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2,4,6-三苯基吡喃盐的制备实验操作,机理讲解和杂质分析——实验操作部分
摘要:本文介绍了2,4,6-三苯基吡喃正离子,一种有趣的,对水勉强稳定的、对空气稳定的、芳香性的,只含碳氢氧元素的正离子的制备方法。主要包括实验操作细节、底物和产物的理化性质、实验记录表格等等。反应机理、杂质分析、产物的应用请见上一篇文章。

注:本文中所有Ph表示苯基C6H5~,Ac是乙酰基CH3CO~,Bz表示苯甲酰基PhCO~,Bn表示苄基PhCH2~,Et表示乙基C2H5,Me表示甲基CH3,Tol表示对甲基苯基p-CH3C6H4~,Tos或Ts表示对甲基苯磺酰基p-CH3C6H4SO2~,EA表示乙酸乙酯EtOAc


本文主要包括实验操作细节、实验记录表格、反应物及产物理化性质等。反应机理、杂质分析、产物的性质及应用请见上一篇文章:

2,4,6-三苯基吡喃盐的制备实验操作,机理讲解和杂质分析——原理讲解部分

本实验的操作完全可以复现,本文是复制下来可供打印,方便做实验时查阅的实验报告。实验记录照片在文章末尾。

本实验是几十克级(0.1mol级)大规模制备,不是小量制备,需要准备足够大的反应容器、抽滤和干燥装置。

文章讲的有点啰嗦和废话,省流版在评论区:

一、实验原理

1,3,5-三苯基-1,5-戊二酮可用于制备2,4,6-三苯基吡喃正离子的盐:(其中Tr表示三苯甲基)

image.png

本实验的脱氢试剂选择查耳酮(苯亚甲基苯乙酮),理由看上篇文章

反应机理示意图如下(detailed-mechanism请见上一篇文章):

image.png

选用路易斯酸三氟化硼·乙醚络合物,或者其它BF3络合物时,合成操作极为简洁:90℃搅拌2h,乙酸乙酯沉淀,抽滤,乙酸乙酯洗涤即可,但是可能会有少量BF3气体挥发。


这里我们选择了用了常见、廉价的无水质子强酸(浓硫酸、甲磺酸等)作为反应物;以及适当的有机溶剂回流3h,冷却后加入HBF4/HPF6/HClO4溶液将产物阳离子沉淀分离出来;或者直接加乙酸乙酯、丙酮、乙醚等沉淀剂把硫酸氢盐、甲磺酸盐沉淀出来。

沉淀剂不推荐用对光、氧化剂敏感,容易被不可逆破坏的阴离子;一般在弱亲核性阴离子中选取(看链接的五-3-(1)-①部分)。


水溶性杂质用水、甲醇洗即可被除去;油溶性杂质种类多,但是用DCM/己烷混合液洗涤、打浆可以一并除去。

产物不易溶于极性过低的溶剂:环己烷、乙酸乙酯等;也不易溶于极性过强的溶剂:水、甲醇等

但是极易溶于偶极非质子溶剂:乙腈、DMF等。在乙醇中溶解度也不低

不要用这些良溶剂处理产物,否则得到的溶液粘稠难以抽滤。并且产物作为光催化剂,见到一点点光就会破坏溶剂,并生成血红色物质,疑似吡喃盐正离子和吡喃自由基的电荷转移复合物。因此实验全过程应尽可能避光。

血红色物质也可能疑似是2,4,6-三苯基-3-苄基吡喃盐(查耳酮的二聚歧化产物),详见:2,4,6-三苯基吡喃盐的制备——原理的杂质分析部分;或者看苯亚甲基苯乙酮(查耳酮)的制备

