羅一誠(chéng),高延峰,林維晟,苗志偉,*
1 南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院,元素有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300071
2 武夷學(xué)院生態(tài)與資源工程學(xué)院,福建 武夷山 354300
有機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)是化學(xué)專(zhuān)業(yè)本科生在完成有機(jī)化學(xué)和基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上,針對(duì)高年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)的有機(jī)化學(xué)專(zhuān)業(yè)課程。南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院在實(shí)際工作中將教學(xué)與科研緊密結(jié)合,通過(guò)加強(qiáng)“有機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)”課程建設(shè),培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際科研能力,幫助學(xué)生鍛煉實(shí)驗(yàn)技能、養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)[1-3]。有機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)是綜合性強(qiáng),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及實(shí)驗(yàn)室安全保護(hù)措施培訓(xùn)、有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)基本操作訓(xùn)練和實(shí)驗(yàn)進(jìn)程監(jiān)測(cè)方法、反應(yīng)后處理及化合物純化方法、有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)表征手段(核磁共振氫譜、碳譜、高分辨質(zhì)譜)的運(yùn)用、有機(jī)化學(xué)常用作圖軟件Chemdraw的使用等綜合知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和創(chuàng)新意識(shí)具有重要意義。本文介紹的有機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)是南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院本科生參加國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃的研究成果,是以訓(xùn)練本科生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、開(kāi)拓知識(shí)視野、提高科研創(chuàng)新能力為目的而設(shè)計(jì)的一個(gè)有機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)。
利用過(guò)渡金屬催化串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)構(gòu)建分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天然產(chǎn)物分子,以及具有生物和藥物活性的復(fù)雜分子的策略在有機(jī)合成研究領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[4]。雖然過(guò)渡金屬催化的有機(jī)反應(yīng)通常具有較高的產(chǎn)率和良好的反應(yīng)選擇性,但由于反應(yīng)條件嚴(yán)苛,試劑價(jià)格昂貴,較少出現(xiàn)在本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)中。本文介紹的有機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)是以2-乙烯基環(huán)丙烷-1,1-二甲酸二乙酯和1-芐基-4-亞芐基-2,3-吡咯烷酮為反應(yīng)物,利用鈀催化串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)高效合成2-芐基-3,4-二羰基-6-苯基-9-乙烯基-2-氮雜螺[4.4]壬烷-7,7-二羧酸乙酯化合物(圖1),該實(shí)驗(yàn)合成路線長(zhǎng)、涉及的實(shí)驗(yàn)操作步驟多、綜合性強(qiáng),適合針對(duì)化學(xué)專(zhuān)業(yè)高年級(jí)本科生開(kāi)設(shè),有利于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作水平,鍛煉學(xué)生的科研能力。
