第九届全国大学生化学实验邀请赛有机操作题

第九届全国大学生化学实验邀请赛2014.7.兰州

第九届全国大学生化学实验邀请赛实验试题

有机化学实验

选手编号:成绩:

2-(4-氯苯基)苯并噁唑的合成

苯并噁唑(benzoxazole)是一类重要的杂环化合物，该骨架广泛存在于多种具有

生物活性的化合物中，如西印度洋珊瑚海洋天然产物pseudopteroxazole和seco-

pseudopteroxazole，以及加勒比海的海洋天然产物homopseudopteroxazole具有良好的

抗结核活性[1]。苯并噁唑也是药物分子中常见的骨架之一，如氟诺洛芬(flunoxaprofen

/priaxim)是一类手性非甾体抗炎药物，能显著改善骨关节炎和类风湿性关节炎症状。

另外，苯并噁唑类化合物如zinbo-5作为荧光化合物用于荧光传感器[2]。

MeMe

HH

MeOMeO

NN

MeMe

O

pseudopteroxazolehomopseudopteroxazole

NO

benzoxazoleO

O

OON

FHO

HONNH

MeN

flunoxaprofenzinbo-5

因此，苯并噁唑衍生物的合成研究受到了有机化学和药物化学家的广泛关注，

新的合成方法不断被发展。其中，利用2-氨基酚和醛缩合产物席夫碱的进一步氧化

是合成2-取代苯并噁唑类化合物的方法之一，但该方法传统上要使用化学计量的氧

化剂，不符合绿色化学的要求，以氧气为终端氧化剂的催化氧化已成为有机氧化反

应的发展趋势。以2-氨基酚和芳香醛为原料，利用氮氧自由基如2,2,6,6-四甲基-4-

1/8

第九届全国大学生化学实验邀请赛实验试题2014.7.兰州

羟基哌啶-1-氧自由基(4-HOTEMPO)为有机小分子催化剂、氧气为终端氧化剂，

可高效地合成2-芳基苯并噁唑类化合物[3]。本实验是在文献[3]基础上设计而成。

注意事项

1．请各位选手在6.5小时内完成本实验(包括实验记录及回答问题)。实验时间每延长5分

钟扣1分，但延长时间最多不超过30分钟，请合理安排实验时间。

2．请考生实验时务必注意安全，规范操作，请穿着实验服、佩戴防护眼镜，必要时可使用

乳胶手套。

3．仪器设备清单置于实验柜中，请选手开始实验前仔细检查仪器及设备，如有问题请及时

向监考老师报告。

4．实验所需的2-氨基苯酚、4-氯苯甲醛和催化剂4-HOTEMPO均已称好，请考生适时向监

考教师领取。

5．实验完成后请考生向监考教师提交本报告(包括实验记录和问题回答)。

6．实验结束后,请按要求分类回收废弃物及废液、整理实验台、清洗仪器(不计时)，征得

监考教师允许后方可离开。

一．实验内容及原理

1．以2-氨基苯酚和4-氯苯甲醛为原料在适当溶剂中加热条件下发生加成缩合

反应生成席夫碱。

2．以席夫碱为原料在2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶-1-氧自由基(4-HOTEMPO)催

化下用空气氧化合成2-(4-氯苯基)苯并噁唑。

3．用快速柱层析法纯化产物。

反应方程式如下：

CHO

OH

OH回流,15min

正辛烷H2O

N

NH2

Cl

Cl

OH

O

空气,4-HOTEMPO

ClH2O

N二甲苯,N

Cl

2/8

第九届全国大学生化学实验邀请赛实验试题2014.7.兰州

二．实验试剂

2-氨基苯酚C6H7NO(M=109.13)，纯品为无色结晶，熔点170～174℃(C.P.，

使用前已用无水乙醇重结晶)；

4-氯苯甲醛C7H5ClO(M=140.56)，纯品为无色结晶，熔点48℃(C.P.，使用前

已用30～60℃石油醚重结晶)；

2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶-1-氧自由基(4-HOTEMPO)C9H18NO2(M=172.24)，

橙色结晶，熔点69～71℃(C.P.)；

正辛烷沸点125.8℃(A.R.)；

石油醚沸程30～60℃,60～90℃(A.R.)；

二甲苯沸点137～140℃(A.R.)；

二氯甲烷沸点39.8℃(A.R.)；

硅胶300～400目及100～200目；

TLC展开剂石油醚(60～90℃):乙酸乙酯=5:1(V/V)；

快速柱层析洗脱剂石油醚:乙酸乙酯(60～90℃)=10:1(V/V)；

薄层色谱板(硅胶，GF254)10块；

4–HOTEMPO样品液。

三．实验步骤

1．席夫碱的合成

在100mL圆底烧瓶中依次加入2-氨基苯酚545mg(5.0mmol)、4-氯苯甲醛717

mg(5.1mmol)及30mL正辛烷，装上分水器，磁力搅拌下油浴(170℃左右)加热

回流15分钟。停止加热，稍冷后将反应瓶置于约50℃水浴中，冷却至大部分结晶

析出，再置于冰水浴中冷却至结晶完全，抽滤，用15mL石油醚(30～60℃)洗涤

结晶，将产品转移到已称重并标有考生编号的培养皿中。

(抽干后的产品请交给监考老师，监考老师将干燥后的产品称重，返还考生自己

合成的产品232mg用于下步实验。考生另取少量产品用石油醚配制溶液用作下步

TLC监测反应的对比样。)