也不要使用碱性溶剂和对酸敏感的溶剂(例如叔丁醇、MTBE)处理产物;如果要用MTBE,需要在质子酸、裸露的硬路易斯酸除干净后使用。

纯化2,4,6-三苯基吡喃氟硼酸盐产物的最佳方法是用丙酮重结晶,重结晶产物是荧光黄色,文章第八部分会展示图片。

或者用DCM/己烷混合液打浆,DCM的作用是①溶解血红色杂质,确保吡喃盐色泽纯正②溶解黏性杂质,阻止固体黏连结块③溶解焦油,除去焦油味。己烷/环己烷/石油醚的作用是降低产物溶解度,并溶解部分非极性杂质。

也可以尝试用冰乙酸重结晶。

或者EA打浆,但是不如前面几种方法好,还可能有不少溶解损失。


二、实验所需药品和器材


1.      所需试剂:

反应底物:自制1,3,5-三苯基-1,5-戊二酮;自制或购买的苯亚甲基苯乙酮(查耳酮)

反应溶剂(任选一种):冰乙酸、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯等(推荐冰乙酸,廉价易得且与其它溶剂互溶性好)

无水质子强酸(任选一种):浓硫酸H2SO4、甲磺酸CH3SO3H

沉淀剂(任选一种):40%以上浓度HBF4;70%高氯酸HClO4;60%氟磷酸HPF6

其它溶剂:正己烷/环己烷/石油醚(用于打浆)、乙腈(用于洗仪器上的产物)、二氯甲烷(用于洗仪器上的焦油)等等

冰块、碎冰+冷却剂;

应急用品:

5%碳酸氢钠溶液(用于处理不慎接触浓硫酸、甲磺酸等强酸)。

氢氧化镁/碱式碳酸镁/碳酸镁悬浊液(用于处理不慎接触氟硼酸、氟磷酸,但是直接用水洗掉也没事。其它用于处理氢氟酸接触的试剂也可以,例如醋酸钙溶液、葡萄糖酸钙溶液;这些处理试剂应室温或低温,温度不宜过高)


2.      所需仪器及耗材:

基本仪器:加料漏斗(可有可无)、0℃~200℃温度计,玻璃棒,蒸馏水洗瓶;磁力搅拌子+加热磁力搅拌器(或加热设备+玻璃棒),可用更大的烧杯等代替),磁棒(用于吸取磁搅转子,可用塑料包裹的磁铁代替);玻璃胶头滴管、塑料滴管;刮刀,塑料药勺(足量)、计时器(测量回流时间)、最小分度值为0.01g的天平、称量纸

容器及量具:250mL锥形瓶,50mL量筒×2、25mL量筒、10mL量筒、300~500mL烧杯,1L烧杯,200~250mL聚丙烯(PP)塑料杯;水槽(冷却用,面积和深度应保证能充分冷却300~500mL烧杯;

防具:隔热手套(粗棉纱即可),防腐蚀手套(丁腈、橡胶、乳胶、塑料等均可),护目镜,口罩(可有可无)

回流装置:冷凝管(推荐直形或球形、口径应与250mL锥形瓶匹配;若有刺形分馏柱更好)、橡胶管、橡胶帽

固定装置:铁架台、十字夹、小型瓶夹、大型瓶夹、塑料夹(可有可无)

通风装置(可有可无):小电风扇、抽气泵,排气管道

抽滤装置:8~10cm口径布氏漏斗、定性滤纸、抽滤瓶、胶管、抽滤泵

干燥保存:标签纸、自封袋(足量、有大有小)、红外灯、表面皿(或培养皿等,足量,每个面积需要足够大,直径最好15cm以上)。


三、主要试剂和产物的物理性质


名称

分子量/(g/mol)

性状

熔点

沸点

苯甲醛

106.12

无色苦杏仁味液体

-26℃

178.1℃

苯乙酮

120.15

无色晶体或浅黄色油状液体

19.7℃

202.3℃

苯亚甲基苯乙酮

208.26

淡黄色棱状晶体

58℃

345~348℃

β-苯基苯丙酮

210.27

白色叶状晶体

70~72℃

352.7℃

1,3,5-三苯基-1,5-戊二酮

328.41

白色粉末

85℃

509.4ºC

三苯甲醇

260.33

白色粉末

160℃

380℃

三苯甲烷

244.33

白色粉末

94℃

358~359℃

碳酸二甲酯

90.078

略带香味的

无色液体

4℃

90.3℃

碳酸二乙酯

118.13

有特殊香味的

无色液体

-43℃

126~128℃

甲磺酸

96.106

无色液体

19℃

167℃

98.3%硫酸

98.078

无色油状液体

0.8℃

337℃

48%氟硼酸

87.81

无色液体

-90℃

130℃

60%氟磷酸

145.972

无色液体

10℃

 