圖1 2-芐基-3,4-二羰基-6-苯基-9-乙烯基-2-氮雜螺[4.4]壬烷-7,7-二羧酸乙酯的合成路線
(1) 掌握多步有機(jī)合成的方法和實(shí)驗(yàn)操作步驟;
(2) 學(xué)習(xí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)程的手段和有機(jī)化合物分離純化方法;
(3) 掌握利用核磁共振氫譜(1H NMR)、碳譜(13C NMR)和高分辨質(zhì)譜(HRMS)鑒定化合物結(jié)構(gòu)的技術(shù);
(4) 了解實(shí)驗(yàn)室安全操作規(guī)程及自我保護(hù)的方法。
實(shí)驗(yàn)所需要的儀器及其型號(hào)和制造商(表1)。
表1 實(shí)驗(yàn)所需主要儀器
實(shí)驗(yàn)所需試劑及純度和生產(chǎn)廠家(表2)。
表2 實(shí)驗(yàn)所需主要試劑
圖2 1-芐基-4-亞芐基-2,3-吡咯烷酮的合成
將芐胺1 (2.14 g,20 mmol)溶于25 mL甲醇,在氮?dú)獗Wo(hù)下加入新蒸的丙烯酸乙酯2 (2.00 g,20 mmol),將此無(wú)色混合物在室溫下攪拌24 h。減壓濃縮除去溶劑得無(wú)色油狀物,蒸餾收集多余的芐胺,得到白色固體3 (3.52 g,收率:85%)。將乙醇鈉(1.22 g,18 mmol)溶于10 mL干燥乙醚中,氮?dú)獗Wo(hù)下加入草酸二乙酯(2.63 g,18 mmol),然后將3溶于10 mL干燥乙醚中,攪拌下逐滴加入反應(yīng)體系中。反應(yīng)回流5 h后利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸除溶劑得到淡黃色固體,用溫水(100 mL)溶解后用20%稀鹽酸酸化至弱酸性(pH = 5-6)。靜置過(guò)濾后用冰水洗滌沉淀,干燥后得到1-芐基-4-乙酯基-2,3-吡咯烷酮5 (3.99 g,收率:90%)。
向1-芐基-4-乙酯基-2,3-吡咯烷酮5 (3.13 g,12 mmol)中加入80 mL 20%稀鹽酸,加熱回流至無(wú)二氧化碳放出,所有固體溶解。冷卻后加入苯甲醛(2.55 g,24 mmol),向反應(yīng)體系中通入干燥氯化氫氣體,持續(xù)30 min,至反應(yīng)溶液逐漸出現(xiàn)固體,靜置30 min。用石油醚溶解稀釋固體后用95%乙醇重結(jié)晶2次,過(guò)濾即得產(chǎn)物1-芐基-4-亞芐基-2,3-吡咯烷酮7 (2.53 g,收率:76%)。
圖3 2-乙烯基環(huán)丙烷-1,1-二甲酸二乙酯的合成
將(E)-1,4-二溴丁-2-烯9 (3.0 g,14 mmol)溶于70 mL四氫呋喃中,然后依次加入丙二酸二乙酯8(2.14 mL,14 mmol)和碳酸銫(11.4 g,35.1 mmol),將反應(yīng)體系置于60 °C下反應(yīng)16 h,反應(yīng)結(jié)束后,向反應(yīng)體系中加入50 mL飽和氯化銨水溶液,再用乙酸乙酯(50 mL × 2)萃取水相,將有機(jī)相合并后用無(wú)水硫酸鈉干燥,抽濾、濃縮后經(jīng)柱層析純化(V石油醚:V乙酸乙酯= 9 : 1),得到產(chǎn)物10 (2.53 g,收率:76%)。
圖4 1-芐基-4-亞芐基-2,3-吡咯烷酮與乙烯基環(huán)丙烷的[3+2]環(huán)加成反應(yīng)
將1-芐基-4-亞芐基-2,3-吡咯烷酮7 (1.11 g,4 mmol)加入50 mL史萊克管中,加入1,2-雙(二苯基膦)乙烷dppe (0.160 g,10%,摩爾分?jǐn)?shù))和Pd2dba3·CHCl3(0.409 g,10%,摩爾分?jǐn)?shù)),通入氮?dú)獗Wo(hù)。向史萊克管中加入2-乙烯基環(huán)丙烷-1,1-二甲酸二乙酯10 (1.02 g,4.8 mmol)和15 mL二氯甲烷(DCM),室溫?cái)嚢璨⒗帽由V(TLC)監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)程。反應(yīng)完成后加入10 mL飽和氯化銨溶液淬滅反應(yīng),利用二氯甲烷(20 mL × 3)萃取,合并有機(jī)相并用無(wú)水硫酸鎂干燥,抽濾、濃縮后經(jīng)柱層析分離(V石油醚:V乙酸乙酯= 7 : 1),得產(chǎn)物11 (1.67 g,收率:85%)。
通過(guò)1H NMR和13C NMR表征了化合物7的分子結(jié)構(gòu)。1H NMR中δ4.54為氮α位(烯丙位)的兩個(gè)氫,δ4.73為氮α位(芐位)的兩個(gè)氫,δ7.55-7.59為亞芐基雙鍵上的氫,其余低場(chǎng)共10個(gè)氫為苯環(huán)上的氫。13C NMR中δ47.1的信號(hào)峰為氮α位(烯丙位)sp3碳的化學(xué)位移,δ47.5為氮α位(芐位)sp3碳的化學(xué)位移,δ187.3為與亞芐基雙鍵共軛羰基的碳對(duì)應(yīng)的化學(xué)位移,δ160.6為酰胺結(jié)構(gòu)羰基碳的化學(xué)位移,δ136.2和136.0為亞芐基雙鍵碳對(duì)應(yīng)的化學(xué)位移,剩余信號(hào)均為芳香碳所對(duì)應(yīng)的化學(xué)位移。黃色固體;熔點(diǎn):180-182 °C;1H NMR (400 MHz, DMSO-d6):δ7.60-7.64 (m, 2H), 7.55-7.59 (m, 1H), 7.47-7.53(m, 3H), 7.32-7.40 (m, 5H), 4.73 (s, 2H), 4.54 (s, 2H);13C NMR (100 MHz, DMSO-d6):δ187.3, 160.6,136.2, 136.0, 133.8, 131.8, 131.6, 129.7, 129.2, 128.7, 128.5, 128.1, 127.9, 126.6, 47.5, 47.1;HRMS (ESI)m/zcalcd. for278.1176,found 278.1179。
