第九屆全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)賽有機(jī)操作題

第九屆全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)賽2014.7.蘭州

第九屆全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)賽實(shí)驗(yàn)試題

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)

選手編號(hào):成績(jī):

2-(4-氯苯基)苯并噁唑的合成

苯并噁唑(benzoxazole)是一類(lèi)重要的雜環(huán)化合物，該骨架廣泛存在于多種具有

生物活性的化合物中，如西印度洋珊瑚海洋天然產(chǎn)物pseudopteroxazole和seco-

pseudopteroxazole，以及加勒比海的海洋天然產(chǎn)物homopseudopteroxazole具有良好的

抗結(jié)核活性[1]。苯并噁唑也是藥物分子中常見(jiàn)的骨架之一，如氟諾洛芬(flunoxaprofen

/priaxim)是一類(lèi)手性非甾體抗炎藥物，能顯著改善骨關(guān)節(jié)炎和類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎癥狀。

另外，苯并噁唑類(lèi)化合物如zinbo-5作為熒光化合物用于熒光傳感器[2]。

MeMe

HH

MeOMeO

NN

MeMe

O

pseudopteroxazolehomopseudopteroxazole

NO

benzoxazoleO

O

OON

FHO

HONNH

MeN

flunoxaprofenzinbo-5

因此，苯并噁唑衍生物的合成研究受到了有機(jī)化學(xué)和藥物化學(xué)家的廣泛關(guān)注，

新的合成方法不斷被發(fā)展。其中，利用2-氨基酚和醛縮合產(chǎn)物席夫堿的進(jìn)一步氧化

是合成2-取代苯并噁唑類(lèi)化合物的方法之一，但該方法傳統(tǒng)上要使用化學(xué)計(jì)量的氧

化劑，不符合綠色化學(xué)的要求，以氧氣為終端氧化劑的催化氧化已成為有機(jī)氧化反

應(yīng)的發(fā)展趨勢(shì)。以2-氨基酚和芳香醛為原料，利用氮氧自由基如2,2,6,6-四甲基-4-

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羥基哌啶-1-氧自由基(4-HOTEMPO)為有機(jī)小分子催化劑、氧氣為終端氧化劑，

可高效地合成2-芳基苯并噁唑類(lèi)化合物[3]。本實(shí)驗(yàn)是在文獻(xiàn)[3]基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成。

注意事項(xiàng)

1．請(qǐng)各位選手在6.5小時(shí)內(nèi)完成本實(shí)驗(yàn)(包括實(shí)驗(yàn)記錄及回答問(wèn)題)。實(shí)驗(yàn)時(shí)間每延長(zhǎng)5分

鐘扣1分，但延長(zhǎng)時(shí)間最多不超過(guò)30分鐘，請(qǐng)合理安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

2．請(qǐng)考生實(shí)驗(yàn)時(shí)務(wù)必注意安全，規(guī)范操作，請(qǐng)穿著實(shí)驗(yàn)服、佩戴防護(hù)眼鏡，必要時(shí)可使用

乳膠手套。

3．儀器設(shè)備清單置于實(shí)驗(yàn)柜中，請(qǐng)選手開(kāi)始實(shí)驗(yàn)前仔細(xì)檢查儀器及設(shè)備，如有問(wèn)題請(qǐng)及時(shí)

向監(jiān)考老師報(bào)告。

4．實(shí)驗(yàn)所需的2-氨基苯酚、4-氯苯甲醛和催化劑4-HOTEMPO均已稱(chēng)好，請(qǐng)考生適時(shí)向監(jiān)

考教師領(lǐng)取。

5．實(shí)驗(yàn)完成后請(qǐng)考生向監(jiān)考教師提交本報(bào)告(包括實(shí)驗(yàn)記錄和問(wèn)題回答)。

6．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,請(qǐng)按要求分類(lèi)回收廢棄物及廢液、整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)、清洗儀器(不計(jì)時(shí))，征得