72.4%高氯酸

100.46

无色爆炸性液体

-17℃

203℃

氢氧化钠固体

40.00

白色粒状固体

318.4℃

1388℃

水

18.0153

无色液体

0℃

99.97℃

甲醇

32.042

无色易挥发液体

-97.8℃

64.7℃

无水乙醇

46.068

无色易流动液体

-114.1℃

78.5℃

冰乙酸

60.05

无色刺激性液体

16.6℃

117.9℃

乙酸乙酯

88.105

无色透明液体

-83.6℃

77.15℃

正己烷

86.175

无色易挥发液体

-95.3℃

68.95℃

环己烷

84.160

无色刺激味液体

6.5℃

80.7℃

甲基环己烷

98.186

无色透明液体

-126.3℃

101℃

碳酸二甲酯

90.078

无色透明液体

0.5℃

90.6℃

碳酸二乙酯

118.131

无色透明液体

-43℃

126.8℃

乙腈

41.052

无色液体

-44.9℃

81.6℃

二氯甲烷

84.933

无色易挥发液体

-96.7℃

39.8℃

硫酸氢三苯吡喃

406.437

亮黄色粉末

226~228℃

 

氟硼酸三苯吡喃

396.17

亮黄色粉末

255~257℃

 

高氯酸三苯吡喃

408.82

亮黄色粉末

266~268℃

 

氟磷酸三苯吡喃

454.352

亮黄色粉末

 

 

甲磺酸三苯吡喃

404.48

亮黄色粉末

 

 

对甲苯磺酸三苯吡喃

480.58

亮黄色粉末

222 °C

 

三氟甲磺酸三苯吡喃

458.45

亮黄色粉末

248°C

 

苯乙酮密度1.028 g/mL,摩尔体积116.9mL/mol;苯甲醛密度1.0415 g/mL,摩尔体积101.89mL/mol

49.5% HBF4密度为1.38 g/mL,浓度约为7.78mol/L;40% HBF4密度为1.32 g/mL,浓度约为6mol/L

70.15% HClO4密度为1.675 g/mL,浓度约为11.69mol/L;20℃下

60%HPF6密度为1.651 g/mL,浓度约为6.786mol/L;25℃下

98.3%硫酸密度为1.8304g/mL,浓度为18.345mol/L

无水甲磺酸CH3SO3H密度为1.481g/mL,浓度为15.41mol/L

建议用浓度密度温度对照表自行计算,计算公式为ρw=cM;ρ为溶液密度,w是质量分数,c是物质的量浓度,M是摩尔质量;其中未知量是c,其它均为已知量,因此c=ρw/M

实际操作时要求过量,无论是作为反应物的强酸还是作为沉淀剂的强酸

常见物质的理化性质包括密度、溶解度、热力学数据等可以查看如下网站:(以高氯酸为例)
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX


水合强酸的水合数计算公式:其中n为水合数,无量纲;w为强酸质量分数,无量纲;Ma为酸的摩尔质量(化学式量),Mw为水的摩尔质量。

$$\displaystyle n=\frac{M_a}{M_w}\cdot\frac{1-w}{w}$$

例如55%氟硼酸水溶液,相当于HBF4·4H2O

水合强酸的含水量计算公式:$\displaystyle\frac{1-w}{M_w}$,单位是mol/g,如果反应需要用酸酐严格除水,可以用这个公式估算至少需要用多少物质的量的酸酐除水。(这还仅仅是强酸溶液本身含水,还不包括反应生成的水)


