吡啶氧化制備2—氨基吡啶—1—氧化物的綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

牛俊龍 朱新舉 郝新奇 宋毛平

摘要：對(duì)吡啶氮氧化物的制備進(jìn)行了探索與討論。通過官能團(tuán)保護(hù)、氧化、脫保護(hù)和堿化反應(yīng)歷程，得到了一種2-氨基吡啶-N-氧化物的合成方法。

關(guān)鍵詞：吡啶氮氧化物；氧化；綜合性實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）45-0273-02

前言

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力與綜合國(guó)力的快速提升，高等教育得到了廣泛關(guān)注。而近些年出現(xiàn)的大學(xué)生就業(yè)難等問題則反映出我國(guó)高等院校對(duì)大學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的不足，這也是我們的全面素質(zhì)教育不夠深入的體現(xiàn)。作為全面素質(zhì)教育的一個(gè)重要組成部分，創(chuàng)新教育在改革教育思想和教育方法的基礎(chǔ)上對(duì)教育內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整和組合，將為創(chuàng)新型國(guó)家的建設(shè)和中華民族的偉大復(fù)興提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1-3]。系統(tǒng)性的綜合實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)是理工科專業(yè)對(duì)創(chuàng)新教育的一種勇敢的探索，通過培訓(xùn)，學(xué)生可以對(duì)專業(yè)相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行初步了解，其實(shí)驗(yàn)操作技能也得到提高。同時(shí)，結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識(shí)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察判斷和討論，進(jìn)而改良實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作步驟，其獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力可以得到鍛煉。

本文從合成路線、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、儀器與試劑，實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理、思考題以及結(jié)果與討論等方面，對(duì)吡啶氮氧化物的制備這一綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。

吡啶氮氧化物在醫(yī)藥行業(yè)應(yīng)用廣泛。以吡啶氮氧化物作為重要結(jié)構(gòu)模塊的克矽平（PVNO）是一種治療矽肺的藥物，3-羧基吡啶氮氧化物可用于治療脫發(fā)，縮氨基硫脈2一取代毗睫氮氧化物的銅配合物是抗腫瘤試劑[4]。同時(shí)，作為一種配體，吡啶氮氧化物又可與多種金屬離子形成良好的配合物，其中，2-氨基吡啶氮氧可作為一種新型導(dǎo)向基，廣泛應(yīng)用于C-H活化領(lǐng)域，成功實(shí)現(xiàn)了烷氧基化、胺化、炔化環(huán)化等反應(yīng)[5]。

該實(shí)驗(yàn)具有反應(yīng)時(shí)間短，原料廉價(jià)易得，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，涉及官能團(tuán)的保護(hù)、氧化、脫保護(hù)和堿化等反應(yīng)過程，與有機(jī)化學(xué)課程中所教授的內(nèi)容有著緊密聯(lián)系，可作為理工科學(xué)生的化學(xué)必修或選修實(shí)驗(yàn)。

一、實(shí)驗(yàn)部分

（一）合成路線

2-氨基吡啶氮氧化物的合成路線如圖1所示。

（二）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）通過2-氨基吡啶氮氧化物的合成，了解有機(jī)物的基本合成方法和過程

（2）了解官能團(tuán)的保護(hù)、雜環(huán)化合物的氧化等過程，掌握其原理和基本操作方法。

（3）對(duì)“一鍋煮”反應(yīng)進(jìn)行初步了解

（4）掌握實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的記錄與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理方法

（三）儀器與試劑

1.儀器

平板磁力攪拌器，100mL單口燒瓶，25mL恒壓滴液漏斗，稱量紙，磁子，層析板，毛細(xì)管，紫外燈

2.試劑

2-氨基吡啶，乙酸酐，30%過氧化氫溶液，濃鹽酸，無(wú)水甲醇，甲苯，氫氧化鈉，無(wú)水乙醇。

（四）實(shí)驗(yàn)步驟

1.氨基的保護(hù)

稱取5g2-氨基吡啶于稱量紙上，轉(zhuǎn)移至放有磁子的100mL單口瓶中，加入12mL乙酸酐，用鐵夾將單口瓶固定在平板磁力攪拌器上，開動(dòng)攪拌，攪拌1h，反應(yīng)緩慢放熱，2-氨基吡啶全部溶解后溶液呈黃色，得到2-乙酰基吡啶和乙酸，可不經(jīng)提純直接進(jìn)行下步反應(yīng)。