監(jiān)考教師允許后方可離開(kāi)。

一．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及原理

1．以2-氨基苯酚和4-氯苯甲醛為原料在適當(dāng)溶劑中加熱條件下發(fā)生加成縮合

反應(yīng)生成席夫堿。

2．以席夫堿為原料在2,2,6,6-四甲基-4-羥基哌啶-1-氧自由基(4-HOTEMPO)催

化下用空氣氧化合成2-(4-氯苯基)苯并噁唑。

3．用快速柱層析法純化產(chǎn)物。

反應(yīng)方程式如下：

CHO

OH

OH回流,15min

正辛烷H2O

N

NH2

Cl

Cl

OH

O

空氣,4-HOTEMPO

ClH2O

N二甲苯,N

Cl

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二．實(shí)驗(yàn)試劑

2-氨基苯酚C6H7NO(M=109.13)，純品為無(wú)色結(jié)晶，熔點(diǎn)170～174℃(C.P.，

使用前已用無(wú)水乙醇重結(jié)晶)；

4-氯苯甲醛C7H5ClO(M=140.56)，純品為無(wú)色結(jié)晶，熔點(diǎn)48℃(C.P.，使用前

已用30～60℃石油醚重結(jié)晶)；

2,2,6,6-四甲基-4-羥基哌啶-1-氧自由基(4-HOTEMPO)C9H18NO2(M=172.24)，

橙色結(jié)晶，熔點(diǎn)69～71℃(C.P.)；

正辛烷沸點(diǎn)125.8℃(A.R.)；

石油醚沸程30～60℃,60～90℃(A.R.)；

二甲苯沸點(diǎn)137～140℃(A.R.)；

二氯甲烷沸點(diǎn)39.8℃(A.R.)；

硅膠300～400目及100～200目；

TLC展開(kāi)劑石油醚(60～90℃):乙酸乙酯=5:1(V/V)；

快速柱層析洗脫劑石油醚:乙酸乙酯(60～90℃)=10:1(V/V)；

薄層色譜板(硅膠，GF254)10塊；

4–HOTEMPO樣品液。

三．實(shí)驗(yàn)步驟

1．席夫堿的合成

在100mL圓底燒瓶中依次加入2-氨基苯酚545mg(5.0mmol)、4-氯苯甲醛717

mg(5.1mmol)及30mL正辛烷，裝上分水器，磁力攪拌下油浴(170℃左右)加熱

回流15分鐘。停止加熱，稍冷后將反應(yīng)瓶置于約50℃水浴中，冷卻至大部分結(jié)晶

析出，再置于冰水浴中冷卻至結(jié)晶完全，抽濾，用15mL石油醚(30～60℃)洗滌

結(jié)晶，將產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到已稱(chēng)重并標(biāo)有考生編號(hào)的培養(yǎng)皿中。

(抽干后的產(chǎn)品請(qǐng)交給監(jiān)考老師，監(jiān)考老師將干燥后的產(chǎn)品稱(chēng)重，返還考生自己

合成的產(chǎn)品232mg用于下步實(shí)驗(yàn)?？忌砣∩倭慨a(chǎn)品用石油醚配制溶液用作下步

TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)的對(duì)比樣。)

2．2-(4-氯苯基)苯并噁唑的合成

在已盛有4-HOTEMPO69mg(0.4mmol)的25mL三口瓶中，再依次加入上步

合成的席夫堿232mg(1.0mmol)及3mL二甲苯，安裝冷凝管和導(dǎo)氣管(下端彎成

約135°，出口直徑約2mm)。接通小氣泵電源，調(diào)節(jié)導(dǎo)氣管上的螺旋夾，將空氣連

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續(xù)鼓入反應(yīng)液中(鼓泡速度約為5～10個(gè)/秒)。磁力攪拌下，在140℃油浴中加熱反

應(yīng)，TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)程。

按以下要求提交相應(yīng)的TLC板：

(1)反應(yīng)30分鐘后用TLC第一次監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)程，在實(shí)驗(yàn)記錄紙上以1:1比例

畫(huà)出觀(guān)察到的TLC現(xiàn)象，標(biāo)出目標(biāo)產(chǎn)物和席夫堿所在位置，并列式計(jì)算目標(biāo)產(chǎn)物