四、实验操作方法

1、准备工作

反应所需容器(锥形瓶、烧杯、量筒)、冷凝管、布氏漏斗、抽滤瓶及表面皿应尽可能严格干燥,因为水对反应不利。容器干燥方法为将容器用水洗干净后,用95%乙醇少量多次清洗洗去水,用无水乙醇少量多次洗去余下的少量水,每次清洗时将液体用很大的加速度甩干,可以用吸水纸吸取,小心操作,避免摔碎,然后晒干或者烘箱烘干或红外灯烤干(用于量取体积的容器不宜高温烘干或高温暴晒,以免热胀冷缩影响体积准确度,自然晾干即可)。容器干燥后自然冷却即可,也可以放在装有酸性干燥剂如P2O5干燥器中冷却,但是不可在寒冷潮湿的环境中冷却,不可骤然冷却。

反应应尽可能使用高浓度的硫酸,但是不适合用发烟硫酸,否则可能造成反应物被磺化等等。如果硫酸难以获取,可以购买无水甲磺酸,可以适当延长反应时间。


2、称量、量取及投料


称取32.84g自制的1,3,5-三苯基-1,5-戊二酮(0.1mol),20.83g苯亚甲基苯乙酮(查耳酮)(0.1mol),适当研细,通过加料漏斗加入250mL圆底烧瓶或锥形瓶,向瓶中小心加入磁力搅拌子;量取30mL冰乙酸(或其它溶剂),将其加入上述反应瓶中,并利用它将粘在加料漏斗和瓶上的原料冲洗入瓶。振摇使溶液混合均匀,将反应容器置于磁力搅拌电热套上,启动搅拌,调节合适转速,使得三者充分混合。

佩戴好隔热手套,量取12mL 98%硫酸(22g,0.22mol),或15mL无水甲磺酸(22.2g,0.23mol),持续剧烈搅拌下,用胶头滴管或塑料滴管,将其小心缓慢地加入上述锥形瓶/圆底烧瓶中;量取5mL冰乙酸,(可以用干燥的胶头滴管)将粘附在漏斗壁和锥形瓶壁上的无水强酸冲入锥形瓶中。(滴加强酸后,溶液应立即出现血红色)

量取强酸的量筒应于量取有机溶剂的量筒分开。


3、加热反应

搭建并固定回流装置,用塑料夹将锥形瓶和冷凝管夹紧(可以省略),确保接口不漏气,打开加热装置,先把火力调最大,迅速升温至回流温度,打开计时器,然后降低加热功率,控制火力刚好维持回流2~3h,若使用的强酸浓度较低,可以适当延长回流时间。时间从开始明显沸腾的时间开始计算,并记录开始回流的时间。你可以自行测试回流多长时间合适,例如1.5h,2h,3h,4h,看看产率有什么变化,摸索反应所需时间。

到时间后关闭加热功能,不关闭搅拌功能,让装置自然冷却。


4、沉淀、分离产物

反应体系冷至室温后,关闭搅拌,拆卸回流装置。在玻璃棒引流下,将反应体系转移至500mL大烧杯中,可以用冰水浴适当冷却。

若要制备硫酸氢盐、甲磺酸盐,直接向上述溶液中加入过量乙酸乙酯/丙酮/乙醚/DCM沉淀即可,如果沉淀难以析出,则用玻璃棒激烈搅拌,然后冰水浴冷却促进析出。抽滤时用乙酸乙酯/丙酮/乙醚/DCM洗涤。

若要制备氟硼酸盐、氟磷酸盐,则激烈搅拌下,向上述溶液中加入等体积或更多的40%氟硼酸或50%氟硼酸或60%六氟磷酸,如果迟迟无法沉淀或结晶,则玻璃棒持续搅拌5min,并摩擦杯壁。

量取不同种类强酸的量筒可以共用,但是如果该量筒量取过含氟物质(HBF4,HPF6等,尤其是HPF6),则使用后必须立即用去离子水少量多次清洗,清洗6次一般就够了。或者直接用聚丙烯(PP)塑料量筒。

