《有機化學(xué)實驗》(第二版)共9個部分,依次介紹了有機化學(xué)實驗基本常識,有機化學(xué)實驗基本操作,有機化合物的分離和提純,有機化合物物理常數(shù)的測定方法,基礎(chǔ)有機合成實驗,多步驟有機合成實驗,天然有機化合物的提取與合成,有機化合物官能團鑒定,有機化合物的波譜分析,共64個實驗項目。為了提升學(xué)習(xí)效果,本書實驗基本操作大多附有操作訓(xùn)練實驗,基本操作都配有視頻講解和操作演示,讀者可掃碼觀看。除了傳統(tǒng)經(jīng)典實驗,本書同時設(shè)置了手性拆分、不對稱合成、微波合成、光化學(xué)反應(yīng)、相轉(zhuǎn)移催化合成等實驗項目,體現(xiàn)了科教融合的成果。
本書可作為高等院;瘜W(xué)類、化工類、材料類、生物類、環(huán)境類、藥學(xué)類、食品類等專業(yè)的教材,也可供科研工作者參考。
前言
有機化學(xué)實驗是傳統(tǒng)化學(xué)實踐課程中的重要環(huán)節(jié),科學(xué)技術(shù)和交叉學(xué)科的不斷發(fā)展促進了有機化學(xué)實驗技術(shù)的進步。作為傳統(tǒng)的實驗學(xué)科之一,雖然基礎(chǔ)實驗知識和操作沒有較大變化,但更多交叉學(xué)科的應(yīng)用使其內(nèi)涵更加豐富,特別是近幾年網(wǎng)絡(luò)慕課、虛擬仿真實驗等教學(xué)形式的不斷涌現(xiàn),促進了實驗教學(xué)改革的進行。本書自第一版出版以來已接近十載,近十年來,兄弟院校給本書反饋的許多寶貴意見與建議,促使我們下定決心對本書進行更新,希望能滿足時代發(fā)展對本書的要求,也希望適應(yīng)更多學(xué)校和同學(xué)們的需要。
本次更新版的指導(dǎo)思想是:① 繼續(xù)強化夯實基本實驗操作的知識內(nèi)容及規(guī)范性;②進一步強調(diào)化學(xué)實驗安全知識和相關(guān)技能;③根據(jù)課堂教學(xué)反饋和教學(xué)經(jīng)驗,對原有實驗內(nèi)容進行修訂和增刪,以滿足有機化學(xué)理論知識學(xué)習(xí)及學(xué)科發(fā)展的需求;④體現(xiàn)理論指導(dǎo)實驗的教學(xué)理念,擴充實驗教學(xué)的背景知識,提高實驗教學(xué)效果和鍛煉學(xué)生綜合實驗?zāi)芰Α?
基于以上指導(dǎo)思想,第二版的主要改進在于:①以二維碼形式引入多樣化的教學(xué)形式及拓展知識,包括實驗理論講解和操作演示視頻,特別在基本實驗操作和常規(guī)物理常數(shù)測定部分擴充了大量視頻資料,便于學(xué)生自主學(xué)習(xí),以更全面了解相關(guān)實驗知識,提高學(xué)習(xí)效率;②從實驗安全預(yù)防到應(yīng)急,從實驗防護到急救,多角度對實驗安全知識進一步擴充,同時每個實驗中強調(diào)相關(guān)實驗安全信息,強化實驗安全理念;③增補更多類別的有機化學(xué)實驗。如增加了手性拆分、不對稱合成、微波合成、光化學(xué)反應(yīng)、相轉(zhuǎn)移催化合成、全合成等代表性實驗;④對結(jié)構(gòu)鑒定部分章節(jié)進行整合,以滿足不同層次學(xué)生的需求。
本書的更新與增補主要由南昌大學(xué)胡昱教授、呂小蘭副教授、郭瑛副教授、胡滿根副教授、庹潯高級實驗師合力承擔(dān),其中胡昱教授負責(zé)第1部分、第2部分和第9部分;呂小蘭副教授負責(zé)第5部分、第7部分和第8部分;郭瑛副教授負責(zé)第3部分、第4部分和第6部分;胡滿根副教授負責(zé)第4部分和全書審核工作;庹潯高級實驗師負責(zé)附錄部分。教學(xué)團隊全體教師參與了教學(xué)視頻拍攝工作,南昌大學(xué)化學(xué)學(xué)院星塵工作室莊漢昭、林世杰、趙妍、周小月、黃毓浩同學(xué)參與了視頻后期編輯和剪輯工作,化學(xué)學(xué)院龔靖文同學(xué)參與了部分二維碼資料的收集工作。本書由南昌大學(xué)化學(xué)學(xué)科教學(xué)督導(dǎo)辦戴延鳳教授審閱。
本書獲得南昌大學(xué)教材出版資助。對南昌大學(xué)化學(xué)學(xué)院基礎(chǔ)化學(xué)實驗中心和有機化學(xué)實驗教研室同仁的建言獻策與支持,在此致以衷心感謝! 對所有使用本書、提出寶貴意見和建議的同志們表示感謝! 感謝化學(xué)工業(yè)出版社編輯老師們的辛勤工作!
