2－甲基－2－己醇制備方法的改進(jìn)

陳 虎， 畢建洪

（合肥師范學(xué)院 化學(xué)化工系，安徽 合肥230601）

化學(xué)是忠實(shí)于實(shí)驗(yàn)的科學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)施全面化學(xué)教育的關(guān)鍵［1－2］。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為一門重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，是化學(xué)、化工、材料、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)藥及海洋等多種學(xué)科學(xué)生必修的主干課程之一［3］。其目的是訓(xùn)練學(xué)生牢固掌握有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本技能和基礎(chǔ)知識：（1）培養(yǎng)學(xué)生正確選擇有機(jī)化合物的合成、分離、提純與分析、鑒定的方法，并讓學(xué)生及時(shí)掌握現(xiàn)代有機(jī)合成、分離、鑒定的手段；（2）通過有機(jī)實(shí)驗(yàn)，還要培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題和獨(dú)立思考、獨(dú)立工作的能力。（3）通過有機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)芗訌?qiáng)學(xué)生對有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)理論和基本概念的理解，達(dá)到理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的目的?？傊?，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅是傳授知識和技能的重要環(huán)節(jié)，也是訓(xùn)練科學(xué)思維方法和培養(yǎng)科學(xué)精神和品德的有效形式。

2－甲基－2－己醇的制備實(shí)驗(yàn)是一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中涉及到無水無氧操作、回流、萃取、干燥、過濾、蒸餾等基本實(shí)驗(yàn)操作，能夠培養(yǎng)學(xué)生多方面的能力。學(xué)生在日后有機(jī)合成、藥物設(shè)計(jì)、藥物合成常會用到這個(gè)反應(yīng)，是一個(gè)化學(xué)、藥學(xué)類學(xué)生必做的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)［4］。

但是，在實(shí)際教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)存在以下問題［5－8］：

（1）實(shí)驗(yàn)操作與理論知識不符（理論要求無水無氧，實(shí)驗(yàn)操作無法做到），給學(xué)生造成困擾，不利于訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維方法，更不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和品德；

（2）由于操作不夠精細(xì)，造成比較嚴(yán)重的浪費(fèi)；

（3）實(shí)驗(yàn)裝置過于簡單，難以控制水分及空氣的含量，產(chǎn)率較低，而且往往不具備可重復(fù)性。

為此，我們設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對原有的步驟進(jìn)行改進(jìn)。本文僅從實(shí)驗(yàn)裝置及加料順序入手做了一系列的改進(jìn)［9］。

1 實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

原來的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，改進(jìn)后如圖2所示。改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)裝置主要組成部分包括：1、7翻口塞（學(xué)校醫(yī)院廢棄物）；2、恒壓滴液漏斗；3、三頸燒瓶；4、氮?dú)馇颍▋和婢撸?、接頭具活塞；6、回流冷凝管。

普通實(shí)驗(yàn)裝置，操作簡單易行，但只能通過氯化鈣干燥管部分隔離水分，完全無法隔絕空氣中的氧氣和二氧化碳，產(chǎn)率不高，可重復(fù)性差；與理論知識嚴(yán)重不符。

改進(jìn)后，由于可以通過接頭具活塞5抽真空交換成氮?dú)猓ㄈ鐖D3所示），通過氣球保護(hù)防止空氣和水分進(jìn)入，通過注射器添加反應(yīng)試劑（如圖4所示），基本可以滿足無水無氧操作的要求；產(chǎn)量明顯提高（見表1），而且?guī)缀鯖]有增加實(shí)驗(yàn)成本。

圖1 普通裝置

圖2 改進(jìn)后的裝置

圖3 改進(jìn)后的裝置抽真空示意圖

圖4 改進(jìn)后的裝置氣體保護(hù)及試劑添加示意圖

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

鹵代烷在無水乙醚中和金屬鎂作用后生成的烷基鹵化鎂 R－MgX稱為Grignad試劑，X＝Cl，Br，I；

用有機(jī)金屬鎂試劑（Grignard試劑）與醛、酮、酯或環(huán)氧乙烷反應(yīng)制備各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的醇是有機(jī)合成的常用方法。反應(yīng)必須在無水、無氧、無活潑氫條件下進(jìn)行，因?yàn)樗?、氧或其它活潑氫的存在都會破壞Grignard試劑。

主反應(yīng)：

副反應(yīng)：

2.2 儀器與試劑

儀器：水泵，其他見實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)。

試劑：鎂屑、乙醚（鈉絲或鈉珠浸泡干燥或回流處理）、正溴丁烷、丙酮、20%硫酸溶液。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）在裝有1.5g鎂屑和磁力攪拌子的100mL三頸瓶上分別裝上冷凝管和恒壓滴液漏斗，并在冷凝管上口裝上接頭具活塞；分別在恒壓滴液漏斗上口和另一支管口分別安裝翻口塞；用水泵通過接頭具活塞給體系抽真空（見圖3），然后通過氮?dú)馇蚴贵w系充滿氮?dú)?；并用注射器通過三頸燒瓶的支管口的翻口塞向燒瓶中注入10mL無水乙醚（見圖4）。

（2）通過注射器在恒壓滴液漏斗中注入6.5mL正溴丁烷和10mL無水乙醚，混勻。先往三頸瓶中滴加入3～4mL混合液，引發(fā)反應(yīng)。

（3）通過注射器向三頸燒瓶中加入15mL無水乙醚，開始攪拌，待反應(yīng)由激烈趨緩和后，慢慢滴入剩余的正溴丁烷乙醚混合液，控制滴加和回流速度一致。加完后，用溫水浴加熱回流15min以保證反應(yīng)完全。

（4）冷水浴冷卻，在攪拌下滴加4.5mL丙酮和5mL無水乙醚的混合液，加完后繼續(xù)攪拌15min。

（5）在水浴冷卻及攪拌下，自恒壓滴液漏斗慢慢加入25mL 20%硫酸溶液，攪拌至沉淀及鎂屑消失為止。

（6）將反應(yīng)液移入分液漏斗，分出醚層，水層用2×15mL乙醚萃取，合并醚層，用15mL 5%無水碳酸鈉溶液洗滌。醚層用無水碳酸鉀干燥。

（7）過濾，蒸餾除去乙醚。殘液倒入10mL蒸餾瓶中，蒸餾并收集137～141℃的餾分。

3 結(jié)果與討論

3.1 格式試劑制備引發(fā)時(shí)間的比較

普通裝置：通常需要加入格氏試劑、碘在加熱的條件下10～20分鐘才能引發(fā)。

改進(jìn)后裝置：一般只需加入芝麻粒大小的碘微熱條件下3～5分鐘即可引發(fā)。

3.2 裝置改進(jìn)前后對反應(yīng)產(chǎn)率的影響

從教學(xué)班里任意選取5位同學(xué)，分別讓其按普通裝置和改進(jìn)后的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得結(jié)果如下：

表1 裝置改進(jìn)前后得到的產(chǎn)率

3.3 產(chǎn)品表征

沸點(diǎn)：143℃；

折光率：n20D＝1.4173.

4 結(jié)論

通過對實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，基本實(shí)現(xiàn)了無水無氧的要求，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的目標(biāo)：

（1）格氏試劑引發(fā)時(shí)間明顯縮短；

（2）反應(yīng)產(chǎn)率明顯提高；

（3）與理論知識吻合度較好，基本消除了同學(xué)們關(guān)于實(shí)驗(yàn)與理論不符的困擾，而且提高了實(shí)驗(yàn)的趣味性。

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［9］王輝.茶葉中提取咖啡因改進(jìn)研究［J］.科技信息，2011，（27）：440－434.