AD交法优化苯甲醛与氯仿的亲核取代反应-final

AD交法优化苯甲醛与氯仿的亲核取代反应-final 综合化学实验一 正交法优化苯甲醛与氯仿的亲核取代反应 1.1 实验设计思路: 实验原理和方法单因素实验 亲核取代反应的实验目的原理与影响因素根据实验原理和方法实验正交法优化有机设计实验流程，选用实验反应条件实验药品和装置对比正交实验设计的方法 控制 结果处理 33结果与讨论 或2实验正交实验3最优条件 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 与修正 正交实验 1.2 实验目的: (1) 熟悉亲核加成反应的原理与方法; (2)了解和掌握影响亲核加成反应的一般因素; (3) 学习利用正交实验优化有机反应条件的原理和方法。 1.3 实验原理: 结晶玫瑰是具有强烈玫瑰香气的结晶型固体香料，是一种良好的定香剂，广泛使用于化妆品和皂用香精，尤其适用于粉剂化的化妆品，在香料和日用化工产品中具有广阔的应用价值。 而它的关键中间体则是由三氯甲基负离子与苯甲醛进行亲核加成反应得到的，具体反应式如下: CHOCClHO3CHKOH+CHCl3 亲核加成反应是有机化学中构成碳碳键的最主要的反应之一，在有机合成中具有重要的意义。一般是由具有负电子的亲核试剂进攻缺电子的碳原子，从而反应构筑碳碳键，在苯甲醛与氯仿的反应中，氯仿上的酸性质子在碱的存在下失去，从而变成三氯甲基负离子，而该负离子进一步进攻苯甲醛的羰基从而发生反应。具体反应机理如下: 1 -OH+CClCHClHO332 OCClHOCCl33CHCHOOH-2OH++CClHC3 而另一方面，醛基具有部分的氧化性和还原性，因此在浓碱的存在下还能发生自身的氧化还原反应，反应如下: -COOCHOCHOH2-OH + 由于苯甲醛、氯仿与氢氧化钾溶液不互溶，因此反应需要加入一定量的助溶溶剂或相转移催化剂，并且反应需要剧烈的搅拌以增加氯仿与碱的接触使三氯甲基负离子容易生成。因而，影响该反应的因素除了温度、时间、原料比等影响常规亲核加成反应的因素外，还有助溶溶剂或相转移催化剂的量也是一个重要的方面。而在这么多因素的存在下找出一条最优化的反应条件实在不是一件简单的工作，就以上述反应的四因素四水平条件来说，需要进行44 = 256次实验，这显然是不现实的，而正交实验法能够解决这个问题。 正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，因而大大减少了所需进行的实验项目数，是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。 3如考虑进行一个三因素、每个因素有三个水平的试验时，如果作全面试验，需作3 = 27次。若从27次试验中选取一部分试验，常将A和B分别固定在A1和B1水平上，与C的三个水平进行搭配，A1B1C1，A1B1C2，A1B1C3。作完这3次试验后，若A1B1C3最优，则取定C3这个水平，让A1和C3固定，分别与B因素的三个水平搭配，A1B1C3，A1B2C3，A1B3C3。这3次试验作完以后，若A1B2C3最优，取定B2，C3这两个水平，再作两次试验A2B2C3，A3B2C3，然后一起比较，若A3B2C3最优，则可断言A3B2C3是我们欲选取的最佳水平组合。这样仅作了8次试验就选出了最佳水平组合。而实际上，这些试验结果都分布在立方体的一角，代表性较差，所以按上述方法选出的试验水平组合并不是真正的最佳 2 组合。 如果进行正交试验设计，对于三因素三水平的试验来说，需要作9次试验，如图中用“Δ”表示的点。如果每个平面都表示一个水平，共有九个平面，可以看到每个平面上都有三个“Δ”点，立方体的每条直线上都有一个“Δ”点，并且这些“Δ”点是均衡地分布着，因此这9次试验的代表性很强，能较全面地反映出全面试验的结果，这就是正交实验设计所特有的均衡分散性。我们正是利用这一特性来合理的设计和安排试验，以便通过尽可能少的试验次数，找出最佳水平组合。 本实验研究苯甲醛与氯仿在氢氧化钾存在下进行亲核加成反应的最佳反应条件，通过对反应物原料比、反应时间、反应温度、助溶溶剂和碱的量这五个因素的单因素实验，确定影响该反应的最大因素(2-3个)，并通过正交实验法进行条件的优化，最终得到该反应的最佳反应条件。 1.4 原料与试剂: 苯甲醛、氯仿、甲醇、DMF、NaOH 1.5 实验步骤: 1.5.1 苯甲醛与氯仿的亲核加成反应 在装有温度计，搅拌器和回流冷凝管的100 ml三口烧瓶中，依次加入苯甲醛(15 ml， 分批加入KOH，控制反应在一定温度下进行。待反应0.15 mol)，氯仿和助溶溶剂DMF，并 进行到一定时间，吸取2 mL反应液，加入等量水振荡后，吸取1 mL有机相，用甲醇稀释至10 mL，进行气相色谱分析测定反应混合物中产物的含量。 