由于編者水平有限,紕漏和不當之處懇請讀者批評指正。
編者
2021年初夏于江西南昌
第一版前言
有機化學(xué)實驗是化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、高分子、化工、生物、環(huán)境、材料、藥學(xué)、臨床藥學(xué)等多學(xué)科的必修課程之一,是培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能新型人才的主體教學(xué)環(huán)節(jié)。為了適應(yīng)21世紀高等教育的改革和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要,我們在總結(jié)多年的教學(xué)經(jīng)驗并參考近年來國內(nèi)外出版的同類教材的基礎(chǔ)上編寫了本書。
全書分8個部分:第1部分為有機化學(xué)實驗基本常識;第2部分為有機化學(xué)實驗基本操作;第3部分為有機化合物物理常數(shù)的測定方法;第4部分為基礎(chǔ)有機合成實驗;第5部分為天然有機化合物的提;第6部分為綜合有機化學(xué)實驗;第7部分為有機化合物官能團鑒定;第8部分為有機化合物的波譜分析簡介。
有機化學(xué)實驗基本常識中詳細介紹了有機化學(xué)網(wǎng)絡(luò)文獻資料,附錄中附有常用有機試劑的純化方法、常用試劑的恒沸物表及本書主要合成產(chǎn)物的紅外特征吸收峰等內(nèi)容,可供相關(guān)化學(xué)工作者參考和查閱。
有機化學(xué)實驗的基本操作是有機化學(xué)實驗的重要組成部分。為了加強基本操作訓(xùn)練,加深學(xué)生對操作要點的理解和實踐,本書在基本操作章節(jié)后單獨編寫了相應(yīng)的操作實驗,既可單獨進行基本操作訓(xùn)練,又可安排在相應(yīng)的合成實驗中進行。
基礎(chǔ)有機合成實驗,采用經(jīng)典的、有代表性的有機化學(xué)反應(yīng)類型為主線,在加強合成實驗訓(xùn)練,強化分離和純化操作的指導(dǎo)思想下,根據(jù)無毒化、綠色化和實用化選編了22個實驗,其中大多數(shù)實驗是我們在多年來的教學(xué)實踐和實驗教學(xué)改革的基礎(chǔ)上形成的較為成熟的實驗。每個實驗都將反應(yīng)、合成、分離、提純、物理性質(zhì)的測定等環(huán)節(jié)連成一體。在介紹各類重要反應(yīng)的同時,注重實驗通法的引入,意在引導(dǎo)學(xué)生作發(fā)散性思維,學(xué)會舉一反三,從而增強其獨立從事有機合成工作的能力。
綜合有機化學(xué)實驗中選編了幾組多步驟系列反應(yīng),供學(xué)生在完成基礎(chǔ)有機合成實驗之后進行綜合訓(xùn)練。這樣不僅節(jié)省了藥品的消耗,減少了單元合成產(chǎn)物對環(huán)境的污染,縮短了教學(xué)時間,更增添了實驗內(nèi)容的研究性和探索性,是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和綜合能力的重要一環(huán)。文獻實驗應(yīng)在具備基礎(chǔ)和綜合性實驗技能的基礎(chǔ)上展開,以學(xué)生為主體,要求學(xué)生能綜合應(yīng)用所學(xué)知識及多種實驗技能解決有一定難度的實驗問題。這有利于學(xué)生個性的全面發(fā)展和充分發(fā)揮學(xué)生的潛能,是實現(xiàn)素質(zhì)教育的良好途徑。
合成實驗后的安全提示、對實驗的難點和關(guān)鍵之處的注釋及實驗后附的思考題有助于學(xué)生更好、更安全地完成每個實驗。
“有機化學(xué)實驗”作為單獨的一門課程,不僅可以使學(xué)生通過實驗驗證、鞏固和加深課堂所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識,更重要的是可以培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作能力、綜合分析問題和解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計實驗的基本能力,從而逐步養(yǎng)成嚴肅認真、實事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。本書的編寫,遵循循序漸進的學(xué)習(xí)規(guī)律,編排從簡單到復(fù)雜,由淺至深,立足基礎(chǔ),面向綜合性,加強了實用性。
本書由胡昱、呂小蘭、戴延鳳主編,其中,胡昱負責(zé)編寫第4部分和第6部分,呂小蘭負責(zé)編寫第2部分,胡滿根負責(zé)編寫第3部分和第7部分,彭雪萍負責(zé)編寫第5部分,庹潯負責(zé)編寫第1部分、第8部分和附錄。同時,南昌大學(xué)化學(xué)學(xué)院楊金元、郭瑛、姚華、盧愛軍、徐俊英、田建文、張秋蘭、張和安、楊淑玲、王奮英、郭芳林、劉艷珠、魏俊超、郭惠參與部分編寫工作。全書由南昌大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳義旺教授和戴延鳳教授負責(zé)審核。感謝化學(xué)工業(yè)出版社為本書提出的寶貴意見!
