实验十六氯霉素( Chloramphenicol)的合成 、目的要求 1熟悉溴化、 Delepine反应、乙酰化、羟甲基化、 Meerwein- Ponndorf-Verley 羰基还原、水解、拆分、二氯乙酰化等反应的原理。 2.掌握各步反应的基本操作和终点的控制 3.熟悉氯霉素及其中间体的立体化学 4!.了解播种结晶法拆分外消旋体的原理,熟悉操作过程。 5.掌握利用旋光仪测定光学异构体质量的方法。 二、实验原理 氯霉素的化学名为1R,2-(-)-1-对硝基苯基-2-二氯乙酰胺基-1,3-丙二醇, (1R,2R)-(-) p-nitropHenyl-2 dichloroacetamide-1,3- propane iol氯霉素分 子中有两个手性碳原子,有四个旋光异构体。化学结构式为 CH2OH R2R() 1s2s(+) -C-NHCOCHC1CLCHCOHN-C-H CH2OH 1s2R(-) 1R2s(+) 上面四个异构体中仅IR,2R(-)(或D(-)苏阿糖型〕有抗菌活性,为临 床使用的氯霉素 氯霉素为白色或微黄色的针状、长片状结晶或结晶性粉末,味苦 mp.149~153℃。易溶于甲醇、乙醇、丙酮或丙二醇中,微溶于水。比旋度(α 25-255°(乙酸乙酯);〔α)p25+18.5°-21.5°(无水乙醇)
实验十六 氯霉素（Chloramphenicol）的合成 一、目的要求 1.熟悉溴化、Delepine 反应、乙酰化、羟甲基化、Meerwein-Ponndorf-Verley 羰基还原、水解、拆分、二氯乙酰化等反应的原理。 2. 掌握各步反应的基本操作和终点的控制。 3. 熟悉氯霉素及其中间体的立体化学。 4. 了解播种结晶法拆分外消旋体的原理，熟悉操作过程。 5. 掌握利用旋光仪测定光学异构体质量的方法。 二、实验原理 氯霉素的化学名为 1R，2-（-）-1-对硝基苯基-2-二氯乙酰胺基-1，3-丙二醇， （1R，2R）-（-）-p-nitropHenyl-2-dichloroacetamido-1，3-propanediol。氯霉素分 子中有两个手性碳原子，有四个旋光异构体。化学结构式为： NO2 H C OH C CH2OH Cl H 2CHCOHN NO2 HO C H C CH2OH H NHCOCHCl2 1R,2R (-) 1S,2S (+) NO2 HO C H C CH2OH Cl2CHCOHN H NO2 H C OH C CH2OH NHCOCHCl2 H 1S,2R (-) 1R,2S (+) 上面四个异构体中仅 1R，2R（-）〔或 D（-）苏阿糖型〕有抗菌活性，为临 床使用的氯霉素。 氯霉素为白色或微黄色的针状、长片状结晶或结晶性粉末，味苦。 mp.149~153℃。易溶于甲醇、乙醇、丙酮或丙二醇中，微溶于水。比旋度〔α〕 25 -25.5°（乙酸乙酯）；〔α〕D 25+18.5°~21.5°（无水乙醇）
合成路线如下 Br2, CsCL (CH2)6,Cbc。N COCH, Br(CH,N4 C-H.OH (CH, CO)O HCL.HO OIN NHCOCH3 H NHCOCH H2-HCI -CH OH-15% NaOH 一O2N一 H NHCOCH3 H NHCOCHCL CHCLCOOCH3, CH3OH 三、实验方法 (一)对硝基a-溴代苯乙酮的制备 在装有搅拌器、温度计、冷凝管、滴液漏斗的250mL四颈瓶中,加入对硝 基苯乙酮10g,氯苯75mL,于25~28℃搅拌使溶解。从滴液漏斗中滴加溴9.7g 首先滴加溴2~3滴,反应液即呈棕红色,10min内褪成橙色表示反应开始;继续 滴加剩余的溴,约1~1.5h加完,继续搅拌1.5h,反应温度保持在25~28℃。反 应完毕,水泵减压抽去溴化氢约30min,得对硝基α-溴代苯乙酮氯苯溶液,备 用 注释 1.