關于8-羥基喹啉制備實驗的一些探討

王晶晶，李 峰，張安安，劉瀾濤，孟團結，趙文獻

(商丘師范學院 化學化工學院，藥物綠色合成河南省工程實驗室，河南 商丘 476000)

關于8-羥基喹啉制備實驗的一些探討

王晶晶，李 峰，張安安，劉瀾濤，孟團結，趙文獻*

(商丘師范學院 化學化工學院，藥物綠色合成河南省工程實驗室，河南 商丘 476000)

8-羥基喹啉的制備是基礎有機化學實驗的重要內容.對學生在該實驗中常出現的問題進行系統的分析，并提出了相應的改進方法.通過這些細小操作技巧的改進，有助于學生對實驗現象的觀察以及對實驗原理的理解.此外，還可提高產品的收率，具有明顯的優越性.

8-羥基喹啉；水蒸汽蒸餾；制備；探討

基礎有機化學實驗課是化學、應用化學、化學工程與工藝、藥學等多學科的學生必修課程之一，它很強的實踐性以及在創新型人才培養中的地位和作用是有機化學理論課所不能替代的.通過對基礎有機化學實驗的學習，可以培養學生的基本操作技能，且有助于加深學生對有機化學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合成中間體，是合成醫藥、農藥、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].同時該品還可作為化學分析的絡合滴定指示劑.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 實驗過程的探討

1.1 反應的引發

反應的引發對于反應的順利進行是至關重要的，影響著反應的產率，決定著反應的成敗.尤其對于需要加熱引發的放熱反應，若引發不到位，反應很難進行，導致反應失敗；若引發失當，使反應過于劇烈，再加上反應本身的放熱，就會導致部分有機物發生碳化或聚合，生成黑色的物質附著于蒸餾瓶壁上，不但嚴重影響反應的產率，同時給蒸餾瓶的清洗帶來較大困難.對于8-羥基喹啉制備實驗，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，當溶液微沸時，立即移去熱源，從而引發反應的進行.實驗過程中我們發現，通過觀察“溶液微沸”來判斷反應的引發是比較困難的.大量的實驗結果表明，加熱引發時，反應瓶內會產生大量黃色的煙，當黃煙充滿球形冷凝管的第一個球時，這時立即移去熱源，反應的引發相對較好些，且實驗現象非常容易觀察.

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生1,4-加成反應且進一步發生脫水成環反應形成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性成分的物質與水共蒸餾，使揮發性成分隨水蒸氣一并餾出，經冷凝分取揮發性成分的浸提方法.該法適用于具有揮發性、能隨水蒸氣蒸餾而不被破壞、在水中穩定且難溶或不溶于水的化合物的提取.對于8-羥基喹啉制備實驗，教材采用的是利用兩次水蒸汽蒸餾的方法進行分離提純.第一次水蒸汽蒸餾是蒸掉未反應的鄰硝基苯酚，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.因為鄰硝基苯酚是一種淡黃色晶體，所以觀察到餾出液沒有顏色時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-羥基喹啉的產品中必然混有鄰硝基苯酚，從而降低產品的純度.的確如此，在實驗過程中，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.但是隨蒸汽揮發出來的鄰硝基苯酚很快冷凝于冷凝管壁上，這樣就導致流出液一直帶有淺黃色，給蒸餾終點的判斷帶來一定的麻煩.實驗過程中，我們發現當冷凝管壁上析出較多固體時，可以將冷凝水關閉，這時水蒸汽冷凝會慢一些，會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，需要反復關閉、打開循環冷凝水幾次即可；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品8-羥基喹啉，在第一次水蒸汽蒸餾完全的情況下，產品的純度很高.控制產率的關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)，既溶于強酸又溶于強堿，其氮原子在酸中能結合氫離子，其羥基在堿中能電離出氫離子，所以在中性時收集的產量最高.實驗過程中，將氫氧化鈉溶液逐滴加入到上述殘液中，調節pH值接近7時，再加入適量飽和碳酸鈉溶液使pH值保持在7～8之間，進行第二次水蒸汽蒸餾.由于8-羥基喹啉制備實驗需要加熱且反應本身為放熱反應，使得加水后的溶液為黑色，進行pH值調節時，將調節后溶液直接用pH試紙檢測，由于顏色較深，很難觀察和判斷.對此我們進行了改進，可將調節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時為止.

圖2 8-羥基喹啉與酸和堿的反應

進行第二次水蒸汽蒸餾時，隨水蒸汽揮發出來8-羥基喹啉也很容易析出在冷凝管壁上，有可能導致冷凝管堵塞，造成危險事故發生.為了避免這種事情的發生，我們仍然可以采取第一次水蒸汽蒸餾中改進的方法，反復關閉、打開循環冷凝水，讓水蒸汽將冷凝管壁上析出產品溶解并沖洗掉，或者利用細玻璃棒或粗銅絲通過人工的方法將冷凝管壁上產品捅下去，從而保證實驗過程的順利完成.切記在進行水蒸汽蒸餾時，嚴禁實驗操作人員離場.

2 結 論

在指導學生進行8-羥基喹啉制備實驗時，通過仔細觀察和交流，發現了在該實驗過程中常遇到的一些問題，并進行了詳細的解析，提出了可能的原因，對實驗嘗試了簡單的改進，改進方案對實驗結果和教學效果都有較好的作用，這不僅進一步提高了學生進行基礎有機化學實驗的積極性和培養了學生的基本操作技能，而且加深了學生對基礎有機化學實驗的體會和認識.

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

[2]張珍明, 李樹安, 葛洪玉.8-羥基喹啉制備技術進展[J].廣州化學,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].遼寧科技學院學報,2009, 11 (2)：42-43.

[5]盧會杰, 趙文獻.有機化學實驗[M].鄭州：河南科學技術出版社,2009: 121-122.

[6]曾昭瓊.有機化學實驗(第三版)[M].北京：高等教育出版社, 2000：92-93.

[責任編輯：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

國家自然科學基金(No. 21402116, 21502111, 21172139)資助項目

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

O626.32+3

A

1672-3600(2015)12-0038-03