2．2-(4-氯苯基)苯并噁唑的合成

在已盛有4-HOTEMPO69mg(0.4mmol)的25mL三口瓶中，再依次加入上步

合成的席夫碱232mg(1.0mmol)及3mL二甲苯，安装冷凝管和导气管(下端弯成

约135°，出口直径约2mm)。接通小气泵电源，调节导气管上的螺旋夹，将空气连

3/8

第九届全国大学生化学实验邀请赛实验试题2014.7.兰州

续鼓入反应液中(鼓泡速度约为5～10个/秒)。磁力搅拌下，在140℃油浴中加热反

应，TLC监测反应进程。

按以下要求提交相应的TLC板：

(1)反应30分钟后用TLC第一次监测反应进程，在实验记录纸上以1:1比例

画出观察到的TLC现象，标出目标产物和席夫碱所在位置，并列式计算目标产物

的Rf值，将TLC板标上考生编号后及时交给监考教师。

(2)反应1小时30分钟后进行第二次监测，以后每20分钟监测一次，将显示

反应已完成的TLC板标上考生编号及时交给监考教师。

反应完成后将反应物料转移至100mL圆底烧瓶中，搭建减压蒸馏装置，磁力

搅拌下用水泵减压蒸除反应溶剂(油浴温度不高于140℃)。蒸完后冷却烧瓶至室温，

加入约5mL二氯甲烷溶解反应混合物，然后加入约1g硅胶(100～200目)，拌匀，

用旋转蒸发仪减压蒸除二氯甲烷，得到反应混合物的硅胶吸附物。

3．快速柱层析提纯目标产物

称取8g硅胶(300～400目)，加入适量适当溶剂(请到监考老师处领取)，湿法

装柱，上样，用快速柱层析法纯化目标产物。

注意：加压可用手动式双联球或小气泵，请注意控制流速。

收集含目标产物的洗脱液，合并至100mL圆底烧瓶中(已称重，并标有选手

编号，届时由监考教师发放)，将此合并液用TLC分析，标上选手编号交给监考教

师。合并液减压旋蒸除去溶剂，再用真空油泵减压除去残留溶剂(10分钟)，上交

装有最终产品的圆底烧瓶，由工作人员称重，并反馈结果给学生。

选手将所有材料(试卷和实验记录)上交监考老师后实验计时结束。

注：[1]本实验中席夫碱的合成若使用石油醚(90～120℃)作溶剂，则反应时间约需1小时。

[2]催化氧化步骤中，如催化剂用量为席夫碱的1mol%时，用氧气氧化在120℃反应完成

约需15小时。催化剂用量增加可缩短反应时间，当4-HOTEMPO用量为席夫碱200mol%时，

无氧条件下加热反应可在数分钟内完成。

[3]席夫碱在硅胶薄层色谱板上会缓慢分解。

参考文献：

[1]Rodríguez,A.D.;Ramírez,C.;Rodríguez,I.I.;González,E.Org.Lett.1999,1,527.

[2]Taki,M.;Wolford,J.L.;O'Halloran,T.V.J.Am.Chem.Soc.2004,126,712.

[3]Chen,Y.-X.;Qian,F.-L.;Zhang,W.;Han,B.Angew.Chem.Int.Ed.2008,47,9330.

4/8

第九届全国大学生化学实验邀请赛实验试题2014.7.兰州

四．请简要回答下列问题

1．写出本实验中合成席夫碱及其2-(4-氯苯基)苯并噁唑的可能反应机理。

1

2.下图是产物2-(4-氯苯基)苯并噁唑的HNMR谱图(CDCl3为溶剂，TMS为内标，

仪器频率为400MHz)，指出谱图中哪些峰为4-氯苯基上氢的吸收峰(请直接在

谱图上标出)。请问化学位移7.26ppm处的吸收峰是何种氢原子的核磁共振信

号？

5/8

第九届全国大学生化学实验邀请赛实验试题2014.7.兰州

3.本实验目标产物的合成过程中，用TLC监测反应进程时，TLC展开后Rf值接近

1的显色点(254nm紫外光)代表什么物质？如果将TLC板放置一段时间后将

会有何变化？

4.用柱色谱分离纯化产物时，在大量加入洗脱剂时不慎将硅胶吸附物冲散，使较多

的被分离物进入洗脱剂中，接着进行洗脱分离，将导致什么后果？

5.本实验中减压蒸