新有机合成技术对有机化学的应用

发布时间：2022-10-05 10:03 热度：

　　微波反应器用于开发新有机化学反应和改进传统有机化学反应上已经得到专家学者的广泛重视，本文探索了微波反应这一技术在有机化学实验室教学中的可行性和高效率。

　　关键词：微波反应;Ullmann反应;铜盐催化

　　有机化学实验课程是高校化学、化工、环境、药学，医学等专业的基础实验课程，是我校材料与化学化工学部的品牌课程。在完善传统的有机化学实验教学的同时，我们也将一些新技术的应用引入到基础有机化学实验课程中。自1986年Gedye等发现微波可以促进有机反应以来，微波技术已成功用于多种反应，微波辐射促进有机化学反应的研究已成为有机化学领域的一个热点，并逐渐形成了一个引人注目的全新领域——MORE化学(MicrowaveInducedOrganicReactionEnhancementChemistry)。大量的实验结果表明微波作用下的有机反应速度较传统方法成数十倍、数百倍甚至上千倍提高。微波化学作为一个新兴化学的分支学科，已在环境保护、石油工业和冶金等部门获得了广泛和成功的应用。

　　1微波实验在有机化学实验课程的应用探索

　　1.1传统的Ullmann反应特点

　　Ullmann反应是卤代芳烃与取代苯酚反应制备二芳基醚的重要方法，反应中常用铜、一价铜盐为催化剂，反应通常需要24小时以上才能完成。加入一些含氮的配体，一方面可以提高反应收率，另一方面可以缩短反应时间，但一般反应仍然需要8小时以上才能完成。由于该反应时间超过8小时，不适合用于基础有机化学实验课程的教学中。

　　1.2微波促进的Ullmann反应特点

　　文献报道，通过微博反应器可以促进有机化学反应的进行。将微波反应器用于Ullmann反应，可以使亲核取代反应快速进行，由于时间可以在1小时内完成，因此，将Ullmann反应用于有机化学实验课程的教学具有重要的意义。为此，笔者设计了微波法制备二苯醚的实验，并将该实验用于有机化学实验课程教学中，通过几年的运营和改进，取得了良好的实验教学效果。

　　2微波实验设计检测反应进程

　　2.1设计检测方法

　　通过设计该实验，我们建立一套薄层层析技术检测有机反应进程，引导学生掌握薄层色谱的原理、应用和操作技术。

　　2.2薄层色谱(ThinLayerChromatography)原理

　　由于混合物中的各个组分对吸附剂(固定相)的吸附能力不同，当展开剂(流动相)流经吸附剂时，发生无数次吸附和解吸过程，吸附力弱的组分随流动相迅速向前移动，吸附力强的组分滞留在后，由于各组分具有不同的移动速率，最终得以在固定相薄层上分离。将这个方法用于跟踪二苯醚的制备检测反应进程非常有效，学生非常直观的看到反应在微波促进下快速的进行。

　　3微波实验制备二苯醚醚的方法探索

　　3.1微波实验方法

　　通过大量的实验，我们发现用100-150W的功率，选用两段加热程序可以较高效率完成有机化学实验教学，实验可以在3个学时内完成。具体方法如下：在100mL干燥的茄形烧瓶中，放入0.19g(1mmol)碘化亚铜，0.55g(4mmol)N，N-二甲基甘氨酸盐酸盐，2.03g(10mmol)碘苯，1.41g(15mmol)苯酚，2.75g(20mmol)碳酸钾和50mLDMF。将反应瓶放入微波反应器中，装上回流冷凝管，设定反应温度155ºC，反应时间30min，微波功率100-150W。反应开始约10min后，反应液变为棕黄色。稍冷却后，取样进行薄层层析实验。继续微波反应0.3-1小时，冷却后，小心取下反应瓶，浓缩反应液，产物用乙酸乙酯萃取，碳酸钠溶液洗涤，饱和食盐水洗涤，浓缩除去溶剂乙酸乙酯得到后得到二苯醚。

　　3.2薄层层析检测技术

　　取薄板一块，在同一起点线上点样(3个点分别取碘苯、反应混合液和二苯醚标样)，用石油醚展开，在紫外灯下254nm波段显色，记录层析结果，计算二苯醚的Rf值。

　　4微波实验教学效果

　　设计微波实验促进了学生的学习兴趣，高质量完成有机化学实验课程的教学任务。通过实验教学，学生掌握实验室微波法制备二苯醚的原理(Ullmann反应)和方法;了解了微波反应器的使用方法;也通过实验学习掌握了薄层色谱的原理、应用和操作技术。通过实验使学生感受到微波辐射同传统的加热方法相比，具有反应时间短、收率高、副反应少、操作简便、环境友好等优点。微波对化学反应的作用是复杂的，除了具有热效应以外，还具有因反应分子间相互作用而引起的所谓非热效应。

　　5结语

　　本文探索了微波反应这一技术在有机化学实验室教学中的可行性和高效率。通过将微波反应器用于有机化学实验教学，设计Ullmann反应并优化实验条件，取得了很好的实验教学效果，结合薄层层析技术检测反应进程，提高了学生做有机化学实验的兴趣。为学生后期参加课题组从事科研工作打好坚实的基础。

　　作者：曾润生 单位：苏州大学材料与化学化工学部