通過(guò)1H NMR和13C NMR表征了化合物10的分子結(jié)構(gòu)。1H NMR中δ1.28-1.21為兩個(gè)甲基的氫,δ1.51和1.66是環(huán)丙烷中CH2的氫,δ2.55為環(huán)丙烷上烯丙位的氫,δ4.29-4.08的四個(gè)氫對(duì)應(yīng)兩個(gè)乙基上CH2的氫,剩余δ5.43-5.06對(duì)應(yīng)乙烯基上的三個(gè)雙鍵氫。13C NMR中δ14.0和14.1對(duì)應(yīng)兩個(gè)甲基碳,δ20.2、30.9和35.8對(duì)應(yīng)環(huán)丙烷的三個(gè)碳,δ61.3和61.5對(duì)應(yīng)兩個(gè)乙基上氧α位的碳,δ118.3和133.1對(duì)應(yīng)乙烯基的雙鍵碳,δ167.3和169.5對(duì)應(yīng)兩個(gè)羰基碳。無(wú)色液體;1H NMR (400 MHz, CDCl3)δ5.43-5.23(m, 1 H), 5.26 (dd,J= 9.45 Hz, 1.95 Hz, 1H), 5.06 (dd,J= 5.85 Hz, 2.1 Hz, 1H), 4.29-4.08 (m, 4H), 2.55(q,J= 8.7 Hz, 1H), 1.66 (dd,J= 6.3 Hz, 5.1 Hz, 1H), 1.51 (dd,J= 6.9 Hz, 4.8 Hz, 1H), 1.28-1.21 (m,6H);13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ169.5, 167.3, 133.1, 118.3, 61.5, 61.3, 35.8, 30.9, 20.2, 14.1, 14.0;HRMS (ESI)m/zcalcd. for,found 213.1124。
通過(guò)1H NMR和13C NMR以及高分辨質(zhì)譜對(duì)產(chǎn)物11進(jìn)行了表征。1H NMR中δ0.81和1.15的兩個(gè)三重信號(hào)峰分別為兩個(gè)乙酯上的甲基氫,δ3.75-3.61和4.24-4.06的兩個(gè)多重峰對(duì)應(yīng)乙酯上的兩個(gè)亞甲基氫,δ4.93和5.02的兩個(gè)雙重峰對(duì)應(yīng)烯基端位亞甲基,而δ5.34的三個(gè)雙重峰則是烯基非端位的氫。δ4.37和4.55對(duì)應(yīng)芐位亞甲基氫,δ4.63單峰對(duì)應(yīng)芐位的氫,δ3.96對(duì)應(yīng)烯丙位碳上的氫。13C NMR中δ171.4和171.5對(duì)應(yīng)乙酯上的羰基碳,δ158.9對(duì)應(yīng)酰胺結(jié)構(gòu)上的羰基碳,δ201.9對(duì)應(yīng)酰胺結(jié)構(gòu)α位的羰基碳。高分辨質(zhì)譜測(cè)試結(jié)果與產(chǎn)物11相匹配。白色固體,熔點(diǎn):225-227 °C。1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ7.24 (dd,J= 5.0, 1.9 Hz, 3H), 7.15-7.02 (m, 5H), 6.90 (d,J= 7.4 Hz, 2H), 5.34 (ddd,J= 17.1,10.4, 6.6 Hz, 1H), 5.02 (d,J= 17.1 Hz, 1H), 4.93 (d,J= 10.4 Hz, 1H), 4.63 (s, 1H), 4.55 (d,J= 14.3 Hz,1H), 4.37 (d,J= 14.3 Hz, 1H), 4.24-4.06 (m, 2H), 3.96 (m, 1H), 3.75-3.61 (m, 2H), 3.39 (d,J= 12.1 Hz,1H), 2.88 (dt,J= 13.2, 6.6 Hz, 1H), 2.63 (t,J= 13.6 Hz, 1H), 2.42 (dd,J= 14.0, 6.6 Hz, 1H), 1.15 (t,J=7.1 Hz, 3H), 0.81 (t,J= 7.2 Hz, 3H);13C NMR (101 MHz, CDCl3)δ201.9, 171.5, 171.4, 158.9, 134.5,134.4, 132.3, 129.3, 128.9, 128.7, 128.5, 128.3, 127.8, 119.9, 62.4, 62.1, 61.9, 57.9, 57.4, 52.2, 48.4, 44.2,38.7, 13.9, 13.4;HRMS (ESI)m/zcalcd. for,found 490.2227。
