關(guān)于8-羥基喹啉制備實(shí)驗(yàn)的一些探討

王晶晶，李 峰，張安安，劉瀾濤，孟團(tuán)結(jié)，趙文獻(xiàn)

(商丘師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，藥物綠色合成河南省工程實(shí)驗(yàn)室，河南 商丘 476000)

關(guān)于8-羥基喹啉制備實(shí)驗(yàn)的一些探討

王晶晶，李 峰，張安安，劉瀾濤，孟團(tuán)結(jié)，趙文獻(xiàn)*

(商丘師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，藥物綠色合成河南省工程實(shí)驗(yàn)室，河南 商丘 476000)

8-羥基喹啉的制備是基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要內(nèi)容.對學(xué)生在該實(shí)驗(yàn)中常出現(xiàn)的問題進(jìn)行系統(tǒng)的分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法.通過這些細(xì)小操作技巧的改進(jìn)，有助于學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察以及對實(shí)驗(yàn)原理的理解.此外，還可提高產(chǎn)品的收率，具有明顯的優(yōu)越性.

8-羥基喹啉；水蒸汽蒸餾；制備；探討

基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課是化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程與工藝、藥學(xué)等多學(xué)科的學(xué)生必修課程之一，它很強(qiáng)的實(shí)踐性以及在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的地位和作用是有機(jī)化學(xué)理論課所不能替代的.通過對基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)學(xué)生的基本操作技能，且有助于加深學(xué)生對有機(jī)化學(xué)這門課理論知識的理解.

圖1 8-羥基喹啉的合成過程

8-羥基喹啉是重要的有機(jī)合成中間體，是合成醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料的原料.它也是鹵化喹啉類抗阿米巴藥物的中間體，包括喹碘仿、氯碘喹啉、雙碘喹啉等[1].同時(shí)該品還可作為化學(xué)分析的絡(luò)合滴定指示劑.8-羥基喹啉的合成方法有喹啉磺化堿熔、氯代喹啉水解、氨基喹啉水解和Skraup合成等四種方法[2].目前的教材中，通過經(jīng)典Skraup合成法[3, 4]，即利用鄰氨基苯酚、濃硫酸、甘油和鄰硝基苯酚共熱得到8-羥基喹啉 (圖1)[5, 6].

1 實(shí)驗(yàn)過程的探討

1.1 反應(yīng)的引發(fā)

反應(yīng)的引發(fā)對于反應(yīng)的順利進(jìn)行是至關(guān)重要的，影響著反應(yīng)的產(chǎn)率，決定著反應(yīng)的成敗.尤其對于需要加熱引發(fā)的放熱反應(yīng)，若引發(fā)不到位，反應(yīng)很難進(jìn)行，導(dǎo)致反應(yīng)失敗；若引發(fā)失當(dāng)，使反應(yīng)過于劇烈，再加上反應(yīng)本身的放熱，就會(huì)導(dǎo)致部分有機(jī)物發(fā)生碳化或聚合，生成黑色的物質(zhì)附著于蒸餾瓶壁上，不但嚴(yán)重影響反應(yīng)的產(chǎn)率，同時(shí)給蒸餾瓶的清洗帶來較大困難.對于8-羥基喹啉制備實(shí)驗(yàn)，教材采用的是將無水甘油、鄰硝基苯酚、鄰氨基苯酚混合均勻，然后緩慢加入濃硫酸，裝上回流冷凝管，加熱，當(dāng)溶液微沸時(shí)，立即移去熱源，從而引發(fā)反應(yīng)的進(jìn)行.實(shí)驗(yàn)過程中我們發(fā)現(xiàn)，通過觀察“溶液微沸”來判斷反應(yīng)的引發(fā)是比較困難的.大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加熱引發(fā)時(shí)，反應(yīng)瓶內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量黃色的煙，當(dāng)黃煙充滿球形冷凝管的第一個(gè)球時(shí)，這時(shí)立即移去熱源，反應(yīng)的引發(fā)相對較好些，且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常容易觀察.