制备氯霉素的二、实验原理除以对硝基苯乙酮为原料的二、实验原理(对 酮法)外,还有成肟法、苯乙烯法、肉桂醇法、溴苯乙烯法以及苯丝氨酸法等。 2.冷凝管口上端装有气体吸收装置,吸收反应中生成的溴化氢。 3.所用仪器应干燥,试剂均需无水。少量水分将使反应诱导期延长,较多 水分甚至导致反应不能进行。 4!.若滴加溴后较长时间不反应,可适当提高温度,但不能超过50℃,当反 应开始后要立即降低到规定温度 5.滴加溴的速度不宜太快,滴加速度太快及反应温度过高,不仅使溴积聚 易逸出,而且还导致二溴化合物的生成 6.溴化氢应尽可能除去,以免下步消耗六亚甲基四胺
合成路线如下： O2N COCH3 Br2 , C6H5Cl O2N COCH2Br (CH2 )6N4 , C6H5Cl O2N COCH2Br(CH2 )6N4 C2H5OH HCl , H2O O2N COCH2NH2 . HCl (CH3CO)2O CH3COONa O2N COCH2NHCOCH3 HCHO C2H5OH O2N COCH CH2OH NHCOCH3 Al[OCH(CH3 )2 ]3 CH3CH(OH)CH3 O2N C H OH C CH2OH H NHCOCH3 O2N C H OH C CH2OH H NH2 .HCl HCl , H2O NaOH O2N C H OH C CH2OH H NH2 O2N C H OH C CH2OH H NHCOCH3 CHCl2COOCH3 , CH3OH O2N C H OH C CH2OH H NHCOCHCl2 15% 拆分 三、实验方法 （一）对硝基α-溴代苯乙酮的制备 在装有搅拌器、温度计、冷凝管、滴液漏斗的 250 mL 四颈瓶中，加入对硝 基苯乙酮 10 g，氯苯 75 mL，于 25~28℃搅拌使溶解。从滴液漏斗中滴加溴 9.7 g 。 首先滴加溴 2~3 滴，反应液即呈棕红色，10 min 内褪成橙色表示反应开始；继续 滴加剩余的溴，约 1~1.5 h 加完，继续搅拌 1.5 h，反应温度保持在 25~28℃。反 应完毕，水泵减压抽去溴化氢约 30 min，得对硝基α-溴代苯乙酮氯苯溶液，备 用。 注释： 1. 制备氯霉素的二、实验原理除以对硝基苯乙酮为原料的二、实验原理（对 酮法）外，还有成肟法、苯乙烯法、肉桂醇法、溴苯乙烯法以及苯丝氨酸法等。 2. 冷凝管口上端装有气体吸收装置，吸收反应中生成的溴化氢。 3. 所用仪器应干燥，试剂均需无水。少量水分将使反应诱导期延长，较多 水分甚至导致反应不能进行。 4. 若滴加溴后较长时间不反应，可适当提高温度，但不能超过 50℃，当反 应开始后要立即降低到规定温度。 5. 滴加溴的速度不宜太快，滴加速度太快及反应温度过高，不仅使溴积聚 易逸出，而且还导致二溴化合物的生成。 6. 溴化氢应尽可能除去，以免下步消耗六亚甲基四胺
思考题 溴化反应开始时有一段诱导期,使用溴化反应机理说明原因?操作上如 何缩短诱导期? 2.本溴化反应不能遇铁,铁的存在对反应有何影响? (二)对硝基α-溴化苯乙酮六亚甲基四胺盐的制备 在装有搅拌器、温度计的250mL三颈瓶中,依次加入上步制备好的对硝基 α-溴代苯乙酮和氯苯20nL,冷却至15℃以下,在搅拌下加入六亚甲基四胺(乌 洛托品)粉末8.5g,温度控制在28℃以下,加毕,加热至35-36℃,保温反应1 h,测定终点。如反应已到终点,继续在35~36℃反应20min,即得对硝基α-溴 代苯乙酮六亚甲基四胺盐(简称成盐物),然后冷至16-18℃,备用 注释: 1.此反应需无水条件,所用仪器及原料需经干燥,若有水分带入,易导致 产物分解,生成胶状物。 2.反应终点测定:取反应液少许,过滤,取滤液1mL,加入等量4%六亚 甲基四胺氯仿溶液,温热片刻,如不呈混浊,表示反应已经完全。 3.对硝基α-溴代苯乙酮六亚甲基四胺盐在空气中及干燥时极易分解,因此 制成的复盐应立即进行下步反应,不宜超过12h 4.