实验４２呋喃甲醇和呋喃甲酸
一、实验目的
（1） 通过呋喃甲醇、呋喃甲酸的制备，加深对Cannizzaro反应原理的认识和理解。
（2） 进一步巩固萃取、蒸馏、结晶、抽滤等操作。
二、实验原理
不含αH的醛在强碱存在下，可进行氧化还原反应，即一分子醛被还原成醇，另一分子醛被氧化成酸，这类反应通称为Cannizzaro反应。α呋喃甲醛经Cannizzaro反应，生成α呋喃甲醇和α呋喃甲酸。
三、仪器与试剂
1. 仪器
电子天平、电热套、水浴锅、普通玻璃仪器、标准磨口玻璃仪器、显微熔点测定仪。
2. 试剂
呋喃甲醛、氢氧化钠（43%）、无水硫酸镁、乙醚、盐酸（25%）、刚果红试纸。
四、实验步骤
将6mL43%NaOH溶液量入烧杯中，冰水浴冷却至约5℃，在不断搅拌下，慢慢滴加6.6mL新蒸馏的呋喃甲醛[1]（约10min内加完），控制反应温度在约8~12℃[2]。滴加完毕，继续于冰水浴中搅拌20min反应即可完成，得到淡黄色浆状物。
在搅拌下向反应混合物加入约10mL水[3]，使浆状物恰好完全溶解。将溶液转入分液漏斗中，用乙醚（每次15mL、10mL、5mL）分别萃取3次，合并乙醚萃取液。用无水硫酸镁干燥后，先水浴蒸去乙醚[4]（回收），然后再蒸馏[5]收集169~172℃的呋喃甲醇馏分，称量，计算产率。
纯呋喃甲醇为无色透明**，沸点为170~171℃，折光率n20D1.4868。其红外和核磁共振图谱见附录７（图28）。
在乙醚萃取后的水溶液中，边搅拌边滴加25%的盐酸酸化至刚果红试纸变蓝，pH为2~3，冷却后有晶体析出。冷却，抽滤，固体粗产物先用少量水洗涤1~2次，再用水重结晶，得白色针状呋喃甲酸，干燥，称量，计算产率，测熔点。
纯呋喃甲酸的熔点为133~134℃。其红外和核磁共振图谱见附录７（图29）。
本实验约需6h。【注释】
[1] 纯呋喃甲醛为无色透明或浅黄色油状**，气味刺鼻。但暴露在空气中或久置后颜色变为棕褐色，同时往往含有水分，故使用前，收集155~162℃馏分，最好减压蒸馏，收集54~55℃/2.27kPa馏分。
[2] 反应温度若高于12℃，则反应难以控制，致使反应物变成深红色；若温度过低，则反应过慢，可能积累一些呋喃甲醛。一旦发生反应，则过于猛烈，增加副反应，影响产量及纯度。由于氧化还原是在两相间进行的，因此必须充分搅拌，亦可加少许相转移催化剂聚乙二醇（1g，相对分子质量400）。呋喃甲醇和呋喃甲酸的制备也可以在相同的条件下，采用反加的方法，即将氢氧化钠溶液滴加到呋喃甲醛中。
[3] 水不能多加，否则会造成呋喃甲醇的溶解损失。
[4] 蒸馏回收乙醚，注意安全。
[5] 常压蒸馏应改用空气冷凝管。呋喃甲醇也可用减压蒸馏收集88℃/4.666kPa的馏分。
五、思考题
（1） 为什么反应温度需控制在8～12℃之间？如何控制？
（2） 乙醚萃取后的水溶液用盐酸酸化，这一步为什么是影响呋喃甲酸产物收率的关键？如何保证酸化完全？如不用刚果红试纸，怎样知道酸化是否恰当？
（3） 本实验根据什么原理来分离呋喃甲酸和呋喃甲醇的？
（4） 试写出呋喃甲醛Cannizzaro反应的机理。
实验４３8羟基喹啉
一、实验目的
（1） 学习用Skraup反应合成8羟基喹啉的原理和方法。
（2） 进一步巩固加热回流、水蒸气蒸馏、重结晶等基本操作。
二、实验原理
