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【有机合成小品】环庚三烯正离子氟硼酸盐的制备以及环丙烯正离子盐的展示
林 宇宸1
1. 大阪大学工学系应用化学科, 日本大阪府吹田市山田丘2-1
2025/12/26
IP:福建
摘要:应某人的要求,把环庚三烯正离子的盐的制备过程放出来以供参考,附带了三苯基环丙烯正离子盐的图片。发个有机化学小品,请多指教。 ----------------------------------------------------------------------------------------- 同样的,文章风格仍然仿造organic syntheses的风格,希望大家喜欢。数据完整,可重复性强,可作为标准实验流程。欢迎评论。

环庚三烯正离子氟硼酸盐的制备

Checked by Lin

流程

1. 环庚三烯正离子氟硼酸盐的制备

image.png


注意:五氯化磷在空气中强烈发烟,产生腐蚀性的气体。四氯化碳有较强的肝毒性。整个实验过程应当在通风橱中完成!

在1000mL圆底烧瓶中,加入50g五氯化磷[1]PCl5(240mmol)(强烈发烟!)[2],加入400mL四氯化碳[1][3]使悬浮。称取14.1g环庚三烯[1](153mmol,1eq),一次性加入烧瓶中,烧瓶在室温搅拌3h。

image.png

从左至右依次为:a)称取五氯化磷,b)量取四氯化碳,c)两者的悬浊液 ,d称取环庚三烯


反应混合液迅速变粘,到反应1h时几乎没有方法搅动反应混合液,但是在2h时反应混合液又开始变得流动性较好[4][5]。3小时后,反应完成,将反应悬浊液迅速抽滤,得到粗产物复盐,用四氯化碳粗洗涤。复盐不需要提纯就进行下一步操作[6][7]。

image.png

从左至右依次为:a)刚加入环庚三烯的样子,b)1h时,磁搅已经失效,c)反应结束时 ,d复盐的抽滤


在上一步反应进行时,于冰柜200mL无水乙醇[1]并准备冰浴。将上一步的复盐迅速地加到充分冷却的乙醇中。此时有强烈放热,同时产生澄清的红棕色溶液[8]。待复盐全部溶解后,加入25mL48%氟硼酸[1]水溶液,溶液立刻析出奶黄色沉淀。此即为产物环庚三烯正离子氟硼酸盐。在冰浴中搅拌5min后,抽滤,依次用少量的冰乙醇,和乙醚[1]洗涤,真空干燥,得到纯白色的环庚三烯正离子氟硼酸盐纯品,产量12g(67.4mmol,44%)[9] [10]。

image.png

从左至右依次为:a)复盐溶于乙醇得到溶液,b)加入氟硼酸后析出产物沉淀,c)真空干燥的产物


注释:

[1]五氯化磷来自安耐吉化学公司,未经提纯直接使用。四氯化碳来自罗恩化学公司,未经提纯直接使用。环庚三烯来自安耐吉化学公司,未经提纯直接使用。市售的环庚三烯往往含有一定量的甲苯杂质(<10%),本实验按照100%纯度计量。48%氟硼酸水溶液来自安耐吉化学公司,未经提纯直接使用。市售的氟硼酸水溶液是棕色的,这不影响反应。无水乙醇和乙醚均来自国药化学集团,未经提纯直接使用。

[2]五氯化磷在空气中强烈发烟,因此应当在通风橱中称量,称量时不得使用称量纸,应当使用玻璃烧杯等,称量的速度应当尽可能快。

[3]在把四氯化碳加入五氯化磷的时候,可能有氯化氢气体放出,这可能是四氯化碳中微量的水导致的,对实验影响不大

[4]反应到1h时磁子几乎无法搅动反应物,这个时候只需要放置在那儿即可,待继续经过数十分钟后,磁子就又能搅动反应物了。全程应当紧密的监控搅拌情况,调节转速,以免磁子跳动打破容器。

