微波合成实验

     苯并咪唑衍生物是一类结构特殊的杂环化合物，被广泛用作环氧树脂固化（促进）剂、药剂、尿烷触媒、铜的防锈、炸药控制剂以及电解质等，是重要的基础化工材料。苯并咪唑及其衍生物在农药和医药领域是一类重要的活性物质，具有广谱的生物活性。由于其结构的优越性和生理活性、反应活性及其他优良特性，它的应用十分广泛，因此，苯并咪唑衍生物的合成及其生物活性受到广泛关注。

     苯并咪唑类化合物的传统合成方法是：邻苯二胺及其衍生物在催化剂及较高的温度和较大的压力的同时作用下与羧酸、醛类经多步反应而得，反应所需的时间较长，副反应多且产率低。鉴于微波辐射能有效加速有机反应，具有缩短加热时间、产率高、对环境友好等优点。本实验在微波作用下，先将氯乙酸与对羟基苯甲醛合成对醛基苯乙酸，并将此产物和邻苯二胺反应合成对苯并咪唑苯氧乙酸。

 微波是频率大约在 300 MHz～300 GHz,即波长在 1000～1 mm 范围内的电磁波，它位于电磁波谱的红外光波和无线电波之间。目前关于微波加速有机反应的机理，化学界存在着两种观点。一种观点认为，虽然微波是一种内加热，具有加热速度快、加热均匀无温度梯度、无滞后效应等特点，但微波应用化学反应仅仅是一种加热方式，与传统加热反应并无区别。他们认为微波应用于化学反应的频率 2450 MHz 属于非电离辐射，在与分子的化学键共振时不可能引起化学键断裂，也不能使分子激发到更高的转动或振动能级。微波对化学反应的加速主要归结为对极性有机物的选择加热,既微波的致热效应。另外一种观点则认为微波对化学反应的作用，一是使反应物分子运动剧烈，温度升高；二是微波场对离子和极性分子的洛仑兹力作用使得这些粒子之间的相对运动具有特殊性，且与微波的频率、温度及调制方式的密切相关，因而微波加速化学反应的机理非常复杂，存在致热和非致热两重效应。实验也证明了微波在一定条件下还可以抑制化学反应的进程。

将微波用于有机合成的研究涉及酯化、Diels -Alder、重排、Knoevenagel、Perkin、 Witting、 Reformatsky、 Dveckman、羧醛缩合、开环、烷基化、水解、烯烃加成、消除、取代、自由基、立体选择性、成环、环反转、酯交换、酯胺化、催化氢化、脱羧等反应及糖类化合物、有机金属、放射性药剂等的合成反应。

微波有机合成反应是使反应物在微波的辐射作用下进行反应，它需要特殊的反应技术，这与常规的有机合成反应是不一样的。微波反应技术大致可以分为 3 种：微波密闭合成技术、微波常压合成技术和微波连续合成技术。

微波化学作为一门新兴的交叉学科，还有许多需要深入研究的问题

综上所述，微波具有清洁、高效、耗能低、污染少等特点，它不仅开辟了有机合成的一个新领域，同时也广泛地应用于其它化学领域中，如微波脱附、干燥，微波溶样,微波净化，微波中药提取等。随着微波技术的不断成熟，微波在有机合成方面乃至整个化学领域都将有着无法估量的前景。

 

    对羟基苯甲醛（CP），国药集团化学试剂有限公司；氯乙酸（AR），天津市光复精细化工研究所；邻苯二胺（CP），国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇（AR），无锡市灵达化工有限公司；氢氧化钠（AR），天津市福晨化学试剂厂。

 

    WBFY-201 微电脑微波化学反应器（输出功率800W，巩义市予华仪器有限责任公司）、

    WRS-1B数字熔点测定仪（上海精密科学仪器有限公司）

101-A 电热鼓风干燥箱

 

（1）在碱性条件下，氯乙酸与对羟基苯甲醛在加热的作用下，合成对醛基苯氧乙酸，反应方程式如下：

        

（2）对醛基苯氧乙酸与邻苯二胺为原料，用乙醇做溶剂，合成了对苯并咪唑苯氧乙酸，反应方程式如下：

     

         

 （1）在常温下，环己烯与NBS合成3-溴-环己烯，反应方程式如下：

 

                     

 （2）在酸性高锰酸钾的作用下，3-溴环己烯被氧化，反应方程式如下：

  

         

                                                                     

      对氨基苯甲酸与3-硝基苯甲醛在无水乙醇的条件下加热，反应方程式如下：

    

 

 

 

本科毕业生实验所得的对苯并咪唑苯氧乙酸的熔点(单位：·C)

 

   

    上一届学生实验所得的对苯并咪唑苯氧乙酸的熔点(单位：·C)

 

 

