第九届全国大学生化学实验邀请赛有机操作题

H Me
Me O N
Me
H Me
Me O N
Me
O
N benzoxazole
pseudopteroxazole
O
O
HO
N
Me
flunoxaprofen
homopseudopteroxazole
O
O
O
N
F
HO
NH
N
zinbo-5
因此，苯并噁唑衍生物的合成研究受到了有机化学和药物化学家的广泛关注， 新的合成方法不断被发展。其中，利用 2-氨基酚和醛缩合产物席夫碱的进一步氧化 是合成 2-取代苯并噁唑类化合物的方法之一，但该方法传统上要使用化学计量的氧 化剂，不符合绿色化学的要求，以氧气为终端氧化剂的催化氧化已成为有机氧化反 应的发展趋势。以 2-氨基酚和芳香醛为原料，利用氮氧自由基如 2,2,6,6-四甲基-4-
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第九届全国大学生化学实验邀请赛实验试题 2014. 7. 兰州 3. 本实验目标产物的合成过程中，用 TLC 监测反应进程时，TLC 展开后 Rf 值接近
1 的显色点 (254 nm 紫外光) 代表什么物质？如果将 TLC 板放置一段时间后将 会有何变化？
4. 用柱色谱分离纯化产物时，在大量加入洗脱剂时不慎将硅胶吸附物冲散，使较多 的被分离物进入洗脱剂中，接着进行洗脱分离，将导致什么后果？
[3] 席夫碱在硅胶薄层色谱板上会缓慢分解。
参考文献： [1] Rodríguez, A. D.; Ramírez, C.; Rodríguez, I. I.; González, E. Org. Lett. 1999, 1, 527. [2] Taki, M.; Wolford, J. L.; O'Halloran, T. V. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 712. [3] Chen, Y.-X.; Qian, F.-L.; Zhang, W.; Han, B. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 9330.
三．实验步骤 1．席夫碱的合成 在 100 mL 圆底烧瓶中依次加入 2-氨基苯酚 545 mg (5.0 mmol)、4-氯苯甲醛 717
mg (5.1 mmol) 及 30 mL 正辛烷，装上分水器，磁力搅拌下油浴 (170℃左右) 加热 回流 15 分钟。停止加热，稍冷后将反应瓶置于约 50℃水浴中，冷却至大部分结晶 析出，再置于冰水浴中冷却至结晶完全，抽滤，用 15 mL 石油醚 (30～60℃) 洗涤 结晶，将产品转移到已称重并标有考生编号的培养皿中。
注：[1] 本实验中席夫碱的合成若使用石油醚 (90～120℃) 作溶剂，则反应时间约需 1 小时。 [2] 催化氧化步骤中，如催化剂用量为席夫碱的 1 mol%时，用氧气氧化在 120℃反应完成
约需 15 小时。催化剂用量增加可缩短反应时间，当 4-HOTEMPO 用量为席夫碱 200 mol%时， 无氧条件下加热反应可在数分钟内完成。
第九届全国大学生化学实验邀请赛 2014. 7. 兰州
第九届全国大学生化学实验邀请赛实验试题 有机化学实验
选手编号:
成绩:
2-(4-氯苯基)苯并噁唑的合成
苯并噁唑 (benzoxazole) 是一类重要的杂环化合物，该骨架广泛存在于多种具有
生物活性的化合物中，如西印度洋珊瑚海洋天然产物 pseudopteroxazole 和 seco-
pseudopteroxazole，以及加勒比海的海洋天然产物 homopseudopteroxazole 具有良好的 抗结核活性[1]。苯并噁唑也是药物分子中常见的骨架之一，如氟诺洛芬 (flunoxaprofen
/priaxim) 是一类手性非甾体抗炎药物，能显著改善骨关节炎和类风湿性关节炎症状。 另外，苯并噁唑类化合物如 zinbo-5 作为荧光化合物用于荧光传感器[2]。
5. 本实验中减压蒸馏除去反应溶剂如果不够彻底，会影响产物的纯度吗？为什么？
6. 本实验中减压蒸馏完成后为什么要冷却烧瓶至室温？
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第九届全国大学生化学实验邀请赛实验试题 2014. 7. 兰州
实验记录
注意：可不写已知的投料量数据和实验过程等，简要记录相关的重要实验现象、 操作要点及实验数据等。
2．请时可使用 乳胶手套。
3．仪器设备清单置于实验柜中，请选手开始实验前仔细检查仪器及设备，如有问题请及时 向监考老师报告。
4．实验所需的 2-氨基苯酚、4-氯苯甲醛和催化剂 4-HOTEMPO 均已称好，请考生适时向监 考教师领取。
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第九届全国大学生化学实验邀请赛实验试题 2014. 7. 兰州
羟基哌啶-1-氧自由基 (4-HOTEMPO) 为有机小分子催化剂、氧气为终端氧化剂， 可高效地合成 2-芳基苯并噁唑类化合物[3]。本实验是在文献[3]基础上设计而成。
注意事项
1．请各位选手在 6.5 小时内完成本实验 (包括实验记录及回答问题)。实验时间每延长 5 分 钟扣 1 分，但延长时间最多不超过 30 分钟，请合理安排实验时间。
