吡啶氧化制備2—氨基吡啶—1—氧化物的綜合性實驗設計

牛俊龍 朱新舉 郝新奇 宋毛平

摘要：對吡啶氮氧化物的制備進行了探索與討論。通過官能團保護、氧化、脫保護和堿化反應歷程，得到了一種2-氨基吡啶-N-氧化物的合成方法。

關鍵詞：吡啶氮氧化物；氧化；綜合性實驗

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）45-0273-02

前言

伴隨著我國經濟實力與綜合國力的快速提升，高等教育得到了廣泛關注。而近些年出現的大學生就業難等問題則反映出我國高等院校對大學生的獨立思考能力和創新實踐能力培養的不足，這也是我們的全面素質教育不夠深入的體現。作為全面素質教育的一個重要組成部分，創新教育在改革教育思想和教育方法的基礎上對教育內容進行調整和組合，將為創新型國家的建設和中華民族的偉大復興提供堅實基礎[1-3]。系統性的綜合實驗培訓是理工科專業對創新教育的一種勇敢的探索，通過培訓，學生可以對專業相關領域進行初步了解，其實驗操作技能也得到提高。同時，結合所學專業知識，學生對實驗現象進行觀察判斷和討論，進而改良實驗設計與操作步驟，其獨立思考能力和創新能力可以得到鍛煉。

本文從合成路線、實驗目的、儀器與試劑，實驗步驟、實驗數據記錄與處理、思考題以及結果與討論等方面，對吡啶氮氧化物的制備這一綜合性實驗設計進行了介紹。

吡啶氮氧化物在醫藥行業應用廣泛。以吡啶氮氧化物作為重要結構模塊的克矽平（PVNO）是一種治療矽肺的藥物，3-羧基吡啶氮氧化物可用于治療脫發，縮氨基硫脈2一取代毗睫氮氧化物的銅配合物是抗腫瘤試劑[4]。同時，作為一種配體，吡啶氮氧化物又可與多種金屬離子形成良好的配合物，其中，2-氨基吡啶氮氧可作為一種新型導向基，廣泛應用于C-H活化領域，成功實現了烷氧基化、胺化、炔化環化等反應[5]。

該實驗具有反應時間短，原料廉價易得，實驗裝置簡單等優點，涉及官能團的保護、氧化、脫保護和堿化等反應過程，與有機化學課程中所教授的內容有著緊密聯系，可作為理工科學生的化學必修或選修實驗。

一、實驗部分

（一）合成路線

2-氨基吡啶氮氧化物的合成路線如圖1所示。

（二）實驗目的

（1）通過2-氨基吡啶氮氧化物的合成，了解有機物的基本合成方法和過程

（2）了解官能團的保護、雜環化合物的氧化等過程，掌握其原理和基本操作方法。

（3）對“一鍋煮”反應進行初步了解

（4）掌握實驗現象和數據的記錄與實驗結果的處理方法

（三）儀器與試劑

1.儀器

平板磁力攪拌器，100mL單口燒瓶，25mL恒壓滴液漏斗，稱量紙，磁子，層析板，毛細管，紫外燈

2.試劑

2-氨基吡啶，乙酸酐，30%過氧化氫溶液，濃鹽酸，無水甲醇，甲苯，氫氧化鈉，無水乙醇。

（四）實驗步驟

1.氨基的保護

稱取5g2-氨基吡啶于稱量紙上，轉移至放有磁子的100mL單口瓶中，加入12mL乙酸酐，用鐵夾將單口瓶固定在平板磁力攪拌器上，開動攪拌，攪拌1h，反應緩慢放熱，2-氨基吡啶全部溶解后溶液呈黃色，得到2-乙酰基吡啶和乙酸，可不經提純直接進行下步反應。

2.2-乙酰基吡啶的氧化

量筒量取9mL30%過氧化氫溶液，轉移至25mL恒壓滴液漏斗中，使用恒壓滴液漏斗將過氧化氫溶液以每秒一滴的速度緩慢滴加入單口瓶中，反應緩慢放熱，伴隨有小氣泡的產生，保持攪拌1h，溶液呈淺黃色，得到2-乙酰基吡啶氧化物，可不經提純直接進行下步反應。

3.2-氨基吡啶氧化物鹽酸鹽的制備（脫保護）

量筒量取6mL濃鹽酸，轉移至25mL恒壓滴液漏斗中，以每秒一滴的速度緩慢滴加至上述反應溶液中，攪拌兩小時后低于70℃旋干，得到淡黃色固體。用無水甲醇：甲苯=1∶1的混合溶液浸泡、洗滌，抽濾后得到2-氨基吡啶氧化物鹽酸鹽。

4.2-氨基吡啶氧化物的制備（堿化）

稱取2.6g氫氧化鈉溶于45mL乙醇中，將抽濾后得到的2-氨基吡啶氧化物鹽酸鹽加入氫氧化鈉的乙醇溶液中，在室溫下攪拌2h，得到灰色的未純化的2-氨基吡啶氧化物。減壓過濾后將溶液旋干，通過柱層析提純（CH2Cl2/CH3OH）得到白色固體，稱重并計算產率。

（五）實驗數據的記錄與實驗結果的處理方法

實驗記錄數據包括：室溫，大氣壓，反應溫度，反應時間，反應物質量，產物質量等。

實驗結果處理時采用以下公式計算：

產率=■×100%

（六）思考題

（1）除了本文提到的方法，還有什么方法能用來制備吡啶氮氧化物？

（2）實驗中為什么要對氨基進行保護？

（3）將吡啶氧化為吡啶氮氧化物的過程中，起到氧化作用的是什么試劑？

（4）堿化過程中氫氧化鈉的用量略多于吡啶氮氧化物鹽酸鹽的用量，為什么？

（5）比較“一鍋煮”與分步反應，其優缺點分別是什么？

二、結果與討論

通過此方法得到的氨基吡啶氮氧化物為淡黃色粉末狀固體，無臭。可通過薄層色譜（TLC）與標樣點進行對比，檢測是否得到目標產品。

反應過程中，溫度的控制較為重要，尤其在滴加過氧化氫溶液和濃鹽酸時，滴加過快容易導致反應體系溫度過高，溶液的顏色也會變深。此外，堿化過程中，反應體系過酸或過堿都容易導致最終產品的顏色變深。

總的來說，該實驗具有易操作，使用儀器試劑簡單等優點。更為重要的是，反應歷經官能團的保護、氧化、酸化和堿化等反應過程，有利于加深學生對基礎知識的理解，對鍛煉學生的動手能力和提高其獨立思考能力有很大好處

參考文獻：

[1]陳周見.大學創新教育評價研究[D].中南大學碩士學位論文，2003，（11）：16-18.

[2]王金瑤.大學創新教育課程體系構建探索[J].江蘇高教，2003，（0）5：50-53.

[3]楊麗，溫恒福.大學創新教育的內涵、難點與推進策略[J].黑龍江高教研究，2011，（08）：28-31.

[4]周立山，馮亞青，宋傳君，曲紅梅.吡啶氮氧化物研究進展[J].化工時刊，1999，（02）：11-13.

[5]Wei D，Zhu X，Niu J L，et al. ChemCatChem，2016，（8）：1242-1263.