1.5.2 产物含量分析——气相色谱法确定混合物组成 -7-61)由三氯甲基苯基甲醇 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 品配置系列标准溶液(浓度: 5х10~5x10 g/L; 溶剂: 甲醇)，选择气相色谱条件，绘制标准曲线，确定方法的可靠性。 气相色谱分析: R色谱仪:岛津GC-2014C，N2000工作站;色谱柱:Rtx?-5，Φ 0.25 mm ? 3000 cm;固定液:0.25 µm;进样口温度:230 ?;柱温:80 ?保留2 min，以10?/min的速度升到230?，保留2 min。 2)进行单因素或正交实验时，通过气相色谱分析，根据给定标准曲线确定反应混合物中底物、目标产物及副产物的含量。 1.6 实验内容: 1.6.1 单因素实验 在步骤1中影响产率的主要因素有:a、苯甲醛与氯仿的原料比;b、助溶溶剂的量;c、反应温度;d、反应时间;e、碱的量。因此，首先通过单因素实验考查单一条件对产率的影响，从而确定出影响产率的主要因素。 a)考察苯甲醛与氯仿的原料比对反应产率的影响 考察苯甲醛:氯仿的不同原料比(1:1-1:3)对反应产率的影响，以15 ml苯甲醛为基准，改变氯仿的量，并采用条件为助溶溶剂的量20 ml，反应时间2小时，反应温度10 ?，操作见实验步骤1。 b)考察助溶溶剂的量对反应产率的影响 3 考察不同助溶溶剂的量(10-25 ml)对反应产率的影响。根据a的实验结果，选取最佳苯甲醛与氯仿的比例，其余条件为反应时间2小时，反应温度10 ?，操作见实验步骤1。 c)考察反应温度对产率的影响 考察不同反应温度(10-40 ?)对反应产率的影响。根据a和b的实验结果，选取最佳苯甲醛与氯仿的比例和助溶溶剂的量，反应时间为2小时，操作见实验步骤1。 d)考察反应时间对产率的影响 考察不同反应时间(2-5 h)对反应产率的影响。根据a、b和c的实验结果，选取最佳苯甲醛与氯仿的比例、助溶溶剂的量和反应温度，操作见实验步骤1。 e)考察碱的量对产率的影响 考察不同碱的量(2-8 g)对反应产率的影响。根据a、b、c和d的实验结果，选取最佳苯甲醛与氯仿的比例、助溶溶剂的量、反应温度和反应时间，操作见实验步骤1。 分析和讨论影响反应的主要因素，并指导进行下面的正交实验。 1.6.2. 正交实验 由单因素实验可知，苯甲醛与氯仿的原料比、助溶溶剂的量、反应时间、反应温度及碱的量这五个因素中哪些影响较为复杂。因此选定其中的2-3个因素进行正交优化实验，其各水平因素的选取都是以单因素的结果为基础而确定水平范围。 例如:如果由单因素实验可知，反应物原料比及碱的量对反应产率的影响比较简单，而助溶溶剂的量、反应时间、反应温度对产率的影响较为复杂，则可固定原料比及碱的量，将助溶溶剂的量、反应时间、反应温度三个因素进行正交实验，其中各水平因素的选取都是以单因素的结果为基础，可确定水平范围为:助溶溶剂的量10-30 ml、反应时间2-4 h及反应 3温度20-40?，那么正交实验可设计为如下3实验。 3正交实验设计(3) A B C No (助溶溶剂的量) (反应时间) (反应温度) 1 10 2 20 2 20 3 30 3 30 4 40 而如果由单因素实验确定，原料比、碱的量及反应时间对反应产率的影响比较简单，而助溶溶剂的量和反应温度对产率的影响较为复杂，则可固定原料比、碱的量和反应时间，而 3对助溶溶剂的量和反应温度这两个因素进行正交实验，那么正交实验可设计为如下2实验。 3正交实验设计(2) A B No (助溶溶剂的量) (反应温度) 1 10 20 2 20 30 3 30 40 最终通过正交实验确定最佳反应条件。 4 1.7 实验总结报告: 1.7.1 报告提纲 一、背景 二、实验内容 三、结果与讨论 1 单因素实验 ? 考察苯甲醛与氯仿的原料比对反应产率的影响 ? 考察助溶溶剂的量对反应产率的影响 ? 考察反应温度对产率的影响 ? 考察反应时间对产率的影响 ? 考察碱的量对产率的影响 2 正交实验 ? 讨论正交实验因素选取的依据 ? 正交实验设计及结果分析 实验条件 实验项目 产率 V 反应时间t 反应温度T 助 实验01 10 2 20 实验02 10 3 30 实验03 10 4 40 实验04 20 2 30 实验05 20 3 40 实验06 20 4 20 实验07 30 2 40 实验08 30 3 20 实验09 30 4 30 四、结论 五、参考文献 1.7.2 重点讨论内容: (1)通过上述实验，讨论影响亲核加成反应的主要因素有哪些, (2)正交实验中选定所需优化因素的依据是什么,请以本实验为例，具体说明。 (3)在苯甲醛与氯仿的反应中，为何讨论碱的影响,如果增加催化剂的碱性，反应会有什 么影响，为什么, (4)在苯甲醛与氯仿的反应中，有时会 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 到扁桃酸的存在，为什么, 5