的Rf值，將TLC板標(biāo)上考生編號(hào)后及時(shí)交給監(jiān)考教師。

(2)反應(yīng)1小時(shí)30分鐘后進(jìn)行第二次監(jiān)測(cè)，以后每20分鐘監(jiān)測(cè)一次，將顯示

反應(yīng)已完成的TLC板標(biāo)上考生編號(hào)及時(shí)交給監(jiān)考教師。

反應(yīng)完成后將反應(yīng)物料轉(zhuǎn)移至100mL圓底燒瓶中，搭建減壓蒸餾裝置，磁力

攪拌下用水泵減壓蒸除反應(yīng)溶劑(油浴溫度不高于140℃)。蒸完后冷卻燒瓶至室溫，

加入約5mL二氯甲烷溶解反應(yīng)混合物，然后加入約1g硅膠(100～200目)，拌勻，

用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸除二氯甲烷，得到反應(yīng)混合物的硅膠吸附物。

3．快速柱層析提純目標(biāo)產(chǎn)物

稱(chēng)取8g硅膠(300～400目)，加入適量適當(dāng)溶劑(請(qǐng)到監(jiān)考老師處領(lǐng)取)，濕法

裝柱，上樣，用快速柱層析法純化目標(biāo)產(chǎn)物。

注意：加壓可用手動(dòng)式雙聯(lián)球或小氣泵，請(qǐng)注意控制流速。

收集含目標(biāo)產(chǎn)物的洗脫液，合并至100mL圓底燒瓶中(已稱(chēng)重，并標(biāo)有選手

編號(hào)，屆時(shí)由監(jiān)考教師發(fā)放)，將此合并液用TLC分析，標(biāo)上選手編號(hào)交給監(jiān)考教

師。合并液減壓旋蒸除去溶劑，再用真空油泵減壓除去殘留溶劑(10分鐘)，上交

裝有最終產(chǎn)品的圓底燒瓶，由工作人員稱(chēng)重，并反饋結(jié)果給學(xué)生。

選手將所有材料(試卷和實(shí)驗(yàn)記錄)上交監(jiān)考老師后實(shí)驗(yàn)計(jì)時(shí)結(jié)束。

注：[1]本實(shí)驗(yàn)中席夫堿的合成若使用石油醚(90～120℃)作溶劑，則反應(yīng)時(shí)間約需1小時(shí)。

[2]催化氧化步驟中，如催化劑用量為席夫堿的1mol%時(shí)，用氧氣氧化在120℃反應(yīng)完成

約需15小時(shí)。催化劑用量增加可縮短反應(yīng)時(shí)間，當(dāng)4-HOTEMPO用量為席夫堿200mol%時(shí)，

無(wú)氧條件下加熱反應(yīng)可在數(shù)分鐘內(nèi)完成。

[3]席夫堿在硅膠薄層色譜板上會(huì)緩慢分解。

參考文獻(xiàn)：

[1]Rodríguez,A.D.;Ramírez,C.;Rodríguez,I.I.;González,E.Org.Lett.1999,1,527.

[2]Taki,M.;Wolford,J.L.;O'Halloran,T.V.J.Am.Chem.Soc.2004,126,712.

[3]Chen,Y.-X.;Qian,F.-L.;Zhang,W.;Han,B.Angew.Chem.Int.Ed.2008,47,9330.

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四．請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題

1．寫(xiě)出本實(shí)驗(yàn)中合成席夫堿及其2-(4-氯苯基)苯并噁唑的可能反應(yīng)機(jī)理。

1

2.下圖是產(chǎn)物2-(4-氯苯基)苯并噁唑的HNMR譜圖(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)，

儀器頻率為400MHz)，指出譜圖中哪些峰為4-氯苯基上氫的吸收峰(請(qǐng)直接在

譜圖上標(biāo)出)。請(qǐng)問(wèn)化學(xué)位移7.26ppm處的吸收峰是何種氫原子的核磁共振信

號(hào)？

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3.本實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)產(chǎn)物的合成過(guò)程中，用TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)程時(shí)，TLC展開(kāi)后Rf值接近

1的顯色點(diǎn)(254nm紫外光)代表什么物質(zhì)？如果將TLC板放置一段時(shí)間后將

會(huì)有何變化？

4.用柱色譜分離純化產(chǎn)物時(shí)，在大量加入洗脫劑時(shí)不慎將硅膠吸附物沖散，使較多

的被分離物進(jìn)入洗脫劑中，接著進(jìn)行洗脫分離，將導(dǎo)致什么后果？

5.本實(shí)驗(yàn)中減壓蒸