2.2-乙酰基吡啶的氧化

量筒量取9mL30%過氧化氫溶液，轉(zhuǎn)移至25mL恒壓滴液漏斗中，使用恒壓滴液漏斗將過氧化氫溶液以每秒一滴的速度緩慢滴加入單口瓶中，反應(yīng)緩慢放熱，伴隨有小氣泡的產(chǎn)生，保持?jǐn)嚢?h，溶液呈淺黃色，得到2-乙酰基吡啶氧化物，可不經(jīng)提純直接進(jìn)行下步反應(yīng)。

3.2-氨基吡啶氧化物鹽酸鹽的制備（脫保護(hù)）

量筒量取6mL濃鹽酸，轉(zhuǎn)移至25mL恒壓滴液漏斗中，以每秒一滴的速度緩慢滴加至上述反應(yīng)溶液中，攪拌兩小時(shí)后低于70℃旋干，得到淡黃色固體。用無(wú)水甲醇：甲苯=1∶1的混合溶液浸泡、洗滌，抽濾后得到2-氨基吡啶氧化物鹽酸鹽。

4.2-氨基吡啶氧化物的制備（堿化）

稱取2.6g氫氧化鈉溶于45mL乙醇中，將抽濾后得到的2-氨基吡啶氧化物鹽酸鹽加入氫氧化鈉的乙醇溶液中，在室溫下攪拌2h，得到灰色的未純化的2-氨基吡啶氧化物。減壓過濾后將溶液旋干，通過柱層析提純（CH2Cl2/CH3OH）得到白色固體，稱重并計(jì)算產(chǎn)率。

（五）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理方法

實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)包括：室溫，大氣壓，反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)物質(zhì)量，產(chǎn)物質(zhì)量等。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理時(shí)采用以下公式計(jì)算：

產(chǎn)率=■×100%

（六）思考題

（1）除了本文提到的方法，還有什么方法能用來制備吡啶氮氧化物？

（2）實(shí)驗(yàn)中為什么要對(duì)氨基進(jìn)行保護(hù)？

（3）將吡啶氧化為吡啶氮氧化物的過程中，起到氧化作用的是什么試劑？

（4）堿化過程中氫氧化鈉的用量略多于吡啶氮氧化物鹽酸鹽的用量，為什么？

（5）比較“一鍋煮”與分步反應(yīng)，其優(yōu)缺點(diǎn)分別是什么？

二、結(jié)果與討論

通過此方法得到的氨基吡啶氮氧化物為淡黃色粉末狀固體，無(wú)臭?？赏ㄟ^薄層色譜（TLC）與標(biāo)樣點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，檢測(cè)是否得到目標(biāo)產(chǎn)品。

反應(yīng)過程中，溫度的控制較為重要，尤其在滴加過氧化氫溶液和濃鹽酸時(shí)，滴加過快容易導(dǎo)致反應(yīng)體系溫度過高，溶液的顏色也會(huì)變深。此外，堿化過程中，反應(yīng)體系過酸或過堿都容易導(dǎo)致最終產(chǎn)品的顏色變深。

總的來說，該實(shí)驗(yàn)具有易操作，使用儀器試劑簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。更為重要的是，反應(yīng)歷經(jīng)官能團(tuán)的保護(hù)、氧化、酸化和堿化等反應(yīng)過程，有利于加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，對(duì)鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和提高其獨(dú)立思考能力有很大好處

參考文獻(xiàn)：

[1]陳周見.大學(xué)創(chuàng)新教育評(píng)價(jià)研究[D].中南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003，（11）：16-18.

[2]王金瑤.大學(xué)創(chuàng)新教育課程體系構(gòu)建探索[J].江蘇高教，2003，（0）5：50-53.

[3]楊麗，溫恒福.大學(xué)創(chuàng)新教育的內(nèi)涵、難點(diǎn)與推進(jìn)策略[J].黑龍江高教研究，2011，（08）：28-31.

[4]周立山，馮亞青，宋傳君，曲紅梅.吡啶氮氧化物研究進(jìn)展[J].化工時(shí)刊，1999，（02）：11-13.

[5]Wei D，Zhu X，Niu J L，et al. ChemCatChem，2016，（8）：1242-1263.