白酒作為中國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,在中國(guó)擴(kuò)大對(duì)外開(kāi)放的進(jìn)程中,一定會(huì)大有作為。茅臺(tái)的國(guó)際市場(chǎng),也必將迎來(lái)一個(gè)新的發(fā)展機(jī)遇期。
合成化合物7的反應(yīng)機(jī)理如圖5所示[7]:首先芐胺在甲醇溶劑中于室溫下即可與丙烯酸甲酯發(fā)生Michael加成反應(yīng)生成中間產(chǎn)物3。隨后在乙醇鈉作用下,中間產(chǎn)物3酯基α-H離去,碳負(fù)離子與氮原子上的孤對(duì)電子分別進(jìn)攻草酸二乙酯的酯羰基,發(fā)生環(huán)化反應(yīng)生成1-芐基-4-乙酯基-2,3-吡咯烷酮5?;衔?在酸性條件下水解生成化合物14,然后加熱發(fā)生脫羧反應(yīng)生成化合物6?;衔?在酸性條件下羰基結(jié)合氫質(zhì)子生成化合物15,其共振結(jié)構(gòu)16與苯甲醛發(fā)生加成反應(yīng)生成化合物17,隨后脫除一分子水生成1-芐基-4-亞芐基-2,3-吡咯烷酮7。
圖5 合成化合物7的反應(yīng)機(jī)理
通過(guò)查閱文獻(xiàn)[8],推斷1-芐基-4-亞芐基-2,3-吡咯烷酮與乙烯基環(huán)丙烷發(fā)生的[3+2]環(huán)加成反應(yīng)中,零價(jià)鈀首先與配體dppe結(jié)合形成配體-鈀催化劑(Pd(0)/Ln),然后與2-乙烯基環(huán)丙烷-1,1-二甲酸二乙酯10發(fā)生氧化加成反應(yīng)生成中間體Int-I,中間體Int-I與1-芐基-4-亞芐基-2,3-吡咯烷酮7反應(yīng)生成中間體Int-II,進(jìn)一步發(fā)生[3+2]環(huán)加成反應(yīng)并脫除配體-鈀催化劑(Pd(0)/Ln)得到產(chǎn)物11 (圖6)。
圖6 合成化合物11的反應(yīng)機(jī)理
南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院從2009年起實(shí)施“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃”,鼓勵(lì)學(xué)生積極參加國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃,同時(shí)利用“夏季小學(xué)期”針對(duì)高年級(jí)本科生開(kāi)展科研訓(xùn)練,集中安排課時(shí)長(zhǎng)、操作步驟多、創(chuàng)新性強(qiáng)的有機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)。參加有機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的學(xué)生每學(xué)期30名,教學(xué)安排一般以2-3人為一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn),因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)合成路線較長(zhǎng),因此采用“匯聚合成”策略進(jìn)行實(shí)驗(yàn),即安排兩名學(xué)生分別合成化合物7和10,然后以化合物7和10為原料共同完成目標(biāo)化合物11的合成。由于其中有的實(shí)驗(yàn)步驟反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng),所以實(shí)驗(yàn)采用“間歇式”操作,例如芐胺1與丙烯酸乙酯2的反應(yīng)需要室溫下攪拌24 h,可以在每天早晨實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)即開(kāi)啟電磁攪拌,然后學(xué)生可以安排進(jìn)行其他實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,到晚上當(dāng)天實(shí)驗(yàn)結(jié)束后關(guān)閉攪拌,第二天早晨繼續(xù)反應(yīng)直到達(dá)到反應(yīng)時(shí)間。該反應(yīng)的特點(diǎn)是反應(yīng)的化學(xué)選擇性好,副產(chǎn)物很少,因此采用“間歇式”操作對(duì)反應(yīng)沒(méi)有大的不良影響。
該綜合實(shí)驗(yàn)在提升學(xué)生“三基”方面效果顯著,在提高學(xué)生的基本知識(shí)和基本理論方面,指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生分析每一步化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)類(lèi)型,然后帶領(lǐng)學(xué)生根據(jù)有機(jī)化學(xué)理論課程學(xué)習(xí)中的知識(shí)要點(diǎn),開(kāi)展反應(yīng)機(jī)理的討論,進(jìn)一步提出采取什么操作步驟能夠有效提高反應(yīng)收率。通過(guò)這種學(xué)習(xí)模式,能夠切實(shí)加強(qiáng)學(xué)生的基本知識(shí),提高基本理論水平,將有機(jī)化學(xué)基本理論與實(shí)踐緊密聯(lián)系,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“活的化學(xué)”,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中切實(shí)體驗(yàn)有機(jī)化學(xué)“從理論到實(shí)踐再到理論”的循環(huán)提高過(guò)程,有效提高了有機(jī)化學(xué)理論課程的學(xué)習(xí)效果。