若要制备危险的高氯酸盐,则首先需要观察使用的高氯酸是不是有变色发黄发橙发红(混有ClO2)、发烟、混有有机物的情况;这些情况下的变质高氯酸,使用时有较大的爆炸风险,坚决不可使用。其次是使用前需要将高氯酸和反应液尽量冷却,例如将高氯酸冷却至-15℃;混合时,应将高氯酸极为缓慢地转移到反应溶液中。

只要不涉及强氧化性、爆炸性的阴离子,就不用太在意温度和混合速度的问题。


5、纯化产物

剧烈搅拌,用玻璃棒捣碎所得沉淀后,用足够大的漏斗抽滤。转移产物时要用玻璃棒引流避免漏到外面。抽滤时要不停地用玻璃棒和空心塞挤压产物,一方面是促进包夹的溶剂的释放,保证抽滤能抽干净;另一方面也压缩了固体体积,使得抽滤漏斗(布氏漏斗或砂芯漏斗)可以容纳更多产物和溶液。

如果沉淀剂是水溶性强酸,则抽干后用水少量多次洗涤。如果沉淀剂是有机溶剂(如乙酸乙酯、丙酮、乙醚等),则用冰冷的上述有机溶剂少量多次洗涤。

所得沉淀通常还不能直接保存,还需要打浆或重结晶进一步纯化:
重结晶的方法是将产物加入4倍体积的水,并用酸根阴离子对应的强酸酸化(易解离出HF、F-,腐蚀玻璃的还是算了),煮沸溶解,撤去热源直至溶剂温度低于沸点,加入活性炭吸附非极性、弱极性有机物杂质;然后煮沸,趁热过滤,然后缓慢冷却结晶;如果有产物在不够热的漏斗上析出了,则用冷却析晶后的母液重新煮沸把这些固体溶解冲掉。冷至室温后,冰水浴冷却使产物充分析出,抽滤洗涤干燥。

image.png

文献名称:ET ( 30) 染料 —2, 4, 6 -三苯基 -N -( 2, 6 -二苯基酚①氧负离子) -吡啶鎓盐的合成

attachment iconE_T(30)染料—2%2c4%2c6-三苯基-N-(2%2c6-二苯基酚氧负离子)-吡啶鎓盐的合成.pdf136.32KBPDF3次下载预览


也可以直接用冰乙酸重结晶

如果觉得热溶剂法重结晶麻烦又危险,则可以用热DCM/己烷(或环己烷、石油醚)混合物、热正己烷(或环己烷、石油醚)等不良溶剂打浆,打浆时要充分破碎固体,使固体与溶剂充分接触。如果用敞口容器打浆,记得盖表面皿,不要用电炉这种容易引发火灾的加热器,用磁力搅拌器的加热功能就够了。打浆结束后,冷却至25℃就可以抽滤了。

由于溶液见光分解生成血红色物质的性质,建议使用不良溶剂,抽滤时尽可能抽得越干越好,并且建议在昏暗环境下操作,使用的灯不要包括太多的白光、蓝光、紫外线。

也可能血红色物质不是光照产生的,而是制备过程中查耳酮二聚歧化产生的2,4,6-三苯基-3-苄基吡喃盐,详情请看前文杂质分析,或者看:苯亚甲基苯乙酮(查耳酮)的制备的文末。


三芳基吡喃盐的光谱性质可以查看文献:

Versatile Synthetic Methods for Photoluminescent Pyrylium Tosylates

attachment iconVersatile Synthetic Methods for Photoluminescent Pyrylium Tosylat.pdf1.62MBPDF7次下载预览

纯化后的产物应是亮黄色粉末(如果纯度更高则是荧光黄色粉末),不应该有红色、粘稠甚至恶臭物质,不应该有严重的结块和黏连,如果仍有,则请重复上述打浆操作。

不要用良溶剂处理产物,溶液浓度高会导致体系粘度大,很难抽滤。


6、产物干燥、称重、密封保存


将装有物的表面皿或培养皿放在红外灯下烘干,并不时用药勺和空心塞将产物滤饼翻面、破碎、压扁、碾细,确保产物都能接触到干热的空气;但在反应物和滤纸尚未完全干燥时,不要接触滤纸,以免产物混有滤纸纤维。滤纸和产物完全干燥后,可以尝试将滤纸和产物分离。烘干过程应严格避光,用烘箱也是可以的。