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第九届全国大学生化学实验邀请赛实验试题 2014. 7. 兰州 四．请简要回答下列问题 1．写出本实验中合成席夫碱及其 2-(4-氯苯基)苯并噁唑的可能反应机理。
2. 下图是产物 2-(4-氯苯基)苯并噁唑的 1H NMR 谱图 (CDCl3 为溶剂，TMS 为内标， 仪器频率为 400 MHz)，指出谱图中哪些峰为 4-氯苯基上氢的吸收峰 (请直接在 谱图上标出)。请问化学位移 7.26 ppm 处的吸收峰是何种氢原子的核磁共振信 号？
(抽干后的产品请交给监考老师，监考老师将干燥后的产品称重，返还考生自己 合成的产品 232 mg 用于下步实验。考生另取少量产品用石油醚配制溶液用作下步 TLC 监测反应的对比样。)
2．2-(4-氯苯基)苯并噁唑的合成 在已盛有 4-HOTEMPO 69 mg (0.4 mmol) 的 25 mL 三口瓶中，再依次加入上步 合成的席夫碱 232 mg (1.0 mmol) 及 3 mL 二甲苯，安装冷凝管和导气管 (下端弯成 约 135°，出口直径约 2 mm)。接通小气泵电源，调节导气管上的螺旋夹，将空气连
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第九届全国大学生化学实验邀请赛实验试题 2014. 7. 兰州
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5．实验完成后请考生向监考教师提交本报告 (包括实验记录和问题回答)。 6．实验结束后, 请按要求分类回收废弃物及废液、整理实验台、清洗仪器 (不计时)，征得 监考教师允许后方可离开。
一．实验内容及原理
1．以 2-氨基苯酚和 4-氯苯甲醛为原料在适当溶剂中加热条件下发生加成缩合
反应生成席夫碱。
2．以席夫碱为原料在 2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶-1-氧自由基 (4-HOTEMPO) 催
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续鼓入反应液中 (鼓泡速度约为 5～10 个/秒)。磁力搅拌下，在 140℃油浴中加热反 应，TLC 监测反应进程。
按以下要求提交相应的 TLC 板： (1) 反应 30 分钟后用 TLC 第一次监测反应进程，在实验记录纸上以 1 : 1 比例 画出观察到的 TLC 现象，标出目标产物和席夫碱所在位置，并列式计算目标产物 的 Rf 值，将 TLC 板标上考生编号后及时交给监考教师。 (2) 反应 1 小时 30 分钟后进行第二次监测，以后每 20 分钟监测一次，将显示 反应已完成的 TLC 板标上考生编号及时交给监考教师。 反应完成后将反应物料转移至 100 mL 圆底烧瓶中，搭建减压蒸馏装置，磁力 搅拌下用水泵减压蒸除反应溶剂 (油浴温度不高于 140℃)。蒸完后冷却烧瓶至室温， 加入约 5 mL 二氯甲烷溶解反应混合物，然后加入约 1 g 硅胶 (100～200 目)，拌匀， 用旋转蒸发仪减压蒸除二氯甲烷，得到反应混合物的硅胶吸附物。 3．快速柱层析提纯目标产物 称取 8 g 硅胶 (300～400 目)，加入适量适当溶剂 (请到监考老师处领取)，湿法 装柱，上样，用快速柱层析法纯化目标产物。 注意：加压可用手动式双联球或小气泵，请注意控制流速。 收集含目标产物的洗脱液，合并至 100 mL 圆底烧瓶中 (已称重，并标有选手 编号，届时由监考教师发放)，将此合并液用 TLC 分析，标上选手编号交给监考教 师。合并液减压旋蒸除去溶剂，再用真空油泵减压除去残留溶剂 (10 分钟)，上交 装有最终产品的圆底烧瓶，由工作人员称重，并反馈结果给学生。 选手将所有材料 (试卷和实验记录) 上交监考老师后实验计时结束。
使用前已用无水乙醇重结晶)； 4-氯苯甲醛 C7H5ClO (M=140.56)，纯品为无色结晶，熔点 48℃ (C.P.，使用前
已用 30～60℃石油醚重结晶)； 2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶-1-氧自由基(4-HOTEMPO) C9H18NO2 (M = 172.24)，
橙色结晶，熔点 69～71℃ (C.P.)； 正辛烷 沸点 125.8℃ (A.R.)； 石油醚 沸程 30～60℃, 60～90℃ (A.R.)； 二甲苯 沸点 137～140℃ (A.R.)； 二氯甲烷 沸点 39.8℃ (A.R.)； 硅胶 300～400 目及 100～200 目； TLC 展开剂 石油醚 (60～90℃) : 乙酸乙酯 = 5 : 1 (V/V)； 快速柱层析洗脱剂 石油醚 : 乙酸乙酯 (60～90℃)= 10 : 1 (V/V)； 薄层色谱板 (硅胶，GF254) 10 块； 4–HOTEMPO 样品液。
化下用空气氧化合成 2-(4-氯苯基)苯并噁唑。
3．用快速柱层析法纯化产物。
反应方程式如下：
CHO
OH
回流, 15 min
正辛烷 NH2
Cl
OH
N
H2O
Cl
OH
N
空气, 4-HOTEMPO