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2012泰山学院毕业论文模版

泰山学院

本科毕业论文

1,2-二甲苯基二氮烯的合成、单晶培养及结构解析

所在学院化学与化工学院

专业名称化学

申请学士学位所属学科理学

年级二〇一二级

学生姓名、学号王义 2012100065

指导教师姓名、职称王平教授

完成日期二〇一二年五月

摘要

摘要

醛、酮等具有活泼α-H的化合物(酸、酯、硝基化合物、氰基化合物、末端炔烃…)与甲醛、胺(一级胺、二级胺或氨)在乙醇溶液中回流,使酮的α-H被胺甲基取代。该反应也称为胺甲基化反应,所的产物成为曼尼希(Mannich)碱。

曼尼希碱(Mannich base)和2-甲基苯胺和衍生物浓时具有强烈的粪臭味,扩散力强而持久;高度稀释的溶液有香味,可以作为香料使用。从而引起了人们对该类化合物的浓厚兴趣并进行了深入的研究。而2-甲基苯胺衍生物中的NH结构有三阶光学非线性,已经成为光学领域的研究热点。

本实验以苯甲醛、2-甲基苯胺与丙酸反应,以钼酸铵为催化剂,在石蜡浴并在搅拌条件下回流合成新的化合物,采用溶剂蒸发法在真空干燥箱内28oC的恒定温度下对该化合物进行了单晶培养,并获得了其单晶;采用X-射线单晶衍射对其晶体结构进行了解析。

关键词:曼尼希碱,三阶光学非线性,金属配合物

I

ABSTRACT

Aldehydes and ketones is lively and alpha H compounds (acid, esters, nitrocompounds, p-cyanic-benzyl compounds etc. With formaldehyde, amine (level 1, level 2 amine or amine ammonia in ethanol solution), make the backflow testosterone alpha H was amine methyl replaced. This reaction is also called amine methylation, the product of the reaction was named Mannich alkali.

Mannich base and 2-p-trifluoromethylaniline and derivatives thick with a strong odor of dung, diffusion of strong power and lasting; Highly diluted solution have fragrance, can be used as a flavoring. This arrised the people with the strong interest in this kind of compounds and studied. And 2-p-trifluoromethylaniline derivatives of NH possess third-order nonlinear optical properties, and has become a hot spot of research in the field of optics.

In this experiments, we performed Mannich reaction using benzaldehyde, 2-p-trifluoromethylaniline and propionic acid as reactant and molybdate as catalyst and obtained a new compound. Using solvent evaporation method we grown the single crystals of the compound and determined its crystal structure by means of X-ray single crystal diffraction.

Key words: Mannich base, third-order nonlinear optics, metal complexes

II

目录

1引言--------------------------------------------------------------1 1.1 曼尼希反应的发展及曼尼希碱的应用---------------------------------1 1.2 曼尼希反应的操作选择---------------------------------------------2 1.2.1 介质的选择-----------------------------------------------------2

1.2.2 酸对反应过程的影响---------------------------------------------2

2 实验部分-----------------------------------------------------------

3 2.1 实验药品及实验仪器-----------------------------------------------3 2.2 实验内容---------------------------------------------------------

4 2.2.1 1,2-二甲苯基二氮烯----------------------------------------------4

2.2.2 1,2-二甲苯基二氮烯----------------------------------------------4

3 实验结果与分析-----------------------------------------------------

4 3.1 光学显微镜分析---------------------------------------------------4 3.2 X射线单晶衍射法分析晶体结-----------------------------------------

5 参考文献-------------------------------------------------------------7 致谢-----------------------------------------------------------------8

1 引言

曼尼希是从1917年开始系统的研究胺甲基化这一反应的,并发现他的普遍意义。但在这之前,1903年V an Marle和B.Tollens发现了乙酰苯和甲醛氯化铵的反应[1]。

在这以后,Petrenko-Krischenko及同事们发现了哌啶酮衍生物的制备方法。

他们用丙酮二羧酸酯和苯甲醛、氯化铵进行缩合。

1905年Duden等人也实现了硝基烷作算组分的曼尼希反应。

1910年Franchimont首先发表了伯硝胺做算组分的曼尼希反应。

1912年曼尼希发现药品中的难溶组分,促使曼尼希对一些C——H酸物质、甲醛和胺之间的反应进行了详尽的研究。1917年曼尼希利用曼尼希反应制备出了类似生物碱的物质,并做了一系列研究奠定了曼尼希反应的基础[2]。

五十年代许多化学工作者对曼尼希反应的机理做了深讨其中比较有代表性的是H.Hellmann等人的工作。从五十年代开始,到六十年代发展到高潮的多硝基烷烃(如三硝基甲烷)及多硝基伯胺(如亚甲基二硝胺等)为算组分的曼尼希反应,合成出了一系列性能优良的新型炸药和高性能推进剂。七十年代曼尼希反应又有了新的发展,一种新的活性中间体(N,N-二甲基-亚酰基氯化铵)被发现,使原来很多在平常难于进行的反应得以顺利进行。同时还发现了许多乙炔的胺甲基化得固体催化剂。我国科学家利用这一反应制备出了新型药物。