由于編者水平有限,不當之處在所難免,懇請讀者多提寶貴意見。
編者
2012年3月
胡 昱,博士,南昌大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授。1996年9月~2000年6月:南昌大學(xué)化學(xué)系,本科學(xué)習(xí),獲學(xué)士學(xué)位;2000年9月~2006年6月:中國科學(xué)院成都有機化學(xué)研究所,碩博連讀,獲有機化學(xué)理學(xué)博士學(xué)位;2009年8月~2010年8月:臺灣清華大學(xué)化工系,博士后研究。中國化學(xué)會理事和高級會員,江西省化學(xué)化工學(xué)會副秘書長,江西省金 牌教師,南昌大學(xué)教學(xué)標兵,南昌大學(xué)贛江青年學(xué)者。主要從事有機化學(xué)理論課及實驗課的教學(xué)與研究和有機功能分子構(gòu)建研究。
第1部分 有機化學(xué)實驗基本常識 1
1.1 有機化學(xué)實驗須知 1
1.2 實驗室安全知識和事故預(yù)防與急救 2
1.2.1 化學(xué)品安全信息獲取 3
1.2.2 化學(xué)實驗室中的防護設(shè)備和應(yīng)急設(shè)備 4
1.2.3 化學(xué)實驗室中的安全防護 6
1.2.4 化學(xué)實驗事故應(yīng)急與救援 9
1.3 實驗室加熱、制冷與攪拌技術(shù) 11
1.3.1 加熱技術(shù) 11
1.3.2 制冷技術(shù) 12
1.3.3 攪拌裝置 12
1.4 實驗預(yù)習(xí)、記錄和實驗報告 14
1.4.1 實驗預(yù)習(xí) 14
1.4.2 實驗記錄 14
1.4.3 實驗報告 15
1.5 文獻實驗及資料查詢簡介 16
1.5.1 文獻實驗簡介 16
1.5.2 網(wǎng)絡(luò)工具書 17
1.5.3 網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)期刊 19
1.5.4 文摘檢索平臺 22
第2部分 有機化學(xué)實驗基本操作 25
2.1 有機化學(xué)實驗常用玻璃儀器、洗滌和干燥 25
2.1.1 常用玻璃儀器 25
2.1.2 儀器的洗滌 27
2.1.3 儀器的干燥 28
2.2 塞子的鉆孔和簡單玻璃工操作 28
2.2.1 塞子的選擇與鉆孔 28
2.2.2 簡單玻璃工操作 29
實驗1 簡單玻璃切割和燒制 31
2.3 回流 31
實驗2 回流制備乙酸正丁酯 34
第3部分 有機化合物的分離和提純 35
3.1 重結(jié)晶 35
3.1.1 基本原理 35
3.1.2 溶劑選擇 36
3.1.3 溶樣 37
3.1.4 脫色 37
3.1.5 熱過濾 38
3.1.6 冷卻結(jié)晶 39
3.1.7 收集晶體及干燥 39
實驗3 精制苯甲酸 40
3.2 升華 40
3.2.1 常壓升華 41
3.2.2 減壓升華 42
3.3 萃取 42
3.3.1 液-液分次萃取 42
3.3.2 液-液連續(xù)萃取 44
3.3.3 固-液分次萃取 45
3.3.4 固-液連續(xù)萃取 45
3.3.5 化學(xué)萃取 45
實驗4 萃取洗滌法純化苯甲酸 46
3.4 蒸餾 46
3.4.1 常壓蒸餾 46
實驗5 蒸餾操作練習(xí) 48
3.4.2 減壓蒸餾 48
實驗6 減壓蒸餾操作練習(xí) 50
3.4.3 水蒸氣蒸餾 50
實驗7 水蒸氣蒸餾操作練習(xí) 53
3.5 分餾 53
實驗8 分餾操作練習(xí) 54
3.6 干燥 54
3.6.1 液體的干燥 55
3.6.2 固體有機化合物的干燥 56