如果产物含有可以解离出HF或F-的阴离子,可以用面积很大的纸质餐盘代替玻璃器皿干燥产物;纸质餐盘上可以垫上保鲜膜与产物隔开,也方便分离收集产物。同理,表面皿或者培养皿面积不够大时,也可以这样操作。


在干燥过程中,可将小自封袋(如果自封袋过小,可用多个)上贴上标签,记录产物名称、制备时间、并留下空白来记录产量;然后将铝箔大自封袋也这样操作。自封袋可以用西林瓶或者其它密封玻璃瓶代替。玻璃瓶最好是棕色避光的。

干燥完后,将产物放在称量纸上称重,并在实验报告下方表格记录产量,并把产量记录在标签上,然后将产物小心转移至对应自封袋中(注意不要装错),完全转移避免洒落,然后严格密封小自封袋。将小自封袋装在严格避光的铝箔大自封袋中,或者直接铝箔锡纸包裹。

根据反应物用量和产量数据,利用本实验报告给出的公式,计算产率,整理数据,填在下方表格中,思考产率高或低的原因,总结经验教训。


五、实验现象记录


操作步骤

实验现象(若空间不够可扩展表格或记在纸张背面)

1.提前将反应容器洗净烘干(量具不要加热),反应物粉碎


2.称取32.84g自制1,3,5-三苯基-1,5-戊二酮(0.1mol),20.83g苯亚甲基苯乙酮(查耳酮)(0.1mol),通过加料漏斗加入250mL圆底烧瓶或锥形瓶,加磁子,量取30mL冰乙酸,加入其中,搅匀。

戴手套,量取12mL 98%硫酸(22g,0.22mol),或15mL无水甲磺酸(22.2g,0.23mol),剧烈搅拌下用滴管小心缓慢地加入反应容器;量取5mL冰乙酸,将粘附在漏斗壁和瓶壁上的强酸冲入锥形瓶。

滴加强酸后,溶液应立即出现血红色

3.搭建并固定回流装置,打开加热,迅速升温至回流温度,启动计时,降低加热功率,回流2~3h。或自行摸索反应所需时间。关闭加热,保持搅拌,让装置自然冷却。

溶液应该越来越红,颜色越来越深

4.冷至室温,停搅拌,拆回流装置。玻璃棒引流下,将反应体系转移至500mL大烧杯,冰水浴适当冷却。

制备HSO4-、CH3SO3-的盐时,直接加入过量EA/Et2O/Me2CO/DCM,剧烈搅拌促进沉淀析出,抽滤,用相应溶剂洗涤。

制备BF4-、PF6-的盐时,加入等体积的HBF4/HPF6浓溶液,剧烈搅拌,摩擦杯壁,促进沉淀析出,抽滤,用水/甲醇洗涤,热DCM/PE打浆。

制备ClO4-的盐时,应仔细检查高氯酸有无变色/发烟/混有有机物的现象,并冷却高氯酸,缓慢将高氯酸与反应液混合,抽滤,用水或甲醇洗涤,洗完后热DCM/PE打浆。

每次抽滤应用空心塞挤压产物,抽得越干越好。


5.将沉淀转移至500mL大烧杯,粉碎沉淀,用DCM和己烷混合液打浆除去有机杂质,抽滤洗涤干燥。直到产物为亮黄色,没有橙红色,没有苯乙酮异味,也没有粘稠物,粉末为流动性较好,不结块不黏连的亮黄色粉末。