复盐成品:mp.18-120℃(分解)。 思考题 1.对硝基-a-溴代苯乙酮与六亚甲基四胺生成的复盐性质如何? 2.成盐反应终点如何控制?根据是什么? (三)对硝基-α-氨基苯乙酮盐酸盐的制备 在上步制备的成盐物氯苯溶液中加入精制食盐3g,浓盐酸17.2mL,冷至 6~12℃,搅拌3~5min,使成盐物呈颗粒状,待氯苯溶液澄清分层,分出氯苯 立即加入乙醇377mL,搅拌,加热,0.5h后升温到32~35℃,保温反应5h。 冷至5℃以下,过滤,滤饼转移到烧杯中加水19mL,在32~36℃搅拌30min, 再冷至-2℃,过滤,用预冷到2~3℃的6mL乙醇洗涤,抽干,得对硝基-α氨基 苯乙酮盐酸盐(简称水解物),mp.250℃(分解),备用 注释 1.对硝基-α-溴代苯乙酮与六亚甲基四胺(乌洛托品)反应生成季铵盐,然 后在酸性条件下水解成对硝基-α-氨基苯乙酮盐酸盐。该反应称 Delepine反应 2.加入精盐在于减小对硝基-α-氨基苯乙酮盐酸盐的溶解度
思考题： 1. 溴化反应开始时有一段诱导期，使用溴化反应机理说明原因？操作上如 何缩短诱导期？ 2. 本溴化反应不能遇铁，铁的存在对反应有何影响？ （二）对硝基α-溴化苯乙酮六亚甲基四胺盐的制备 在装有搅拌器、温度计的 250 mL 三颈瓶中，依次加入上步制备好的对硝基 α-溴代苯乙酮和氯苯 20 mL，冷却至 15℃以下，在搅拌下加入六亚甲基四胺（乌 洛托品）粉末 8.5 g，温度控制在 28℃以下，加毕，加热至 35~36℃，保温反应 1 h，测定终点。如反应已到终点，继续在 35~36℃反应 20 min，即得对硝基α-溴 代苯乙酮六亚甲基四胺盐（简称成盐物），然后冷至 16~18℃，备用。 注释： 1. 此反应需无水条件，所用仪器及原料需经干燥，若有水分带入，易导致 产物分解，生成胶状物。 2. 反应终点测定：取反应液少许，过滤，取滤液 1 mL，加入等量 4% 六亚 甲基四胺氯仿溶液，温热片刻，如不呈混浊，表示反应已经完全。 3. 对硝基α-溴代苯乙酮六亚甲基四胺盐在空气中及干燥时极易分解，因此 制成的复盐应立即进行下步反应，不宜超过 12 h。 4. 复盐成品：mp.118~120℃（分解）。 思考题： 1. 对硝基-α-溴代苯乙酮与六亚甲基四胺生成的复盐性质如何？ 2. 成盐反应终点如何控制？根据是什么？ （三）对硝基-α-氨基苯乙酮盐酸盐的制备 在上步制备的成盐物氯苯溶液中加入精制食盐 3 g，浓盐酸 17.2 mL，冷至 6~12℃，搅拌 3~5 min，使成盐物呈颗粒状，待氯苯溶液澄清分层，分出氯苯。 立即加入乙醇 37.7 mL，搅拌，加热，0.5 h 后升温到 32~35℃，保温反应 5 h。 冷至 5℃以下，过滤，滤饼转移到烧杯中加水 19 mL，在 32~36℃搅拌 30 min， 再冷至-2℃，过滤，用预冷到 2~3℃的 6 mL 乙醇洗涤，抽干，得对硝基-α-氨基 苯乙酮盐酸盐（简称水解物），mp.250℃（分解），备用。 注释： 1. 对硝基-α-溴代苯乙酮与六亚甲基四胺（乌洛托品）反应生成季铵盐，然 后在酸性条件下水解成对硝基-α-氨基苯乙酮盐酸盐。该反应称 Delepine 反应。 2. 加入精盐在于减小对硝基-α-氨基苯乙酮盐酸盐的溶解度
3.成盐物水解要保持足够的酸度,所以与盐酸的摩尔比应在3以上。用量 不仅导致生成醛等副反应( Sommelet反应),而且对硝基-α-氨基苯乙酮游离碱 本身亦不稳定,可发生双分子缩合,然后在空气中氧化成紫红色吡嗪化合物。此 外,为保持水解液有足够酸度,应先加盐酸后加乙醇,以免生成醛等副反应。 4.温度过高也易发生副反应,增加醛等副产物的生成。 思考题: 1.本实验中 Delepine反应水解时为什么一定要先加盐酸后加乙醇,如果次 序颠倒,结果会怎样? 2.