3.6.3 氣體的干燥 57
3.7 溶劑純化 58
實驗9 乙醇的純化 59
實驗10 乙醚的純化 60
3.8 色譜技術(shù) 61
3.8.1 薄層色譜 62
實驗11 薄層色譜操作練習(xí) 65
3.8.2 柱色譜 66
實驗12 柱色譜操作練習(xí) 68
3.8.3 紙色譜 69
第4部分 有機化合物物理常數(shù)的測定方法 71
4.1 熔點的測定 71
實驗13 微量法測熔點 76
4.2 沸點的測定 76
實驗14 微量法測沸點 78
4.3 折射率的測定 78
實驗15 折射率的測定 81
4.4 旋光度的測定 81
實驗16 旋光度的測定 83
4.5 相對密度的測定 84
實驗17 相對密度的測定 85
第5部分 基礎(chǔ)有機合成實驗 86
5.1 傅-克反應(yīng) 86
實驗18 乙酰二茂鐵的制備 87
5.2 鹵化反應(yīng) 89
實驗19 溴乙烷的制備 91
實驗20 正溴丁烷的制備 93
5.3 消除反應(yīng) 95
實驗21 環(huán)己烯的制備 96
5.4 格氏反應(yīng) 97
實驗22 2-甲基己-2-醇的制備 98
5.5 氧化、還原反應(yīng) 100
5.5.1 氧化反應(yīng) 100
實驗23 正丁醛的合成 101
實驗24 環(huán)己酮的制備 103
實驗25 己二酸的制備 106
5.5.2 還原反應(yīng) 108
實驗26 苯胺的制備 109
5.5.3 自身氧化還原反應(yīng) 110
實驗27 苯甲酸和苯甲醇的制備 111
實驗28 呋喃甲醇和呋喃甲酸的制備 113
5.6 酯化反應(yīng) 115
實驗29 乙酸異戊酯的合成 115
實驗30 亞硝酸異戊酯的制備 117
實驗31 乙酰水楊酸的制備 118
5.7 重氮鹽反應(yīng) 119
實驗32 甲基橙的制備 120
實驗33 甲基紅的制備 122
5.8 水解反應(yīng) 124
實驗34 肥皂的制備 124
5.9 縮合反應(yīng) 126
實驗35 正丁醚的制備 126
實驗36 苯乙醚的制備 128
實驗37 巴比妥酸的合成 130
實驗38 肉桂酸的制備 132
實驗39 二苯亞甲基丙酮的合成 134
實驗40 查耳酮的制備 136
5.10 手性拆分 137
實驗41 外消旋α-苯乙胺的拆分 138
實驗42 1,1'-聯(lián)萘-2,2'-二酚的合成與手性拆分 140
實驗43 DL-蘇氨酸的合成和拆分 144
5.11 不對稱合成 147
實驗44 脯氨酸催化的不對稱羥醛縮合反應(yīng) 147
5.12 微波合成 149
實驗45 微波輻射合成乙酰水楊酸 150
實驗46 廢聚酯飲料瓶微波法制備對苯二甲酸 151
5.13 光化學(xué)反應(yīng) 153
實驗47 苯頻哪醇的光化學(xué)制備 154
實驗48 馬來酸酐光化二聚制備1,2,3,4-環(huán)丁基四羧酸四甲酯 156
5.14 相轉(zhuǎn)移催化合成 158
實驗49 水溶液中漢斯酯1,4-二氫吡啶的一鍋法合成 158
第6部分 多步驟有機合成實驗 161
6.1 磺胺類藥物 161
實驗50 乙酰苯胺的制備 162
實驗51 對氨基苯磺酰胺的合成 165
6.2 局部麻醉劑 167
實驗52 苯佐卡因的合成 168
6.3 安息香縮合及安息香的轉(zhuǎn)化 171
實驗53 安息香的輔酶合成 173
實驗54 二苯基乙二酮的合成 175
實驗55 二苯基羥乙酸的合成 176
實驗56 5,5-二苯基乙內(nèi)酰脲的合成 178
6.4 乙酰乙酸乙酯的合成與應(yīng)用 179
實驗57 乙酰乙酸乙酯的制備 180
