实验名称:(±)- 苯乙醇酸(苦杏仁酸)的合成及
拆分
一、实验目的
1.了解(±)-苯乙醇酸的制备原理和方法。
2.学习相转移催化合成基本原理和技术。
3.巩固萃取及重结晶操作技术。
4、了解酸性外消旋体的拆分原理和实验方法。
二、实验原理
苯乙醇酸(学名)(俗名是扁桃酸Mandelic acid,又称苦杏仁酸)可作医药中间体,用于合成环扁桃酸酯、扁桃酸乌洛托品及阿托品类解痛剂;也可用作测定铜和锆的试剂。
本实验利用氯化苄基三乙基铵作为相转移催化剂,将苯甲醛、氯仿和氢氧化钠在同一反应器中进行混合,通过卡宾加成反应直接生成目标产物。
需要指出的是,用化学方法合成的扁桃酸是外消旋体,只有通过手性拆分才能获得对映异构
反应式为:
反应中用氯化苄基三乙基铵作为相转移催化剂:
通过一般化学方法合成的苯乙醇酸只能得到外消旋体。
由于(±)-苯乙醇酸是酸性外消旋体,故可以用碱性旋光体做拆分剂,一般常用(-)-麻黄碱。
拆分时,(±)-苯乙醇酸与(-)-麻黄碱反应形成两种非对映异构的盐,进而可以利用其物理性质(如:溶解度)的差异对其进行分离。
反应式为:
三、基本操作训练:(含仪器装置和主要流程)
减压蒸馏操作及分水装置的操作和应用
【操作步骤】
合成
1、依次向25mL圆底烧瓶中加入3mL苄氯,3.5mL三乙胺,6mL苯,加几粒沸石后,加热回
流1.5h后冷却至室温,氯化苄基三乙基铵即呈晶体析出,减压过滤后,将晶体放置在装有无水氯化钙和石蜡的干燥器中备用。
2、在250mL三颈烧瓶上配置搅拌器、冷凝管、滴液漏斗和温度计。
依次加入2.8mL苯甲醛、5mL氯仿和0.35g氯化苄基三乙基铵,水浴加热并搅拌。
当温度升至56℃时,开始自滴液漏斗中加入35mL 30%的氢氧化钠溶液,滴加过程中保持反应温度在60-65℃,约20min
滴毕,继续搅拌40min,反应温度控制在65-70℃。
反应完毕后,用50mL水将反应物稀释并转入150mL的分液漏斗中,分别用9mL乙醚连续萃取两次,合并醚层,用硫酸酸化水相至pH=2-3,在分别用9mL乙醚连续萃取两次,合并所有醚层并用无水硫酸镁干燥,水浴下蒸除乙醚即得扁桃酸粗品。
将粗品置于25mL烧瓶中,加入少量甲苯,回流。
沸腾后补充甲苯至晶体完全溶解,趁热过滤,静置母液待晶体析出后过滤。
(±)-苯乙醇酸的熔点为120-122℃。
拆分
1.麻黄碱的制备:称取4g市售盐酸麻黄碱,用20mL水溶解,过滤后在滤液中加入1g氢氧化钠,使溶液呈碱性。
然后用乙醚对其萃取三次(3×20mL),醚层用无水硫酸钠干燥,蒸除溶剂,即得(-)-麻黄碱。
2.非对映体的制备与分离:在50mL圆底烧瓶中加入2.5mL无水乙醚、1.5g(±)-苯乙醇酸,使其溶解。
缓慢加入(-)-麻黄碱乙醇溶液(1.5g麻黄碱与10mL乙醇配成),在85-90℃水浴中回流1h。
回流结束后,冷却混合物至室温,再用冰浴冷却使晶体析出。
析出晶体为(-)-麻黄碱-(-)苯乙醇酸盐,(-)-麻黄碱-(+)苯乙醇酸盐仍留在乙醇中。
过滤即可将其分离。
3、(-)-麻黄碱-(-)苯乙醇酸盐粗品用2mL无水乙醇重结晶,可得白色粒状纯化晶体。
熔点166-68℃。
将晶体溶于20mL水中,滴加1mL浓盐酸使溶液呈酸性,用15mL乙醚分三次萃取,合并醚层并用无水硫酸钠干燥,蒸除有机溶剂后即得(-)苯乙醇酸。
熔点
131-133℃,(c=2.5,H2O)
(-)-麻黄碱-(+)苯乙醇酸盐的乙醇溶液加热除去有机溶剂,用10mL水溶解残余物,再滴加浓盐酸1mL使固体全部溶解,用30mL乙醚分三次萃取,合并醚层并用无水硫酸钠干燥,蒸除有机溶剂后即得(+)苯乙醇酸。
熔点131-134℃,(c=2.8,H2O)。
四、实验关键及注意事项
1、取样及反应都应在通风橱中进行。
2、干燥器中放石蜡以吸收产物中残余的烃类溶剂。
3、此反应是两相反应,剧烈搅拌反应混合物,有利于加速反应。
4、重结晶时,甲苯的用量约为1.5-2mL。
五、主要试剂及产品的物理常数:(文献值)
名称分子量性状旋光熔点℃沸点℃溶解度:克/100ml溶剂水醇醚
(±)-苯
乙醇酸
152.15 120-122 (-)苯乙
醇酸
152.15 131-133 (+)苯乙
醇酸
152.15 131-134℃六、产品性状、外观、物理常数:(与文献值对照)白色固体
七、产率计算:
产率=实际
理论
*100%
八、提问纲要
1、以季铵盐为相转移催化剂的催化反应原理是什么?
2、本实验中若不加季铵盐会产生什么后果?
3、反应结束后,为什么要先用水稀释?后用乙醚萃取,目的是什么?
4、反应液经酸化后为什么再次用乙醚萃取?
九、主要试剂用量、规格
苄氯、三乙胺、苯、苯甲醛、氯仿、30%氢氧化钠溶液、乙醚、无水硫酸镁、盐酸麻黄碱、无水乙醇、乙醚、苯、盐酸、
十、时间分配及控制
计划安排:10h。