我国科学家对曼尼希反应也有深入的研究,1962年开始开始了以硝访为酸组分的曼尼希反应的研究,此后又深入研究了硝基胍和脲素的曼尼希反应[3]。

六十年代以来,曼尼希反应研究的两个重点是:一是用现代分析工具进一步研究曼尼希反应的反应机理;二是扩大曼尼希反应和曼尼希碱的应用范围和研究范围。

1.1 曼尼希反应的发展及曼尼希碱的应用

曼尼希反应(Die Mannich Reaction)亦称胺甲基化反应(aminomethy lation), 是上世纪初逐步发展起来的一个重要有机反应。由于此反应在医药和生物碱的

1

2

合成中有着广泛的应用价值,因而引起了广泛的重视[4]。

曼尼希碱及其衍生物最初是作为药物而得到应用的,因此曼尼希反应是伴随着人工合成药物的发展而发展的,同时又对药物合成以巨大的催动。但是随着时间的推移,曼尼希反应的应用已远远超出了它原有的工作范围。1960年以后曼尼希碱的应用开始深入到人类生活资料生产的各个领域[5]。

1.2 曼尼希反应的操作选择

1.2.1 介质的选择

在曼尼希反应中,所采用的介质大致可分为三类:水、酸、有机溶剂。用水作溶剂时,反应组分(主要是酸组分)必须能溶于水,或部分溶于水。例如多硝基烷烃、伯硝铵类等[8]。通常在反应过程中析出不溶性的沉淀物或油状物,有时油状物经一段时间存放可慢慢变成晶体。如果不能形成结晶,也可以将其加入酸中,使其生成曼尼希碱的盐。一般以硝酸盐或硫酸盐较好分离,而盐酸盐则易水解和风化。下面具体介绍几类酸组分适宜的溶剂[9]。

二甲基甲酰胺或二甲基亚砜可称为溶剂之王,很多难溶性的酸组分的曼尼希反应,可采用该溶剂,如二硝基干脲作为酸组分的曼尼希反应等[10]。 N

N

H N

N H O O O 2N NO 2HC HO HC(NO 2)3N N N N O O O 2N NO 2C H 2C H 2(NO 2)3C (NO 2)3C

1.2.2 酸对反应过程的影响

在曼尼希反应过程中,酸的作用是:

① 作为反应介质:

② 提供氢离子,对反应起催化作用;

③对于不能以游离态存在的曼尼希碱可以直接转化成其盐类,而使产物得到

分离和纯化。若用醋酸作为反应介质,不仅可以作为溶剂,而去与胺组分生成醋酸铵,对反应有一定的催化作用[11],其方法如下:

0.2mol胺溶于20ml醋酸中,与0.4mol醛及0.2mol的酮加热至沸腾。当反应混合物冷却后,反应产物的沉淀析出,若产物是油可直接转化为盐酸盐。

Hellmann,H.曾经指出,如果所使用的胺及酸组分的亲核性变得不利于反应时,即酸组分的亲核性大于胺而不利于N-羟甲基胺的生成时,必须向反应介质中加入酸,而且N-羟甲基胺须预先制备[12]。除N-羟甲基胺之外,亦可用下列中间体:R·OCH2NR2,R2N·CH2·NR2。

Hellmann,H.的操作方法如下:在搅拌下向1.0mol酸组分和1.1-1.2mol外加酸的混合物中加入1.0mol N-羟甲基胺或N-烷氧基甲基胺[13]。

对于以硝仿为酸组分时,伯胺为胺组分的曼尼希反应常常需要强酸催化。因此可以采用足够农的酸作为反应介质,如N-羟甲基甲胺与硝仿需在50%以上的硝酸或硫酸中进行反应,用弱酸则产率下降[14]。如下:

RNH

2C H

2

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HC(NO

2

)

3

RNHC H

2

C(NO

2

)

3

N

C

H

2

R

NO

2

C(NO

2

)

