2－甲基－2－己醇制備方法的改進

陳 虎， 畢建洪

（合肥師范學院 化學化工系，安徽 合肥230601）

化學是忠實于實驗的科學。實驗教學是實施全面化學教育的關鍵［1－2］。有機化學實驗作為一門重要的基礎實驗課，是化學、化工、材料、生命科學、環境科學、醫藥及海洋等多種學科學生必修的主干課程之一［3］。其目的是訓練學生牢固掌握有機化學實驗的基本技能和基礎知識：（1）培養學生正確選擇有機化合物的合成、分離、提純與分析、鑒定的方法，并讓學生及時掌握現代有機合成、分離、鑒定的手段；（2）通過有機實驗，還要培養學生分析、解決問題和獨立思考、獨立工作的能力。（3）通過有機實驗能加強學生對有機化學基礎理論和基本概念的理解，達到理論與實踐緊密結合的目的。總之，有機化學實驗不僅是傳授知識和技能的重要環節，也是訓練科學思維方法和培養科學精神和品德的有效形式。

2－甲基－2－己醇的制備實驗是一個綜合性實驗，實驗中涉及到無水無氧操作、回流、萃取、干燥、過濾、蒸餾等基本實驗操作，能夠培養學生多方面的能力。學生在日后有機合成、藥物設計、藥物合成常會用到這個反應，是一個化學、藥學類學生必做的一個重要實驗［4］。

但是，在實際教學過程中發現存在以下問題［5－8］：

（1）實驗操作與理論知識不符（理論要求無水無氧，實驗操作無法做到），給學生造成困擾，不利于訓練學生的科學思維方法，更不利于培養學生的科學精神和品德；

（2）由于操作不夠精細，造成比較嚴重的浪費；

（3）實驗裝置過于簡單，難以控制水分及空氣的含量，產率較低，而且往往不具備可重復性。

為此，我們設計了以下實驗內容，對原有的步驟進行改進。本文僅從實驗裝置及加料順序入手做了一系列的改進［9］。

1 實驗裝置的改進

原來的實驗裝置如圖1所示，改進后如圖2所示。改進后實驗裝置主要組成部分包括：1、7翻口塞（學校醫院廢棄物）；2、恒壓滴液漏斗；3、三頸燒瓶；4、氮氣球（兒童玩具）；5、接頭具活塞；6、回流冷凝管。

普通實驗裝置，操作簡單易行，但只能通過氯化鈣干燥管部分隔離水分，完全無法隔絕空氣中的氧氣和二氧化碳，產率不高，可重復性差；與理論知識嚴重不符。

改進后，由于可以通過接頭具活塞5抽真空交換成氮氣（如圖3所示），通過氣球保護防止空氣和水分進入，通過注射器添加反應試劑（如圖4所示），基本可以滿足無水無氧操作的要求；產量明顯提高（見表1），而且幾乎沒有增加實驗成本。

圖1 普通裝置

圖2 改進后的裝置

圖3 改進后的裝置抽真空示意圖

圖4 改進后的裝置氣體保護及試劑添加示意圖

2 實驗部分

2.1 實驗原理

鹵代烷在無水乙醚中和金屬鎂作用后生成的烷基鹵化鎂 R－MgX稱為Grignad試劑，X＝Cl，Br，I；

用有機金屬鎂試劑（Grignard試劑）與醛、酮、酯或環氧乙烷反應制備各種復雜結構的醇是有機合成的常用方法。反應必須在無水、無氧、無活潑氫條件下進行，因為水、氧或其它活潑氫的存在都會破壞Grignard試劑。

主反應：

副反應：

2.2 儀器與試劑

儀器：水泵，其他見實驗裝置的改進。

試劑：鎂屑、乙醚（鈉絲或鈉珠浸泡干燥或回流處理）、正溴丁烷、丙酮、20%硫酸溶液。

2.3 實驗步驟

（1）在裝有1.5g鎂屑和磁力攪拌子的100mL三頸瓶上分別裝上冷凝管和恒壓滴液漏斗，并在冷凝管上口裝上接頭具活塞；分別在恒壓滴液漏斗上口和另一支管口分別安裝翻口塞；用水泵通過接頭具活塞給體系抽真空（見圖3），然后通過氮氣球使體系充滿氮氣；并用注射器通過三頸燒瓶的支管口的翻口塞向燒瓶中注入10mL無水乙醚（見圖4）。

（2）通過注射器在恒壓滴液漏斗中注入6.5mL正溴丁烷和10mL無水乙醚，混勻。先往三頸瓶中滴加入3～4mL混合液，引發反應。

（3）通過注射器向三頸燒瓶中加入15mL無水乙醚，開始攪拌，待反應由激烈趨緩和后，慢慢滴入剩余的正溴丁烷乙醚混合液，控制滴加和回流速度一致。加完后，用溫水浴加熱回流15min以保證反應完全。

（4）冷水浴冷卻，在攪拌下滴加4.5mL丙酮和5mL無水乙醚的混合液，加完后繼續攪拌15min。

（5）在水浴冷卻及攪拌下，自恒壓滴液漏斗慢慢加入25mL 20%硫酸溶液，攪拌至沉淀及鎂屑消失為止。

（6）將反應液移入分液漏斗，分出醚層，水層用2×15mL乙醚萃取，合并醚層，用15mL 5%無水碳酸鈉溶液洗滌。醚層用無水碳酸鉀干燥。

（7）過濾，蒸餾除去乙醚。殘液倒入10mL蒸餾瓶中，蒸餾并收集137～141℃的餾分。

3 結果與討論

3.1 格式試劑制備引發時間的比較

普通裝置：通常需要加入格氏試劑、碘在加熱的條件下10～20分鐘才能引發。

改進后裝置：一般只需加入芝麻粒大小的碘微熱條件下3～5分鐘即可引發。

3.2 裝置改進前后對反應產率的影響

從教學班里任意選取5位同學，分別讓其按普通裝置和改進后的裝置進行實驗，所得結果如下：

表1 裝置改進前后得到的產率

3.3 產品表征

沸點：143℃；

折光率：n20D＝1.4173.

4 結論

通過對實驗裝置的改進，基本實現了無水無氧的要求，實現了預定的目標：

（1）格氏試劑引發時間明顯縮短；

（2）反應產率明顯提高；

（3）與理論知識吻合度較好，基本消除了同學們關于實驗與理論不符的困擾，而且提高了實驗的趣味性。

［1］安紅，何錫鳳，付婧.肉桂酸合成方法的改進［J］.化工時刊，2005，19（7）：32－33，41.

［2］郭慶君.一則有機基礎合成實驗的改進方法［J］.濟寧師范專科學校學報，2005，26（3）：16－17.

［3］陳俊杰.有機化學實驗教學改革點滴［J］.實驗室研究與探索，1990，（4）：10－11.

［4］李若琦，丁盈紅，伍焜賢等.2－甲基－2－己醇制備實驗的改進初探［J］.廣東藥學院學報，2006，22（4）：476.

［5］曾昭瓊.有機化學實驗［M］.3 版.北京：高等教育出版社，2001.

［6］周寧懷，王德琳.微型有機化學實驗［M］.北京：科學出版社，2000.

［7］林敏，周金梅，阮永紅等.小量－半微量－微量有機化學實驗［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［8］蘭州大學，復旦大學.有機化學實驗［M］.2版.北京：高等教育出版社，2006.

［9］王輝.茶葉中提取咖啡因改進研究［J］.科技信息，2011，（27）：440－434.