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开环大师 发布于2017-08-07 20:14
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碳负离子缩合--二苄叉丙酮的合成(理论+实验)

楼层直达
我先说句:
这个实验是一年半前做的,当时我们有实验报告和相关文献,可惜具体细节已忘记(比如剂量)。。莫吐槽
        实验之前一定要写好一篇实验笔记!!!至少你要粗略计算一下数据,写一下过程,应急备案,知道自己做什么,对实验和自己的安全负责。大家可能觉得这个过程很枯燥不愿意做。也别找什么化学是以实验为基础的一门学科啥的(知不知道得诺奖的大都是总结别人成果的理论化学家)。我敢说,认真准备后一个实验能学会一类反应。产率还高。而且时间久了以后你会爱上这个过程的。
像这个样子大体写一些(数据不真实)

图片:IMG_0184.JPG



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理论部分:
先说下,所有连在电负性大于氢的原子上的氢原子都有电离成为自由质子的可能。甚至是甲烷(氢碳酸,pKa=49pka是酸的电离常数Ka的负对数,未说明只考虑一级电离。氨上氢的酸性pKa=37等等水的也在17左右。也许有人会问氨溶于水不是碱性吗,为何说它是酸?首先,我们需要把酸碱理论拓展到非水溶剂中,在水中显碱性是因为孤对电子的原因。但是在氨遇到更强的碱时,他就成了酸。。。甚至液氨中都存在自耦电离。
       强酸能制弱酸,当然,弱酸也能制更强的酸(平衡),所以丙酮(弱酸)和氢氧根(有机化学中比较弱的碱)生成了少量的丙酮负离子丙酮酸根
       绕了一圈,我们看丙酮,当他被拔掉一个氢时,会形成丙酮负离子。产生亲核性
机理如下(自己写的,可能有错误)

图片:2C334C91E31975FB06914F65B74E9C42.jpg


第一步丙酮拔氢形成碳负离子(虽然负电荷画在氧上,但实际上被拔掉氢的碳原子也带负电,而且亲和力强。),之后进攻位阻小的醛基,发生如图反应,之后构象变换,分子内质子交换,继续发生上述反应,最后和一份子水反应生成一个氢氧根和一个中间产物分子,的到中间产物(无法分离)。碱性环境下,中间产物立刻发生反应,羰基的α位被拔氢,形成负离子。只不过这次不是进攻别的分子了,自己在分子里走了一个扫堂腿,踹下了一个羟基(以氢氧根的形式离去)。重复一次,得到产物。
副反应:
如果由于反应物苯甲醛不足或者因为时间过短则可能生成苄叉丙酮,就是丙酮只有一个甲基参加了反应,生成了“半个”产物。
在碱性环境下,丙酮难免会自身缩合(丙酮负离子进攻丙酮分子)生成二丙酮醇。这个反应可逆而且平衡偏向反应物,就算脱水在浓碱中也应该能变成两个丙酮,更何况我们的苯甲醛大大的过量。所以问题不大。
只要你不是用的60%的超浓的氢氧化钠溶液,康尼查罗不大可能发生。。。。。。
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实验部分贴图来了

图片:IMG_20151226_153935.jpg


试验台全家福




先看看加完原料的烧瓶

图片:IMG_20151226_162633.jpg



原料都是无色透明的

之后在磁力搅拌的恒温水浴锅20℃恒温里1000转搅拌1小时

随着反应进行,开始有白色浑浊的东西生成

图片:IMG_20151226_161047.jpg




然后变红(估计是苄叉丙酮)

图片:IMG_20151226_163338.jpg




图片:IMG_20151226_163338.jpg





红色最后变橙,最后变黄

图片:IMG_20151226_165250.jpg




图片:IMG_20151226_170413.jpg




最后抽滤,水和酒精混和液洗,空气浴干燥得到产品

图片:IMG_20151226_174024.jpg



看看还闪着光,非常漂亮的小晶体,唯一可惜的就是太小看不出啥形状
能看到晶体说明温度控制的还不错。知识纯度能保证(不打脸)
我只是大体记着这个反应产率只有70%,明明苯甲醛过量了那么多。。。这么简单的基础反应咋说也要过85%啊,再说产物不溶于溶剂,不存在损失啊。看来时间还是不够,咋说我不信反应过夜产率不上90........

抽滤过程没拍,因为实验室泵坏了,去借了一个,十几号人等着抽滤,没好意思拍照
苄叉丙酮的共轭体系小于二苄叉丙酮,所以苄叉丙酮最高占有轨道(HOMO)与最低空轨道(LUMO)之间能量差距更大,吸收的光波长更短,显示的补色波长变长,即颜色更红。从结构上说,二苄叉丙酮分子要更对称,非极性官能团更少,在水-醇的极性溶剂中溶解度低于苄叉丙酮。苄叉丙酮在溶液中溶解的更多。
抽滤完的液体是红色的。从这个角度看,该红色物质很有可能是苄叉丙酮。(可惜当时没能做表征)
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这次拍的照片不多,光做实验了,称量啥的都是排着队来的,没空。。。原谅我。。。。
话说这次的讲解我实在想不出有什么办法能让初中到高中的人都能听懂,我学过竞赛我倒觉得很简单了。。但是对于大家可能还有难理解的地方。欢迎大家在帖子里问我。我争取尽全力给大家讲明白。有机化学东西太多,咱们不求全会,但求理解。
ich liebe dich
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Maker
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beautifultable 发布于2017-08-07 21:57
沙发F
哇,同款水浴锅
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杩斿洖椤堕儴