[5]由于有氯化氢气体的生成且中间体怕水,所以反应烧瓶应当用橡胶塞轻轻塞上并插上针头放气,插入干燥管也是可以的。

[6]中间体非常粘,可能造成抽滤困难,因此不建议用砂芯漏斗抽滤,而建议采用布氏漏斗+滤纸进行抽滤。

[7]由于中间产物怕水,因此抽滤后的滤饼简单的用四氯化碳简单洗涤即可,不需要抽的很干,以奶酪状进入下一步的反应。

[8]转移奶酪状中间体的过程要尽可能的快,因为中间体在空气中会吸水分解。且中间体溶于乙醇时会放出大量热,同时放出氯化氢气体。这个过程要在通风橱中,在良好的冰浴下进行!

[9]产物为纯白色粉末状晶体。对氧气,光照稳定,对热和水较为稳定。常温在西林瓶放置的产物放置一年后变为灰色粘稠固体。

[10]这个方法得到的产物已经很纯。产物可以用乙腈-乙酸乙酯混合溶液重结晶,但是回收收率低,且对纯度提高没有帮助。


讨论:

经典的芳香性离子包括环丙烯正离子,环戊二烯负离子,环庚三烯正离子。

这里给出了一种环庚三烯正离子氟硼酸盐的制备。应某人的要求,同时放上环丙烯正离子盐的图片(三苯基环丙烯正离子氟硼酸盐) 。由于制备过程中没有拍照,所以只放产物图片.

早在1891年,Merling用溴处理环庚三烯时,就发现有生成一种不溶于醚的产物。当时关于芳香性的电子理论还没有建立,所以他无法解释这个产物的结构,直到1954年,Doering才正确认识到这个物质的正确结构;环庚三烯正离子溴化物。

环庚三烯正离子的制备,常用的方法是环庚三烯用氧化剂脱氢,常见的就是PCl5,Ph3C+等常见的脱氢试剂。

另外,利用环庚三烯酮酸化脱水,也是一种制备方法。

和他的亲戚环丙烯正离子相比,裸的环庚三烯正离子比较稳定,对光,热,水都有一定稳定性(相比而言,裸的环丙烯正离子对水非常敏感)。但是有取代基的环丙烯正离子盐通常比较稳定。他们的制备方法一般有两条路径:[2+1]卡宾环加成和环丙烯酮的烷基化:

image.png


image.png


image.png

从左至右依次为:a)三苯基环丙烯正离子氟硼酸盐的重结晶(溶剂:100%乙腈),b)产物是粗大的浅黄色柱状晶体


产物的核磁共振谱图:

1HNMR(400MHz,d3-MeCN):

δ=8.69-8.56(m,6H,ArH-o) ,8.16-8.03(m,3H,ArH-p) , 8.03-7.86(m,6H,ArH-m) .

13CNMR(100MHz, d3-MeCN):

δ=155.80(C-main ring) ,138.55(C-Ar-p) ,135.96(C-Ar-o) ,130.52(C-Ar-m) ,120.02(C-Ar-ipso)


核磁共振氢谱

image.png


核磁共振氢谱 芳香区放大

image.png


核磁共振碳谱 芳香区放大

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[ 修改于4个月21天前 - 2026/06/11 13:35:49 ]
+25
科创币
脱碳乙酸
2025/12/26
操作讲解清晰,有详细表征数据
H3PO49作者
10个月8天前IP:福建
948180
1楼

2025/12/26

第一次修改

修改了核磁谱图归属的错误

增添了大量讨论的细节

增加了对环丙烯正离子制备的讨论

引用
评论
H3PO49作者
10个月7天前IP:日本
948222
2楼

2025/12/27

第二次修改,修改了一些错别字。回复了提问笔记

引用
评论
4个月25天前IP:福建
950465
3楼

是不是三苯甲基正离子也可以补上了

引用
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H3PO49作者
4个月24天前IP:日本
950482
4楼
引用脱碳乙酸发表于3楼的内容
是不是三苯甲基正离子也可以补上了

我还没找到合适的重结晶条件

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