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【趣味有机实验】正丁基溴的制备

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因为之前1L的拼写错误造成了不小的问题,所以重发一遍QwQ
本实验通过下面的反应制备丁基溴

在实验之前,我简单介绍一下锂卤交换反应(其实估计只有学过的能看懂。。)
锂卤交换反应,即
R1Li+R2X=R1X+R2Li,
是一种制备卤代烃的强有力的手段,该反应中,X一般只能为溴与碘,并且反应存在平衡,R2的碳负离子稳定性应远大于R1,以使得反应完全,碳负离子的稳定性是该反应的推动力,从结果上是复分解反应中的强碱制备弱碱,机理可能是通过简单的四元环,协同一步进行的。
因此,R2最好不为sp3碳,或有吸电子基团以稳定碳负离子。当然,即使是普通的烷基,也可以用叔丁基锂进行该反应,但由于叔丁基溴与叔丁基锂在-78°C即发生消除,分子碱参与反应。
(邻位锂化与锂卤交换反应的竞争,若卤素为氟,相当容易发生邻位锂化,Wittig, G.; Pockels, U.; Dro¨ge, H. Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1938,71, 1903.)
从另一个方面来看,这个反应也是发生在R1碳负离子上的亲电卤代反应,卤代烷提供X+。当然,卤素单质也可以用于提供X+,但单质溴由于对长针头存在腐蚀性,且反应放热更明显,需要稀释和更慢的滴加(虽然也有自动滴加的仪器。。。)。事实上亲电卤代反应更广泛的应用是亲电氟化。
(a) Davis, F. A.; Han, W. Tetrahedron Lett. 1992, 33, 1153. (b) Davis, F. A.; Kasu ,PV. N. Tetrahedron
Lett.1998, 39, 6135.)
总之,大概就是这个样子啦


1楼2017-04-17 00:47回复


    IP属地:湖北来自Android客户端2楼2017-04-17 00:48
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      第一步是低温下的锂卤交换反应。

      将四氟磁子(10mm×25mm)和具活塞长颈烧瓶(50mL,24/40磨口)在150°C烘箱中干燥过夜,趁热加装翻口塞,抽真空并使用热风枪加热至200°C左右,置换三次氮气,待冷却至室温,加入30mL无水THF。

      向烧瓶中加入0.5mL(5mmol)2-溴吡啶,搅拌冷却20min,至-78°C。


      丁基锂旁边放一瓶陈年老醚

      将长针头(外径0.9mm,25cm)掰♂弯


      吸取2mL(5mmol,1eq.,否则丁基锂与之后生成的醛反应)左右正丁基锂的己烷溶液,并在注射器液面上保留氮气。

      将长针头伸入液面下,但不要阻碍磁子搅拌,然后在10min之中将正丁基锂推入溶液中。

      加完后立刻将长针头浸入旁边的陈年老醚中,反复进行活♂塞♂运♂动,以免氢氧化锂堵塞针头,由于乙醚的无水处理不彻底,已经出现浑浊,好在没有堵塞针头。之后针头需用水洗后再使用丙酮清洗。

      加入后,溶液变为夕焼色


      3楼2017-04-17 00:48
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        低温搅拌反应1h,使交换充分进行


        4楼2017-04-17 00:49
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          取0.5mL无水DMF(稍过量),猝灭生成的吡啶基锂

          5秒内加进去,溶液颜色并没有什么变化

          室温反应16h

          反应16h后,溶液颜色清澈了很多。

          点板,展开剂PE:EA=10:1;钼酸铵-钨酸钠烤板显色,右边为反应混合物,但没能看到正丁基溴的点。

          直接用235nm紫外也可以看到右边的新点,应该分别为吡啶甲酸和吡啶甲醛。
          加入30mL饱和食盐水和20mL陈年老醚进行分分液,不是水和食用油哟。。
          以2×30mL老醚再萃两次,加入无水硫酸钠干燥。

          另外磁子的话,建议大家能放进多大就放多大,我这里放的磁子基本上就是烧杯的内径,5cm的大♂磁♂棒


          5楼2017-04-17 00:52
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            干燥的时候我发现了一只巨大的苍蝇



            干燥了也并没有什么卵区别,只是越来越多的吡啶甲醛被氧化成酸了。。
            然后将乙醚和THF的混合溶剂旋去,由于产物沸点101.6°C,副产物沸点181°C,主产物沸点在130°C以下,需要小心旋蒸,并且副产物也不能使用油泵干燥。旋蒸要多保留一些液体。然后进行蒸馏分离出溴丁烷。

            然后把干燥好的萃取液旋干,取一个小接受瓶

            搭建一个简单的蒸馏装置,置换氮气后进行常压蒸馏

            温度计~

            蒸汽爬管子

            前馏分

            由于有过氧乙醚爆炸的可能,拉下通风橱
            温度到100°C时开始收集,得到看起来差不多的产物~


            6楼2017-04-17 00:56
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              称重,封口,丢冰箱,有空拿去打HNMR~


              8楼2017-04-17 00:57
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                同时,蒸馏剩余物进行柱色谱分离,以计算另外一个产物2-吡啶甲醛的收率,由于吡啶甲酸基本爬不动,因此只需装一个4cm左右的硅胶柱即可分开。。のはずなのに,我硅胶倒多了,也懒得重新装柱了,就多收集几管。
                湿法上柱,过柱过程我没有拍,下面的图是过完之后吹干柱子后


                即使是过柱过程中,也有吡啶甲醛被氧化为酸,取A6~B4管旋蒸得产物
                2-吡啶甲醛,收率81%
                本实验中所用试剂未经注明来源于安耐吉并未经纯化直接使用,叔丁基锂来源于acros,乙醚和氯化钠和硫酸钠是上海某试剂厂。


                9楼2017-04-17 01:01
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                  参考文献:Org. Synth. 2016, 93, 100-114。
                  只不过文献中制备的是芘甲醛,因此后处理使用了1:1盐酸猝灭,而本反应考虑到吡啶氮的碱性,使用饱和食盐水猝灭。另外我个人认为应当在猝灭后旋去THF,然后以少量乙醚萃取出产物,一来节省溶剂,第二是减少正丁基溴的损失。


                  10楼2017-04-17 01:04
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                    这是连夜搬砖还是回播啊?


                    IP属地:江苏来自Android客户端14楼2017-04-17 01:39
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                      喵喵喵喵喵喵?


                      IP属地:北京来自Android客户端15楼2017-04-17 07:13
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                        要是天下的实验室都有这么整洁。。除了那只苍蝇


                        IP属地:天津来自Android客户端16楼2017-04-17 08:00
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                          啊,传统的正丁基溴的制备方法是水+浓硫酸,混合冷却,然后溴化钠+正丁醇,磁搅,磁搅回流,冷却,蒸馏,洗涤,blablabla~ 楼主的制备方法比我们不知贵到哪里去了,所以锂卤交换法制备n-C4H9Br的优势是什么呢?


                          来自手机贴吧17楼2017-04-17 08:47
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                            个人认为最后淬灭反应的时候,得到的副产物醛基不一定会在2-位。2-位的吡啶基锂是不是可能重排到更稳定的4-位或3-位?


                            IP属地:北京来自Android客户端18楼2017-04-17 15:53
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                              看到那只苍蝇,我想起了《Breaking Bad》里有一集就是实验室打苍蝇的


                              IP属地:江苏19楼2017-04-17 18:15
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