Skraup反应是合成杂环化合物喹啉及其衍生物的重要方法，反应是将芳胺类化合物与无水甘油，浓H2SO4及弱氧化剂芳香硝基化合物或砷酸等一起加热而得。浓H2SO4作用是使甘油脱水生成丙烯醛，并使芳胺与丙烯醛的加成产物脱水成环。芳香硝基化合物则将1，2二氢喹啉氧化成喹啉，自身被还原成芳胺，并可继续参与缩合反应。
HOCH2CHOHCH2OHH2SO4-2H2OH2CCHCHO
OHNH2+H2CCHCHOH2SO4NO2OH-H2
必须指出，Skraup反应中所用的芳香硝基化合物应与所用芳胺的结构相对应，否则将导致混合产物的生成。有时也可用碘作氧化剂，并可缩短反应周期而使反应平稳进行。
三、仪器与试剂
1. 仪器
三颈烧瓶（100mL）、滴液漏斗、回流冷凝管、水蒸气蒸馏装置、抽滤装置。
2. 试剂
邻硝基苯酚、邻氨基苯酚、无水甘油、浓硫酸、氢氧化钠、饱和碳酸钠。
四、实验步骤
100mL三颈烧瓶[1]中加入1.8g（约0.013mol）邻硝基苯酚，2.8g（约0.025mol）邻氨基苯酚，9.5g（约0.1mol）无水甘油[2]，剧烈振**，充分混匀后，在不断振**下慢慢滴加4.5mL浓硫酸[3]，于冷水浴上冷却。装上回流冷凝管，缓慢加热。溶液微沸，立刻移开热源[4]。反应放出大量热，待反应缓和后，继续加热，微沸回流1h。冷却后，加入15mL水，充分摇匀，进行简易水蒸气蒸馏，蒸出未反应的邻硝基苯酚（约30min），直至馏分由浅黄色变为无色为止。待瓶内残留液冷却后，慢慢滴加约7mL50%氢氧化钠水溶液，于冷水中冷却，摇匀后，再慢慢滴入约5mL饱和碳酸钠溶液，使混合液呈中性[5]。再加入20mL水进行第二次水蒸气蒸馏，蒸出8羟基喹啉，直至无有机物馏出为止[6]（约25min）。待馏出液充分冷却后，抽滤，洗涤，干燥得粗产物，产量约3g。
粗产物用约25mL乙醇水（体积比为4∶1）混合溶剂重结晶[7]，得纯8羟基喹啉，干燥，称量，计算产率[8]，测熔点。
纯8羟基喹啉的熔点为75~76℃。其红外和核磁共振图谱见附录７（图30）。
本实验约需6h。【注释】
[1] 仪器必须先干燥。
[2] 甘油含水量较大时会影响产物的产率，可将普通甘油在通风橱内置于瓷蒸发皿中加热至180℃，冷至100℃左右，放入盛有浓硫酸的干燥器中备用。甘油在常温下是黏稠的**，取用时注意转移中的损失。
[3] 烧瓶内混合物未加浓硫酸时，十分黏稠，难以摇动；加入浓硫酸后，黏度大为降低。但硫酸滴加速度不可太快，边滴边摇动烧瓶，并时用冷水冷却。
[4] 此反应为放热反应，溶液呈微沸时，表示反应已经开始；如继续加热，则反应过于激烈，会使溶液冲出容器。
[5] 8羟基喹啉既溶于酸又溶于碱而成盐，且成盐后不被水蒸气蒸馏出来，为此必须小心中和，严格控制pH为7~8。当中和恰当时，瓶内析出的8羟基喹啉沉淀最多。
[6] 产物蒸出后，检查烧瓶中pH，必要时可加少量水再蒸一次，确保产物蒸出。
[7] 由于8羟基喹啉难溶于冷水，向滤液中慢慢滴入去离子水，即有8羟基喹啉不断结晶析出。亦可用升华操作提纯，得漂亮的针状晶体。
[8] 反应产率以邻氨基苯酚计算，不考虑邻硝基苯酚部分转化后参与反应的量。
五、思考题
（1） 为什么第一次水蒸气蒸馏要在酸性条件下进行，第二次要在中性条件下进行？
（2） 在Skraup合成中，若用对甲苯胺作原料，应得到什么产物？硝基化合物应如何选择？
实验4４硝苯地平（药物心痛定）
一、实验目的
（1） 学习用Hantzsch反应合成二氢吡啶类心血管药物的原理和方法。
（2） 学习用薄层色谱法跟踪反应的操作。
二、实验原理