对硝基-α-氨基苯乙酮盐酸盐是强酸弱碱生成的盐,反应需保持足够的酸 度,如果酸度不足对反应有何影响? (四)对硝基-α-乙酰胺基苯乙酮的制备 在装有搅拌器、回流冷凝器、温度计和滴液漏斗的250mL四颈瓶中,放入 上步制得的水解物及水20mL,搅拌均匀后冷至0-5℃。在搅拌下加入醋酐9mL。 另取40%的醋酸钠溶液29mL,用滴液漏斗在 30min内滴入反应液中,滴加时反应温度不超过15℃。滴毕,升温到14~15℃, 搅拌Ih(反应液始终保持在pH3.5-4.5),再补加醋酐lmL,搅拌10min,测定 终点。如反应已完全,立即过滤,滤饼用冰水搅成糊状,过滤,用饱和碳酸氢钠 溶液中和至pH7.2-7.5,抽滤,再用冰水洗至中性,抽干,得淡黄色结晶(简称 乙酰化物)mp.161~163℃。 注释 1.该反应需在酸性条件下(pH3.5~45)进行,因此必须先加醋酐,后加醋 酸钠溶液,次序不能颠倒。 2.反应终点测定:取反应液少许,加入 Nahco3中和至碱性,于40~45℃温 热30min,不应呈红色。若反应未达终点,可补加适量的醋酐和醋酸钠继续酰化 3.乙酰化物遇光易变红色,应避光保存 思考题 1.乙酰化反应为什么要先加醋酐后加醋酸钠溶液,次序不能颠倒 2.乙酰化反应终点怎样控制,根据是什么? (五)对硝基-α-乙酰胺基-β-羟基苯丙酮的制备 在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的250mL三颈瓶中,投入乙酰化物及 乙醇15mL,甲醛4.3mL,搅拌均匀后用少量 Nahco3饱和溶液调pH72-7.5。 搅拌下缓慢升温,大约40min达到32~35℃,再继续升温至36~37℃,直到反应
3. 成盐物水解要保持足够的酸度，所以与盐酸的摩尔比应在 3 以上。用量 不仅导致生成醛等副反应（Sommolet 反应），而且对硝基-α-氨基苯乙酮游离碱 本身亦不稳定，可发生双分子缩合，然后在空气中氧化成紫红色吡嗪化合物。此 外，为保持水解液有足够酸度，应先加盐酸后加乙醇，以免生成醛等副反应。 4. 温度过高也易发生副反应，增加醛等副产物的生成。 思考题： 1. 本实验中 Delepine 反应水解时为什么一定要先加盐酸后加乙醇，如果次 序颠倒，结果会怎样？ 2. 对硝基-α-氨基苯乙酮盐酸盐是强酸弱碱生成的盐，反应需保持足够的酸 度，如果酸度不足对反应有何影响？ (四) 对硝基-α-乙酰胺基苯乙酮的制备 在装有搅拌器、回流冷凝器、温度计和滴液漏斗的 250 mL 四颈瓶中，放入 上步制得的水解物及水 20 mL，搅拌均匀后冷至 0~5℃。在搅拌下加入醋酐 9 mL。 另取 40% 的醋酸钠溶液 29 mL，用滴液漏斗在 30 min 内滴入反应液中，滴加时反应温度不超过 15℃。滴毕，升温到 14~15℃， 搅拌 1 h（反应液始终保持在 pH 3.5~4.5），再补加醋酐 1mL，搅拌 10 min，测定 终点。如反应已完全，立即过滤，滤饼用冰水搅成糊状，过滤，用饱和碳酸氢钠 溶液中和至 pH 7.2~7.5，抽滤，再用冰水洗至中性，抽干，得淡黄色结晶（简称 乙酰化物）,mp.161~163℃。 注释： 1. 该反应需在酸性条件下（pH 3.5~4.5）进行，因此必须先加醋酐，后加醋 酸钠溶液，次序不能颠倒。 2. 反应终点测定：取反应液少许，加入 NaHCO3 中和至碱性，于 40~45℃温 热 30 min，不应呈红色。若反应未达终点，可补加适量的醋酐和醋酸钠继续酰化。 3. 乙酰化物遇光易变红色，应避光保存。 思考题： 1. 乙酰化反应为什么要先加醋酐后加醋酸钠溶液，次序不能颠倒 ？ 2. 乙酰化反应终点怎样控制，根据是什么？ (五) 对硝基-α-乙酰胺基-β-羟基苯丙酮的制备 在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的 250 mL 三颈瓶中，投入乙酰化物及 乙醇 15 mL，甲醛 4.3 mL，搅拌均匀后用少量 NaHCO3 饱和溶液调 pH 7.2~7.5。 搅拌下缓慢升温，大约 40 min 达到 32~35℃，再继续升温至 36~37℃，直到反应
