再確定最佳溫度。溫度/C產(chǎn)率/%熔點(diǎn)/C2760.101791813767.92179181477

11、5.001791815788.1517918160以上70178182楊學(xué)本楊學(xué)本 , ,薛靜薛靜 . .天津化工天津化工 J. J. 1998, ( 3): 1998, ( 3): 36- 38.36- 38.實(shí)驗(yàn)溶劑選擇的影響實(shí)驗(yàn)溶劑選擇的影響編號(hào)乙醇(ml)水（ml）收率（%）1#4000602#200200703#150250754#100300825#5035068 從文獻(xiàn)中得出, 當(dāng)水與乙醇體積比為 3 1時(shí)收率最高。 大于或小于這個(gè)比例結(jié)果均不理想。 當(dāng)醇多時(shí) , 產(chǎn)物溶解量增大; 當(dāng)水多時(shí) , 反應(yīng)為非均相反應(yīng) , 除非長(zhǎng)時(shí)間加熱否則反應(yīng)不充分。即乙醇水溶液達(dá)到30%左右。在此

12、基礎(chǔ)上，因?yàn)槲覀兪褂玫拇呋瘎橛袡C(jī)鹽，有一定相轉(zhuǎn)移催化的功能，我們?cè)O(shè)想乙醇水溶液可否下降到20%-25%，由后期我們實(shí)驗(yàn)得知。楊學(xué)本楊學(xué)本 , ,薛靜薛靜 . .天津化工天津化工 J. J. 1998, ( 3): 36- 1998, ( 3): 36- 38.38.催化劑類別及用量影響催化劑類別及用量影響 本次我小組以醋酸銨作為催化劑，有機(jī)鹽類可以達(dá)到相轉(zhuǎn)移功能。也有文獻(xiàn)指出，不同相轉(zhuǎn)移催化劑對(duì)實(shí)驗(yàn)收率的貢獻(xiàn)也有很大不同。 相轉(zhuǎn)移催化劑的應(yīng)用可使乙酰乙酸乙酯與甲醛在水溶液中進(jìn)行反應(yīng) ,使乙酰乙酸乙酯從一相進(jìn)入到另一相。 因此在催化劑的選用上 ,可選擇在有機(jī)相和水相均有一定溶解度的季銨鹽類。文

13、獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的相轉(zhuǎn)移催化劑有：四甲基碘化銨四甲基碘化銨、氯化三乙基芐基銨氯化三乙基芐基銨、十六烷基溴化銨十六烷基溴化銨 但以上催化劑價(jià)格昂貴，而醋酸銨市價(jià)便宜，我小組采用醋酸銨（ 醋酸銨要求粉碎均勻, 否則易產(chǎn)生深顏色雜物)根據(jù)以前的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，相轉(zhuǎn)移催化劑一般為實(shí)驗(yàn)投料量的1%-2%。反應(yīng)時(shí)間的影響反應(yīng)時(shí)間的影響 從都多方資料得到，反應(yīng) 40分1h效果較好好 ,時(shí)間短反應(yīng)不充分; 時(shí)間長(zhǎng)只是增加了反應(yīng)周期。實(shí)驗(yàn)裝置中我們采用磁力攪拌器磁力攪拌器，幫助充分及加快反應(yīng) 本實(shí)驗(yàn)中易揮發(fā)的液體反應(yīng)物，為了避免反應(yīng)物損耗和充分利用原料，要在發(fā)生裝置設(shè)計(jì)冷凝回流裝冷凝回流裝置置，使該物質(zhì)通過冷凝后由氣態(tài)恢復(fù)為液

14、態(tài)，從而回 流并收集。按上述配比投料恒溫?cái)嚢杌亓?0-60分鐘淡黃色晶體出現(xiàn)TLC跟蹤監(jiān)測(cè)（至反應(yīng)結(jié)束）濃縮，低溫冷卻（析出固體）抽濾，洗滌重結(jié)晶，得到純品結(jié)構(gòu)、純度表征3.33.3實(shí)驗(yàn)步驟及裝置初設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟及裝置初設(shè)計(jì)物性常數(shù)物性常數(shù)1, 4-1, 4-二氫二氫-2, 6-2, 6-二甲基二甲基-3, 5-3, 5-吡啶吡啶二甲酸二乙酯二甲酸二乙酯 反應(yīng)產(chǎn)物的測(cè)定反應(yīng)產(chǎn)物的測(cè)定1 1、測(cè)定熔點(diǎn)法、測(cè)定熔點(diǎn)法2 2、結(jié)構(gòu)測(cè)定：紅外光譜法、結(jié)構(gòu)測(cè)定：紅外光譜法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)擴(kuò)展思路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)擴(kuò)展思路猜想一：實(shí)驗(yàn)中烏洛托品和醋酸銨，氮源提供者？是否可以變換氮源？ 1、烏洛托品：烏洛托品由甲醛和氨縮合制得

15、。將甲醛溶液置于反應(yīng)器中，通氨，在堿性溶液中進(jìn)行縮合反應(yīng)。兩者都起到提供氮源作用兩者都起到提供氮源作用 2、 醋酸銨 ：在水溶液中會(huì)發(fā)生微弱水解，并且生成的兩種產(chǎn)物對(duì)于水解是相互促進(jìn)的CH3COONH4+H2O NH3H2O+CH3COOH氮源氮源反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間/min/min反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度/ /C C產(chǎn)率產(chǎn)率/%/%熔點(diǎn)熔點(diǎn)/ /C C醋酸銨602760.10179181碳酸氫銨6027不反應(yīng)碳酸氫銨6057未得產(chǎn)物碳酸氫銨+醋酸602750.50179181氯化銨18057不反應(yīng)氯化銨+醋酸1天27不反應(yīng) 在不以烏洛托品為氮源，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道Hanztsch反應(yīng)的氮源除濃氨水外,還有用醋酸

16、銨、碳酸氫銨或尿素, 但實(shí)際上,尿素在Hanztsch反應(yīng)中是不適合作氮源的,會(huì)發(fā)生Biginelli反應(yīng),生成二氫嘧啶類化合物。1, 4-1, 4-二氫二氫-2, 6-2, 6-二甲基二甲基-3, 5-3, 5-吡啶吡啶二甲酸二乙酯無溶二甲酸二乙酯無溶劑合成及其芳構(gòu)化劑合成及其芳構(gòu)化研究丁盈紅研究丁盈紅, ,周準(zhǔn)周準(zhǔn)良良 . .廣東藥學(xué)院廣東藥學(xué)院 ，廣東廣州廣東廣州510224510224 文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn), 在無溶劑條件下, 以醋酸銨為氮源時(shí), 反應(yīng)在常溫下能立即發(fā)生, 生成大量沉淀。而用碳酸氫銨為氮源, 反應(yīng)時(shí)有大量氣泡放出, 反應(yīng)后分油液兩層, 卻沒有明顯產(chǎn)物沉淀出現(xiàn); 加入1mL 冰乙酸后, 反應(yīng)進(jìn)行順利, 生成產(chǎn)物沉淀。氯化銨在任何條件下均不發(fā)生反應(yīng), 不能作氮源。由此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象, 我們推測(cè), 不應(yīng)是銨鹽分解為 NH3 后參與反應(yīng)的, 但也不是NH