硝苯地平（Nifedipine）又名心痛定，化学名为1，4二氢2，6二甲基4（2硝基苯基）3，5吡啶二甲酸二甲酯，是20世纪80年代末出现的第一个二氢吡啶类抗心绞痛药物，还兼有很好的高血压治疗功能，是目前仍在广泛使用的抗心绞痛和降血压药物。硝苯地平是由邻硝基苯甲醛、乙酰乙酸甲酯和氨水通过Hantzsch二氢吡啶合成反应缩合得到。
Ｏ２ＮＣＨＯ2CH3COCH2COOCH3NH3，△
三、仪器与试剂
1. 仪器
三口烧瓶（50mL）、电热套、磁力搅拌器、锥形瓶、球形冷凝管、薄层色谱板、层析缸、紫外分析仪、超声波清洗器。
2. 试剂
邻硝基苯甲醛、乙酰乙酸甲酯、乙醇、氨水（25%）、石油醚、乙酸乙酯。
四、实验步骤
在50mL三颈烧瓶中加入2.5g（0.016mol）邻硝基苯甲醛、3.8g（0.0328mol）乙酰乙酸甲酯、10mL乙醇和2.0mL（0.0264mol）25%氨水，加入搅拌磁子，装上回流冷凝管、插入温度计。搅拌下加热至回流（保持温度稳定，微沸）。用薄层色谱法（TLC）跟踪反应，3h后原料邻硝基苯甲醛基本消失，新点（反应主产物）显著，Rf＝0.44（展开剂：石油醚乙酸乙酯，体积比为1∶1）。停止反应，将反应瓶内的混合物转移到盛有40mL冰水的烧杯中，静置冷却，析出黄色固体，如产物呈棕色黏状物，将烧杯置于超声波清洗器中振**15~20min。抽滤，得粗产品。粗产物用乙醇重结晶，得淡黄色晶体或粉末，干燥，称量，计算产率。
纯硝苯地平为淡黄色针状晶体，熔点172~174℃，其红外和核磁共振图谱见附录７（图31）。
本实验约需6h。
五、思考题
试写出本实验中环合反应的机理。
实验４５2甲基苯并咪唑
一、实验目的
（1） 了解微波辐射合成2甲基苯并咪唑的原理和方法。
（2） 熟练掌握微波加热技术的原理和实验操作方法。
二、实验原理
咪唑类杂环化合物是一类重要的有机中间体，通过咪唑类的还原水解及其甲基碘盐与Grignard试剂的加成反应得到醛、酮、大环酮以及乙二胺衍生物等，为这类化合物的合成提供了新的合成方法。通常苯并咪唑类化合物是由邻苯二胺和羧酸为原料，加热回流得到。将微波技术用于邻苯二胺和乙酸的缩合反应，提供了2甲基苯并咪唑的快速合成法，反应时间比传统反应速率提高4～10倍，产率也有较大的提高。
反应如下：
NH2NH2+CH3COOH微波辐射 +H2O
三、仪器与试剂
1. 仪器
微波炉、圆底烧瓶（25mL）、空气冷凝管、球形冷凝管、抽滤装置、熔点测定仪、电子天平。
2. 试剂
邻苯二胺、乙酸、氢氧化钠。
四、实验步骤
在25mL圆底烧瓶中放入1g (0.009mol)邻苯二胺和1.0mL(0.017mol)乙酸，摇动混合均匀后，置于微波炉中心，烧瓶上口接一个空气冷凝管通到炉外，其上口再接一支球形冷凝管。使用低火挡(150～200W)[1]微波辐射约8min。反应完毕得淡黄色黏稠液，冷至室温，用10％氢氧化钠溶液调节至碱性[2]。有大量沉淀析出，冰水冷却使之析出完全。抽滤，冷水洗涤，用水重结晶，干燥得无色晶体约1.0g。
2甲基苯并咪唑的熔点为176～177℃，其红外和核磁共振图谱见附录7（图32）。
本实验约需40min。【注释】
[1] 辐射功率不宜过高，一般以160W为宜，反应时间6～8min较佳。
[2] 反应液的碱性一般调至pH为8～9，碱性不宜过强。
五、思考题
（1） 为什么合成2甲基苯并咪唑的温度不能过高?
（2） 微波辐射合成有机化合物的优点是什么?