實驗58 庚-2-酮的合成 182
第7部分 天然有機化合物的提取與合成 184
實驗59 從菠菜中提取色素 184
實驗60 從茶葉中提取咖啡因 186
實驗61 從薄荷中提取薄荷油 188
實驗62 槐花米中蘆丁的提取與分離 189
實驗63 紅辣椒中紅色素的提取與分離 191
實驗64 褪黑激素的合成 192
第8部分 有機化合物官能團鑒定 197
8.1 烯烴和炔烴的鑒定 197
8.1.1 溴的四氯化碳溶液試驗 197
8.1.2 高錳酸鉀溶液試驗 198
8.1.3 鑒定炔類化合物試驗 198
8.2 鹵代烴的鑒定 198
8.2.1 硝酸銀試驗 198
8.2.2 碘化鈉(鉀)試驗 199
8.3 醇和酚的鑒定 199
8.3.1 醇的鑒定 199
8.3.2 酚的鑒定 200
8.4 醛和酮的鑒定 200
8.4.1 2,4-二硝基苯肼試驗 201
8.4.2 Tollens試驗 201
8.4.3 鉻酸試驗 201
8.4.4 碘仿試驗 202
8.5 羧酸的鑒定 202
8.5.1 溶解度和酸性試驗 202
8.5.2 中和當量 202
8.6 羧酸衍生物的鑒定 202
8.6.1 酯的鑒定 203
8.6.2 酰氯的鑒定 203
8.6.3 酰胺的鑒定 203
8.7 胺的鑒定 204
8.7.1 溶解度與堿性試驗 204
8.7.2 Hinsberg試驗 205
8.7.3 亞硝酸試驗 205
8.8 糖的鑒定 205
8.8.1 α-萘酚試驗(Molish試驗) 206
8.8.2 Fehling試驗 206
8.8.3 Benedict試驗 206
8.8.4 Tollens試驗 206
8.8.5 成脎反應(yīng) 206
8.8.6 淀粉水解 207
8.9 氨基酸及蛋白質(zhì)的鑒定 207
8.9.1 茚三酮反應(yīng) 207
8.9.2 縮二脲反應(yīng) 207
8.9.3 蛋白黃反應(yīng) 208
8.9.4 乙酸鉛反應(yīng) 208
第9部分 有機化合物的波譜分析 209
9.1 紫外可見吸收光譜 209
9.1.1 紫外可見吸收光譜的基本原理 209
9.1.2 紫外可見吸收光譜的常用術(shù)語 209
9.1.3 紫外可見分光光度計 210
9.1.4 紫外可見分光光度計的應(yīng)用 212
9.2 紅外吸收光譜 212
9.2.1 紅外吸收光譜的基本原理 213
9.2.2 紅外吸收光譜的常用術(shù)語 214
9.2.3 紅外吸收光譜的分區(qū) 214
9.2.4 紅外吸收光譜儀 215
9.2.5 紅外吸收光譜儀的應(yīng)用 215
9.3 核磁共振譜 217
9.3.1 核磁共振光譜的基本原理 217
9.3.2 核磁共振光譜的常用術(shù)語 218
9.3.3 核磁共振儀 219
9.3.4 核磁共振儀的應(yīng)用 219
9.4 質(zhì)譜 220
9.4.1 質(zhì)譜的基本原理 221
9.4.2 質(zhì)譜的常用術(shù)語 221
9.4.3 質(zhì)譜中離子的種類 221
9.4.4 質(zhì)譜儀 222
9.4.5 質(zhì)譜儀的應(yīng)用 225
附錄 227
附錄1 化學(xué)試劑純度的分級 227
附錄2 化學(xué)危險品的分類及保管 228
附錄3 常用元素原子量表 229
附錄4 常用酸堿溶液密度及百分組成表 229
附錄5 常用有機溶劑的性質(zhì)及純化 233
附錄6 部分二元及三元共沸混合物性質(zhì) 236
附錄7 反應(yīng)原料化學(xué)安全信息表 237
附錄8 部分實驗產(chǎn)物紅外光譜圖 248
參考文獻 262