此過程中加入的濃硫酸具有兩方面的作用：一是使甘油脫水形成丙烯醛；二是使鄰氨基苯酚和丙烯醛發(fā)生1,4-加成反應(yīng)且進(jìn)一步發(fā)生脫水成環(huán)反應(yīng)形成1,2-二氫-8-羥基喹啉中間體.

1.2 第一次水蒸汽蒸餾

水蒸汽蒸餾法系指將含有揮發(fā)性成分的物質(zhì)與水共蒸餾，使揮發(fā)性成分隨水蒸氣一并餾出，經(jīng)冷凝分取揮發(fā)性成分的浸提方法.該法適用于具有揮發(fā)性、能隨水蒸氣蒸餾而不被破壞、在水中穩(wěn)定且難溶或不溶于水的化合物的提取.對于8-羥基喹啉制備實(shí)驗(yàn)，教材采用的是利用兩次水蒸汽蒸餾的方法進(jìn)行分離提純.第一次水蒸汽蒸餾是蒸掉未反應(yīng)的鄰硝基苯酚，鄰硝基苯酚溶于堿和熱水，不溶于冷水，但可以與蒸汽一同揮發(fā).因?yàn)猷徬趸椒邮且环N淡黃色晶體，所以觀察到餾出液沒有顏色時(shí)就表明多余的鄰硝基苯酚已除盡.如果此過程不除盡鄰硝基苯酚，那么在8-羥基喹啉的產(chǎn)品中必然混有鄰硝基苯酚，從而降低產(chǎn)品的純度.的確如此，在實(shí)驗(yàn)過程中，我們也是利用顏色消失來判斷第一次水蒸汽蒸餾完全與否.但是隨蒸汽揮發(fā)出來的鄰硝基苯酚很快冷凝于冷凝管壁上，這樣就導(dǎo)致流出液一直帶有淺黃色，給蒸餾終點(diǎn)的判斷帶來一定的麻煩.實(shí)驗(yàn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)冷凝管壁上析出較多固體時(shí)，可以將冷凝水關(guān)閉，這時(shí)水蒸汽冷凝會(huì)慢一些，會(huì)將冷凝管壁上析出鄰硝基苯酚溶解并沖洗下去，然后再打開循環(huán)冷凝水，觀察冷凝管壁上是否有固體析出或流出液是否帶有顏色，若有固體析出或流出液為淺黃色，則表明鄰硝基苯酚未除盡，需要反復(fù)關(guān)閉、打開循環(huán)冷凝水幾次即可；若無固體析出或流出液為無色，則表明鄰硝基苯酚已除盡，第一次水蒸汽蒸餾完畢.

1.3 第二次水蒸汽蒸餾

第二次水蒸汽蒸餾是收集產(chǎn)品8-羥基喹啉，在第一次水蒸汽蒸餾完全的情況下，產(chǎn)品的純度很高.控制產(chǎn)率的關(guān)鍵步驟在于第二次水蒸汽蒸餾前溶液的酸堿性，由于8-羥基喹啉是兩性分子 (圖2)，既溶于強(qiáng)酸又溶于強(qiáng)堿，其氮原子在酸中能結(jié)合氫離子，其羥基在堿中能電離出氫離子，所以在中性時(shí)收集的產(chǎn)量最高.實(shí)驗(yàn)過程中，將氫氧化鈉溶液逐滴加入到上述殘液中，調(diào)節(jié)pH值接近7時(shí)，再加入適量飽和碳酸鈉溶液使pH值保持在7～8之間，進(jìn)行第二次水蒸汽蒸餾.由于8-羥基喹啉制備實(shí)驗(yàn)需要加熱且反應(yīng)本身為放熱反應(yīng)，使得加水后的溶液為黑色，進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)時(shí)，將調(diào)節(jié)后溶液直接用pH試紙檢測，由于顏色較深，很難觀察和判斷.對此我們進(jìn)行了改進(jìn)，可將調(diào)節(jié)后的溶液取少量加入另一燒杯中，然后用水稀釋，再用pH試紙檢測，這樣一來就很容易觀察溶液pH值的變化情況.反復(fù)加入堿液、取少量溶液、加水稀釋、pH試紙檢測直到溶液pH值接近7時(shí)為止.