在加強(qiáng)基本技能訓(xùn)練方面,該綜合實(shí)驗(yàn)更是獨(dú)具特色,因?yàn)槭嵌嗖接袡C(jī)化學(xué)合成實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生必須做到每一步所合成的化合物結(jié)構(gòu)正確而且產(chǎn)率達(dá)標(biāo),這樣才能夠保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)使用史萊克管作為反應(yīng)容器,利用基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中很少使用的“雙排管”進(jìn)行無(wú)水無(wú)氧的規(guī)范操作,鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作動(dòng)手能力。獲得所合成的目標(biāo)化合物以后,在負(fù)責(zé)大型儀器老師的指導(dǎo)下,利用核磁共振儀和高分辨質(zhì)譜儀進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征,用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果支持所合成化合物的結(jié)構(gòu)正確,這樣既加強(qiáng)了學(xué)生基本技能的訓(xùn)練,又有效避免了在普通有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中存在的“瞎子摸象”和“指鹿為馬”現(xiàn)象,真正讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)必須建立在堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,科學(xué)研究必須堅(jiān)持實(shí)事求是的科學(xué)精神。
有機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)近五年的實(shí)踐取得了良好的教學(xué)效果,參加課程學(xué)習(xí)的同學(xué)普遍反映課程內(nèi)容新穎,貼近科研實(shí)際,能夠全面鍛煉實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?018級(jí)本科生毛沅浩通過(guò)參加有機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí),明顯提高了對(duì)有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)帶動(dòng)其他課程成績(jī)的提高,最終成功保送中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所攻讀博士學(xué)位。2019級(jí)本科生劉家匯在課后感言中表示,“有機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容豐富,涉及的知識(shí)面廣,將有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)與科研實(shí)踐緊密結(jié)合,使我在實(shí)驗(yàn)中真正體會(huì)到科學(xué)研究的規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致,這是我在大學(xué)期間修讀的收獲最大的一門(mén)實(shí)驗(yàn)課程?!睋?jù)統(tǒng)計(jì),2017-2021年優(yōu)秀本科畢業(yè)論文獲獎(jiǎng)?wù)咧?7%的學(xué)生修讀了有機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程而且考試成績(jī)優(yōu)秀。通過(guò)開(kāi)展有機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn),有效提高了學(xué)生的科研能力,為后續(xù)進(jìn)行本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)和今后從事科學(xué)研究工作奠定了良好的基礎(chǔ)。
本實(shí)驗(yàn)涉及多步反應(yīng)和化合物結(jié)構(gòu)表征,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多,適于化學(xué)專(zhuān)業(yè)高年級(jí)本科生開(kāi)設(shè)。建議指導(dǎo)教師和助教注意以下幾點(diǎn):
