实验二十三 外消旋α-苯乙胺的合成和拆分

实验二十三 外消旋α-苯乙胺的合成和拆分 实验二十三 外消旋α-苯乙胺的合成和拆分 一、 实验目的 1、 学习外消旋α-苯乙胺的合成方法。 2、 掌握外消旋体的拆分的基本原理和方法 、 学习旋光度的测定方法 3 二、基本原理 在非手性条件下，由一般合成反应所得的手性化合物为等量的对映体组成的外消旋体，故无旋光性。利用拆分的方法，把外消旋体的一对对映体分成纯净的左旋体和右旋体，即所谓的消旋体的拆分。 拆分外消旋体最常用的方法是利用化学反应把对映体变为非对映体。如果手性化合物分子中含有一个易于反应的极性基团，如羧基，氨基等，就可以使它与一个纯的旋光化合物(拆解剂)反应，从而把一对对映体变成两种非对映体。由于非对映体具有不同的物理性质，如溶解性，结晶性等，利用结晶等方法将他们分离、精制，然后再去掉拆解剂，就可以得到纯的旋光化合物，达到拆分目的。 常用的拆解剂有马钱子碱、奎宁和麻黄素等旋光纯的生物碱(拆分外消旋的有机酸)以及酒石酸、樟脑磺酸等旋光纯的有机酸(拆分外消旋的有机碱)。 外消旋的醇通常先与丁二酸酐或邻苯二甲酸酐形成单酯，用旋光醇的碱把酸拆分，再经碱性水解得到单个的旋光性的醇。 对映体的完全分离当然是最理想的，但是实际工作中很难做到这一点，常用光学纯度表示被拆分后对映体的纯净程度，它等于样品的比旋光除以纯对映体的比旋光。 光学纯度(op)=样品的[a]/纯物质的[a]*100%。 本实验用(+)-酒石酸为拆解剂，它与外消旋α-苯乙胺形成非对映异构体的盐。 旋光纯的酒石酸在自然界颇为丰富，它是酿酒过程中的副产物。由于(-)-胺(+)-酸非对映体的盐比另一种非对映体的盐在甲醇中的溶解度小，故易从溶液中呈结晶析出，经稀碱处理，使(-)-α-苯乙胺游离出来。母液中含有(+)-胺(+)-酸盐，原则上经提纯后可以得到另一个非对映体的盐，经稀碱处理后得到(+)-胺。本实验只分离对映异构体之一，即左旋异构体，因右旋异构体的分离对学生来说显得困难。 本实验用(+)-酒石酸为拆解剂，它与外消旋α-苯乙胺形成非对映异构体的盐。 CHO3 +CHCCHNHNH+ 2HO+2HCO+COCHCHNHCHO6532432265 CH3CH3+-+HCOOHHCHNHClCO653+H+HClHCHNHCHO2C65 CHCH33 +-OH+NaCl+CHCHNH2+NaOHHCHNHCl652C653__(+)苯乙胺 三、主要仪器与药品 6.3g (0.041mol)(+)-酒石酸，甲醇，乙醚，50%氢氧化钠, 12g苯乙酮(11.8mL, 0.1mol)， 20g甲酸铵(0.32mol)，氯仿，浓盐酸，氢氧化钠，甲苯，乙醚。 四、操作步骤 1( α-苯乙胺的制备 在100mL蒸馏瓶中，加入11.8mL苯乙酮、20g甲酸铵和沸石，蒸馏头上插入接近瓶底的温度计，侧口连接冷凝管配成简单的蒸馏装置。在石棉网上用小火加热反应混合物至 o150-155C，甲酸铵开始熔化并分为两相，并逐渐变为均相。反应物剧烈沸腾，并有水和苯 o乙酮蒸出，同时不断产生泡沫放出氨气。继续缓缓加热至温度达到185C，停止加热，通常约需要1.5h。反应过程中可能会在冷凝管上生成一些固体碳酸铵，需暂时关闭冷凝水使固体溶解，避免堵塞冷凝管。将馏出物转入分液漏斗，分出苯乙酮层，重新倒回反应瓶，再继续 o加热15.h，控制反应温度不超过185C。 将反应物冷至室温，转入分液漏斗中，用15mL水洗涤，以除去甲酸铵和甲酰胺，分出N-甲酰-α-苯乙胺粗品，将其倒回原反应瓶。水层每次用6mL氯仿萃取两次，合并萃取液也倒回反应瓶，弃去水层。向反应瓶中加入12mL浓盐酸和沸石，蒸出所有氯仿，再继续保持微沸回流30-45min，使N-甲酰-α-苯乙胺水解。将反应物冷至室温，如有结晶析出，加入最少量的水让其溶解。