圖2 8-羥基喹啉與酸和堿的反應(yīng)

進(jìn)行第二次水蒸汽蒸餾時(shí)，隨水蒸汽揮發(fā)出來8-羥基喹啉也很容易析出在冷凝管壁上，有可能導(dǎo)致冷凝管堵塞，造成危險(xiǎn)事故發(fā)生.為了避免這種事情的發(fā)生，我們?nèi)匀豢梢圆扇〉谝淮嗡羝麴s中改進(jìn)的方法，反復(fù)關(guān)閉、打開循環(huán)冷凝水，讓水蒸汽將冷凝管壁上析出產(chǎn)品溶解并沖洗掉，或者利用細(xì)玻璃棒或粗銅絲通過人工的方法將冷凝管壁上產(chǎn)品捅下去，從而保證實(shí)驗(yàn)過程的順利完成.切記在進(jìn)行水蒸汽蒸餾時(shí)，嚴(yán)禁實(shí)驗(yàn)操作人員離場.

2 結(jié) 論

在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行8-羥基喹啉制備實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過仔細(xì)觀察和交流，發(fā)現(xiàn)了在該實(shí)驗(yàn)過程中常遇到的一些問題，并進(jìn)行了詳細(xì)的解析，提出了可能的原因，對實(shí)驗(yàn)嘗試了簡單的改進(jìn)，改進(jìn)方案對實(shí)驗(yàn)結(jié)果和教學(xué)效果都有較好的作用，這不僅進(jìn)一步提高了學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的積極性和培養(yǎng)了學(xué)生的基本操作技能，而且加深了學(xué)生對基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的體會(huì)和認(rèn)識.

[1]梁誠.喹啉及其衍生物的開發(fā)與應(yīng)用[J].四川化工,2004, 7 (4)：28-32.

[2]張珍明, 李樹安, 葛洪玉.8-羥基喹啉制備技術(shù)進(jìn)展[J].廣州化學(xué),2007, 32 (2)：62-65.

[3]張珍明, 李樹安, 葛洪玉.Skraup法合成8-羥基喹啉[J].精細(xì)石油化工,2007, 24 (1)：32-33.

[4]鄂永勝.8-羥基喹啉的合成[J].遼寧科技學(xué)院學(xué)報(bào),2009, 11 (2)：42-43.

[5]盧會(huì)杰, 趙文獻(xiàn).有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社,2009: 121-122.

[6]曾昭瓊.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(第三版)[M].北京：高等教育出版社, 2000：92-93.

[責(zé)任編輯：徐明忠]

Discussion and improvement in the preparation of 8-Hydroxyquinoline

WANG Jingjing, LI Feng, ZHANG Anan, LIU Lantao, MENG Tuanjie, ZHAO Wenxian*

(School of Chemistry and Chemical Engeniring, Shangqiu Normal University, Shangqiu 476000, China )

The synthesis of 8-hydroxyquinoline is one of the most important basic organic chemistry experiments in universities.In this paper, some problems and defects of traditional procedures in this experiment were found and the reasons were discussed.The improved operating skills help students to observe experimental phenomena and understand the principles of the experiment.Additionally, the reaction efficiency was also improved.

8-hydroxyquinoline; steam distillation; preparation; discussion

2015-09-08

國家自然科學(xué)基金(No. 21402116, 21502111, 21172139)資助項(xiàng)目

王晶晶(1984 - ),女,山東德州人,商丘師范學(xué)院講師,博士,主要從事金屬有機(jī)催化及其在有機(jī)合成中的應(yīng)用研究.

O626.32+3

A

1672-3600(2015)12-0038-03