(2) 督促學(xué)生充分做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí),查閱相關(guān)文獻(xiàn),熟悉每一步反應(yīng)原理和操作步驟。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前強(qiáng)調(diào)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)則和實(shí)驗(yàn)室廢液處理要求;
(3) 指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)課講授階段對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行分析講解,為實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行做好理論準(zhǔn)備;為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和獨(dú)立思考能力,指導(dǎo)教師可以要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告中通過(guò)搜索SCI Finder數(shù)據(jù)庫(kù),寫(xiě)出文獻(xiàn)已經(jīng)報(bào)道的目標(biāo)化合物的合成方法,在此基礎(chǔ)上可以實(shí)驗(yàn)小組為單位,鼓勵(lì)學(xué)生提出新的合成路線,供課堂討論;
(4) 實(shí)驗(yàn)完成后在教師指導(dǎo)下,由學(xué)生獨(dú)立完成核磁共振譜圖、高分辨質(zhì)譜分析和化合物結(jié)構(gòu)推測(cè);
(5) 指導(dǎo)學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)記錄并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,介紹相關(guān)繪圖軟件(Chemdraw)的使用方法,實(shí)驗(yàn)報(bào)告強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論,幫助學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲辛?xí)慣,提高學(xué)生的科研思維能力;
(6) 實(shí)驗(yàn)中需要使用干燥氯化氫氣體,可以利用氯化鈉與濃硫酸為原料進(jìn)行制備,向反應(yīng)體系中通入干燥氯化氫氣體時(shí)需要注意安裝尾氣接收裝置,防止大量氯化氫氣體泄漏在實(shí)驗(yàn)室中。
本文所推薦的有機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)是南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院將國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃的研究成果轉(zhuǎn)化成教學(xué)實(shí)驗(yàn)的典型案例,該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富,涵蓋了多步化學(xué)合成、產(chǎn)物分離純化、結(jié)構(gòu)表征等多個(gè)重要環(huán)節(jié),具有安全性高、重現(xiàn)性好、內(nèi)容綜合、便于推廣等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生獨(dú)立使用各類(lèi)有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行化合物的合成和純化,利用各類(lèi)大型分析儀器對(duì)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析表征,在教師指導(dǎo)下獨(dú)立分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),使學(xué)生完整掌握科研工作的全過(guò)程,鞏固有機(jī)化學(xué)理論學(xué)習(xí)成果,做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。通過(guò)開(kāi)展有機(jī)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn),使學(xué)生了解有機(jī)合成的基本規(guī)律,激發(fā)科研興趣,鍛煉學(xué)生的科研能力,為進(jìn)行本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)和今后從事科學(xué)研究工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
致謝:謹(jǐn)以此文慶祝南開(kāi)大學(xué)元素有機(jī)化學(xué)研究所建所60周年。