完全。迅速冷却至θ℃,过滤,用25mL冰水分次洗涤,抽滤,干燥得对硝基- a-乙酰胺基-β羟基苯丙酮(简称缩合物),mp.166-167℃ 注释: 1.本反应碱性催化的pH值不宜太高,p72-7.5较适宜。pH过低反应不 易进行,pH大于78时有可能与两分子甲醛形成双缩合物。 甲醛的用量对反应也有一定影响,如甲醛过量太多,亦有利于双缩合物的 形成;用量过少,可导致一分子甲醛与两分子乙酰化物缩合。 CH,OH COCH2 NHCOCH3+2 HCHO CH,OH ICOCHNHCOCH+HCHO 2N COCHNHCOCH OCHNHCOCH3 为了减少上述副反应,甲醛用量控制在过量40%左右(摩尔比约为1:14) 为宜。 2.反应温度过高也有双缩合物生成,甚至导致产物脱水形成烯烃 3.反应终点测定:用玻棒蘸取少许反应液于载玻片上,加水1滴稀释后置 显微镜下观察,如仅有羟甲基化合物的方晶而找不到乙酰化物的针晶,即为反应 终点(约需3h)。 思考题: 1.影响羟甲基化反应的因素有那些?如何控制? 2.羟甲基化反应为何选用 Nahco3作为碱催化剂?能否用NaOH,为什么? 3.羟甲基化反应终点如何控制? (六)异丙醇铝的制备 在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的三颈瓶中依次投入剪碎的铝片2.7g, 无水异丙醇63mL和无水三氯化铝0.3g。在油浴上回流加热至铝片全部溶解 冷却到室温,备用。 注释 1.所用仪器、试剂均应干燥无水。 2.回流开始要密切注意反应情况,如反应太剧烈,需撤去油浴,必要时采 取适当降温措施 3.如果无水异丙醇、无水三氯化铝质量好,铝片剪得较细,反应很快进行
完全。迅速冷却至 0℃，过滤，用 25 mL 冰水分次洗涤，抽滤，干燥得对硝基- α-乙酰胺基-β-羟基苯丙酮（简称缩合物），mp.166~167℃。 注释： 1. 本反应碱性催化的 pH 值不宜太高，pH 7.2~7.5 较适宜。pH 过低反应不 易进行，pH 大于 7.8 时有可能与两分子甲醛形成双缩合物。 甲醛的用量对反应也有一定影响，如甲醛过量太多，亦有利于双缩合物的 形成；用量过少，可导致一分子甲醛与两分子乙酰化物缩合。 O2N COCH2NHCOCH3 O2N COCNHCOCH3 CH2OH CH2OH O2N COCH2NHCOCH3 O2N COCHNHCOCH3 CH2 O2N COCHNHCOCH3 + 2 HCHO + HCHO 为了减少上述副反应，甲醛用量控制在过量 40%左右（摩尔比约为 1 ：1.4） 为宜。 2. 反应温度过高也有双缩合物生成，甚至导致产物脱水形成烯烃。 3. 反应终点测定：用玻棒蘸取少许反应液于载玻片上，加水 1 滴稀释后置 显微镜下观察，如仅有羟甲基化合物的方晶而找不到乙酰化物的针晶，即为反应 终点（约需 3 h）。 思考题： 1. 影响羟甲基化反应的因素有那些？如何控制？ 2. 羟甲基化反应为何选用 NaHCO3 作为碱催化剂？能否用 NaOH，为什么？ 3. 羟甲基化反应终点如何控制？ （六）异丙醇铝的制备 在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的三颈瓶中依次投入剪碎的铝片 2.7 g， 无水异丙醇 63 mL 和无水三氯化铝 0.3 g。在油浴上回流加热至铝片全部溶解， 冷却到室温，备用。 注释： 1. 所用仪器、试剂均应干燥无水。 2. 回流开始要密切注意反应情况，如反应太剧烈，需撤去油浴，必要时采 取适当降温措施。 3. 如果无水异丙醇、无水三氯化铝质量好，铝片剪得较细，反应很快进行