然后每次用6mL氯仿萃取3次，合并萃取液倒入指定容器回收氯仿，水层转入100mL三颈瓶。 将三颈瓶置于冰浴中冷却，慢慢加入10g氢氧化钠溶于20mL水的溶液并加以摇振，然后进行水蒸气蒸馏。用PH试纸检验馏出液，开始为碱性，至馏出液Ph=7为止。约收集馏出液65-80mL。 将含有游离胺的馏出液每次用10mL甲苯萃取3次，合并甲苯萃取液，加入粒状氢氧化钠干燥并塞住瓶口。将干燥后的甲苯溶液用滴液漏斗分批加入25mL蒸馏瓶，先蒸去甲苯， o然后改用空气冷凝管蒸馏，收集180-190C馏分，产量5-6g，塞好瓶口准备进行拆分实验。 o纯的α-苯乙胺沸点187.4C。 此阶段实验约需8h。 2、s-(-)-α-苯乙胺的分离 在250mL锥形瓶中，加入6.3g(+)-酒石酸和90mL甲醇，在水浴上加热至接近沸腾(60?)，搅拌使酒石酸溶解。然后在搅拌下慢慢加入5g α-苯乙胺。须小心操作，以免混合物沸腾或起泡溢出。冷至室温后，将烧瓶塞住，放置24h以上，应析出白色棱状晶体。假 (1)如析出针状晶体，应重新加热溶解并冷却至完全析出棱状晶体。抽气过滤，并用少许冷甲醇洗涤，干燥后得(-)-胺(+)-酒石酸盐约4g。以下步骤为减少操作的困难，可由两个学生将各自的产品合并起来，约为8g盐的晶体。将8g(-)-胺(+)-酒石酸盐置于250mL锥形瓶中，加入30mL水，搅拌使部分结晶溶解，接着加入5mL 50%氢氧化钠，搅拌混合物至固体完全溶解。将溶液转入分液漏斗，每次用15mL乙醚萃取二次。合并醚萃取液，用无水硫酸钠干燥。水层倒入指定容器中回收(+)-酒石酸。 将干燥后的乙醚溶液用滴液漏斗分批转入25mL圆底烧瓶，在水浴上蒸去乙醚，然后蒸 (2)馏收集180-190?馏分于一已称重的锥形瓶中，产量约2-2.5g，用塞子塞住锥形瓶准备测定比旋光度。 3、比旋光度的测定 因制备规模限制，产生的纯胺数量不足以充满旋光管，故必须用甲醇加以稀释。用移液管量取10mL甲醇置于盛胺的锥形瓶中，摇振使胺溶解。溶液的总体积非常接近10mL(加上胺的体积，或者是后者的质量除以其密度(d=0.9395)，两个体积的加和值在本步骤中引起的误差可以不计)。根据胺的质量和总体积，计算出胺的浓度(g/mL)。将溶液置于2cm的样品管中，测定旋光度及比旋光度，并计算拆分后胺的光学纯度。纯s-(-)-a-苯乙胺的 15=-39.5?。 ,,,D 此阶段时间需要6h。 五、结果与讨论 根据所得到的比旋光度计算产物的纯度。 六、注意事项 (1)必须得到棱状晶体，这是实验成功的关键。如溶液中析出针状晶体，可采取如下步骤。 A、由于针状晶体易溶解，可加热反应混合物至恰好针状晶体已完全溶解而棱状晶体未开始溶解为止，重新放置过夜。 B、分出少量棱状晶体，加热反应混合物至其余晶体全部溶解，稍冷却后用取出的棱状晶体作种晶。如析出的针状晶体较多时，此方法更为适宜。如有现成的棱状晶，在放置过夜前接种更好。 (2)蒸馏α-苯乙胺时，容易起泡，可加入1-2滴消泡剂(聚二甲基硅烷0.001%的已烷溶液)。 作为一种简化处理，可将干燥后的醚溶液直接过滤到一已事先称重的圆底烧瓶中，先在水浴上尽可能蒸去乙醚，再用水泵抽去残余的乙醚。称量烧瓶即可计算出(-)-a-苯乙胺的质量。省去了进一步的蒸馏操作。 七、思考题 你认为本实验中关键步骤是什么,如何控制反应条件才能分离出纯的旋光异构体, 八、参考文献 1、《有机化学实验》(第二版)，王清廉，沈凤嘉修订，高等教育出版社 2、《基础有机化学》(第二版)，邢其毅等编写，高等教育出版社 九、e 网连接 1、、 十、附录 1((+)-α-苯乙胺的1H NMR 89.56 MHz ，10.6 mol% in CDCl 3 Assign. Shift(ppm) A 1.355 B 4.050 C 1.87 D 7.18 to 7.38 2. (+)-α-苯乙胺的IR谱 执笔 景崤壁