3

2 实验部分

2.1实验药品及实验仪器

药品

2-甲基苯胺分析纯国药集团化学试剂有限公司无水乙醇分析纯天津市凯通化学试剂有限公司苯甲醛分析纯莱阳市康德有限公司

钼酸铵分析纯天津市化学试剂四厂

丙酸分析纯天津市大茂化学试剂厂

实验仪器

真空干燥箱DZF-603DA 上海一恒科学仪厂

3

磁力搅拌器85-1 金坛市新航仪器厂

电子天平HC-TP11-5 上海精科天平

光学显微镜XSP-4C 上海豫光仪器有限公司

三颈烧瓶250mL 天津玻璃仪器厂

X射线单晶衍射仪Bruke Apex Ⅱ

旋转蒸发仪RE52-99 上海亚荣生化仪器厂

循环式真空泵SHB-ⅢA 巩义市予华仪器有限责任公司接触式调压器TDC2J-0.5 金山门电器有限公司

数显调节仪xmA-3002 余姚市温度仪表三厂

2.2 实验内容

2.2.1 1,2-二甲苯基二氮烯

(1)1,2-二甲苯基二氮烯的合成原理:由2-甲基苯胺反应制

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N N

(2)1,2-二甲苯基二氮烯的合成步骤

取苯甲醛0.15g,2-甲基苯胺0.26g,钼酸铵约0.1g,溶于约25ml丙酸中,放入50毫升的小烧杯中,使其充分混合,在石蜡浴中进行加热搅拌约4h。冷却至室温,抽滤,用无水乙醇洗涤,结出橘红色晶体。

2.2.2 1,2-二甲苯基二氮烯

①取0.1918克产物溶于10ml无水乙醇中,用塑料袋扎紧烧杯口,并将塑料袋上扎满小孔后放在磁力搅拌器上搅拌。

②将充分溶解后的溶液用漏斗过滤,将盛有滤液的烧杯用扎满小孔的塑料袋扎紧密封,后放入真空干燥器中保持恒温40摄氏度,在此条件下培养晶体,待溶液蒸发的只剩少量时,得到规则的橘红色晶体。用单晶衍射仪测其结构[15]。

3 实验结果与分析

3.1 光学显微镜分析

4

5 在光学显微镜下观察分析,得到橘红色的1,2-二甲苯基二氮烯晶体。

3.2 X 射线单晶衍射法分析晶体结构

用Bruke Apex Ⅱ X 射线单晶衍射仪测定了1,2-二甲苯基二氮烯的晶体结构,其晶体学参数是: 属于立方晶系, a = 12.882(2) ?, b = 27.975(4) ?, c = 5.9458(10) ?, α = 90°, V =2142.7(6) ?3

。其分子结构见图1,晶胞堆积方式见图2。原子间键长及键角分别列于表1和表

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2

图1 1,2-二甲苯基二氮烯的分子结构图

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图2 1,2-二甲苯基二氮烯的单晶体沿a 方向的晶胞堆积图

表1 C 12H 14N 2分子的键长

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表2 C

12H

14

N

2

分子的键角

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参考文献

[1] 王海粟.浅议会计信息披露模式[J].财政研究,2004,21(1):56-58.

[2] 夏鲁惠.高等学校毕业论文教学情况调研报告[J].高等理科教育,2004(1):46-52.

[3] Heider, E.R. & Oliver, D.C.. The structure of color space in naming and memory of two

languages [J]. Foreign Language Teaching and Research, 1999, (3): 62 – 67.

[4] 葛家澍,林志军.现代西方财务会计理论[M].厦门:厦门大学出版社,2001:42.

[5] Gill, R. Mastering English Literature [M]. London: Macmillan, 1985: 42-45.

[6] 李大伦.经济全球化的重要性[N]. 光明日报,1998-12-27(3).

[7] French, W. Between Silences: A V oice from China[N]. Atlantic Weekly, 1987-8-15(33).

[8] 伍蠡甫.西方文论选[C]. 上海:上海译文出版社,1979:12-17.

[9] Spivak,G. ―Can the Subaltern Speak?‖[A]. In C.Nelson & L. Grossberg(eds.). V ictory in Limbo:

Imigism [C]. Urbana: University of Illinois Press, 1988, pp.271-313.

[10] Almarza, G.G. Student foreign language teacher’s knowledge growth [A]. In D.Freeman and

J.C.Richards (eds.). Teacher Learning in Language Teaching [C]. New Y ork: Cambridge University Press. 1996. pp.50-78.

[11] 张筑生.微分半动力系统的不变集[D].北京:北京大学数学系数学研究所, 1983:1-7.

[12] 冯西桥.核反应堆压力管道与压力容器的LBB分析[R].北京:清华大学核能技术设计研究

院, 1997:9-10.

[13] 中华人民共和国科学技术委员会.科学技术期刊管理办法[Z].1991—06—05

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致谢

本篇论文得以完成,首先要感谢王平老师的细心指导。王老师开阔的视野,为我提供了极大的发挥空间,在这段时间里让我明白了做任何事情要严谨细致、一丝不苟,对人要宽容、宽厚,王老师宽厚待人的学者风范更是令我无比感动。感谢各位老师在这几年一直在生活中、组织上给予我的教导和无私的帮助,让我在此文即将完成之际,衷心感谢帮助过我的每个人,在这里请接收我最诚挚的谢意!由于时间仓促、自身等原因,文章错误疏漏之处在所难免,恳请各位老师斧正。

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