   （1）因为上届学生实验所得的对苯并咪唑苯氧乙酸的熔点接近，所以将样品一、二、四混合，用乙酸乙酯溶解（也可用石油醚溶解，但溶解度没有乙酸乙酯大）。

（2）对溶解后的混合样品用水浴锅进行水浴加热半个小时左右。水浴完成后将反应液趁热倒入漏斗中过滤，再用乙酸乙酯溶解，再过滤，将装有滤液的烧杯放在冰水中进行重结晶。

（3）将所得的晶体烘干，称重，得产物的质量m=0.0784g。用WRS-1B数字熔点测定仪测定其熔点为193.6～194.2·C。

 

     取几块薄玻璃板，洗净擦干后放置在通风的桌子上。把硅胶和0.5%的羧甲醛纤维素按一定比例配成溶液。用药匙把上述溶液均匀地涂在薄玻璃板的一面上（涂时注意溶液的厚度应大致相同）。把涂好的玻璃板静置风干12h，色谱板即完成。

 

（1）在洗净干燥的250mL三颈烧瓶中一次性加入28.4g(0.3 mol)氯乙酸和100ml蒸馏水，磁力搅拌作用下用3mol/L的NaOH溶液调节pH=8～9，温度控制在20·C以下。再向其中一次性加入4.05g(0.0375mol)对羟基苯甲醛，升温回流，期间以一定速率向体系内滴加3mol/L的NaOH溶液，使p   H始终保持在8～9之间，回流5小时。

     （2）用TLC检测反应已结束（展开剂为V氯仿：V甲醇：V醋酸=89;10;1）。冷却反应液至80·C以下，滴加浓盐酸调节pH=1～2。冷却反应液至室温，析出大量固体。滤出固体，水洗3遍，烘干，称量产品，m=4.34g。

     （3）重复（1）、（2）步的操作，加入的对羟基苯甲醛质量改为4.20g，所得的产物质量m=6.26g。

     （4）将上述步骤中的得到的浅黄色固体产物混合，用WRS-1B数字熔点测定仪测定其熔点为195.7～196.5·C［文献值：常规加热回流5h，产率78%，m.p.203～204·C］。

     （5）在100mL洗净干燥的圆底烧瓶中加入1.8g对醛基苯氧乙酸和1.08g邻苯二胺（物质的量比为 1:1）和25mL无水乙醇，搅拌均匀，把圆底烧瓶放进微波反应器，装上冷凝回流管，设置功率为400W，反应12分钟（期间要保持冷凝回流管中的水是冷的）。反应完成后，待溶液稍冷，将所得的上层溶液转移至干燥的容器中，用冰水冷却，析出黄色固体，抽滤，烘干，称重，所得的产物的质量m=0.24g。

 

在洗净干燥的烧杯中加入2ml环己烯，再称取3.56g的NBS加入烧杯中，搅拌均匀后加入少量蒸馏水使其分层，下层为淡黄色油状物。用分液漏斗将下层油状物分离出，并水洗两次再分离，向分离后的油状物中加入少量的酸性高锰酸钾，观察反应后油状物颜色。

 

     在洗净干燥的100mL圆底烧瓶中加入3g 3-硝基苯甲醛和2.74g对氨基苯甲酸，并加入30mL无水乙醇作溶剂，摇匀。装上冷凝回流管，在水浴锅中进行加热回流，回流1h。反应完成后，将所得的反应液转移到干燥容器中冷却一定时间，析出黄色固体，抽滤，烘干，称重，所得产物的质量m=4.69g，用WRS-1B数字熔点测定仪测定其熔点超过300·C。

 

 

 

 按照产物 1 实验步骤进行操作，用3mol/l的NaOH溶液调节反应体系的pH值，使反应体系维持pH在8~9之间，因为反应产物中会产生盐酸，则要定时加入碱调其pH，若体系呈酸性，会产生副产物影响反应产率，当增加一定量的对羟基苯甲醛也会提高反应的产率产率由64.30%提高至92.74%。

 

  按照产物2实验步骤进行操作，邻苯二胺用量为1.08g（1mol)，对羟基苯氧乙酸1.80g（1mol),无水乙醇25ml，在微波功率400w下，考察微波时间对产率的影响。本次实验微波时间为12min，产率极低，理论微波时间为30min，产率62.8%，且反应物原料为反应产物1,产物1可能含有杂质，使得产率更低，产率为8.96%。

 

2.3 对氨基苯甲酸与3-硝基苯甲醛反应主要受回流时间及反应物用量影响，本次实验的产率为86.85% 。

 

 

 

3.1 氯乙酸与对羟基苯甲醛在加热作用下，合成对醛基苯氧乙酸，并对产物进行熔点测定。

3.2 在微波作用下，以对醛基苯氧乙酸和邻苯二胺为原料，用乙醇做溶剂，合成对苯并咪唑苯氧乙酸，并对产物进行熔点测定。

3.3 环己烯与NBS在常温下反应，双键的a-H被取代，生成3-溴环己烯，3-溴环己烯在酸性高锰酸钾的作用下双键断裂，形成2-溴己二酸。

3.4 在加热回流的条件下，以对氨基苯甲酸与3-硝基苯甲醛为原料，无水乙醇为溶剂进行反应，并对产应产物进行熔点测定。