或者用热水重结晶,煮沸溶解,稍冷加入活性炭吸附黏性有机物杂质,重新煮沸热过滤,滤液缓慢冷却结晶,抽滤洗涤干燥。

操作3、4、5建议避光进行,比如用铝箔包裹反应器。


6.将产物放在面积很大的纸餐盘上,可以垫保鲜膜,用红外灯干燥,应极力避免可见光和紫外线。或者直接烘箱干燥,此时不能垫保鲜膜。

装入小自封袋或者棕色玻璃瓶中。贴标签,记录名称、时间、产量。然后装入铝箔大自封袋中,或者锡纸包裹避光。外面再贴一层标签。

计算产率、整理数据、填写报告、总结经验教训。



六、实验数据记录与产率计算

1、数据记录与产率计算表格

1,3,5-三苯基-1,5-戊二酮用量/g

苯亚甲基苯乙酮用量/g



2,4,6-三苯基吡喃盐产量/g

2,4,6-三苯基吡喃盐产率/%



2、参考公式和数据:

化学式量数据请看下表:(单位g/mol,量纲为质量/物质的量)

或者自行用Chemdraw、Kingdraw等画图,选择,计算

1,3,5-三苯基-1,5-戊二酮

328.41

苯亚甲基苯乙酮

208.26

2,4,6-三苯基吡喃硫酸氢盐

406.437

2,4,6-三苯基吡喃氟硼酸盐

396.17

2,4,6-三苯基吡喃高氯酸盐

408.82

2,4,6-三苯基吡喃氟磷酸盐

454.352

2,4,6-三苯基吡喃甲磺酸盐

404.48

2,4,6-三苯基吡喃对甲苯磺酸盐

480.58

2,4,6-三苯基吡喃三氟甲磺酸盐

458.45

最后一步产率计算公式:(其中PS表示Pyrylium Salt,吡喃盐;TPPD指的是1,3,5-Triphenylpentane-1,5-dione)

$\begin{array}{l} {\omega _{{\rm{PS}}}}\left( {\rm{\% }} \right){\rm{ = }}\frac{{{m_{{\rm{PS}}}}{M_{{\rm{TPPD}}}}}}{{{m_{{\rm{TPPD}}}}{M_{{\rm{PS}}}}}} \times 100\% \\ = \frac{{328.41g{\rm{/}}mol \times {m_{{\rm{PS}}}}}}{{{M_{{\rm{PS}}}} \times {m_{{\rm{TPPD}}}}}} \times 100\% \end{array}$

以2,4,6-三苯基吡喃氟硼酸盐为例,产率计算公式为:

$\begin{array}{l} {\omega _{{{\rm{C}}_5}{{\rm{H}}_2}{\rm{P}}{{\rm{h}}_3}{\rm{OB}}{{\rm{F}}_4}}}\left( {\rm{\% }} \right){\rm{ = }}\frac{{{m_{{{\rm{C}}_5}{{\rm{H}}_2}{\rm{P}}{{\rm{h}}_3}{\rm{OB}}{{\rm{F}}_4}}}{M_{{\rm{TPPD}}}}}}{{{m_{{\rm{TPPD}}}}{M_{{{\rm{C}}_5}{{\rm{H}}_2}{\rm{P}}{{\rm{h}}_3}{\rm{OB}}{{\rm{F}}_4}}}}} \times 100\% \\ = \frac{{328.41g{\rm{/}}mol \times {m_{{{\rm{C}}_5}{{\rm{H}}_2}{\rm{P}}{{\rm{h}}_3}{\rm{OB}}{{\rm{F}}_4}}}}}{{396.17g{\rm{/}}mol \times {m_{{\rm{TPPD}}}}}} \times 100\% \\ = 0.82896 \times \frac{{{m_{{{\rm{C}}_5}{{\rm{H}}_2}{\rm{P}}{{\rm{h}}_3}{\rm{OB}}{{\rm{F}}_4}}}}}{{{m_{{\rm{TPPD}}}}}} \times 100\% \\ \approx 0.829 \times \frac{{{m_{{{\rm{C}}_5}{{\rm{H}}_2}{\rm{P}}{{\rm{h}}_3}{\rm{OB}}{{\rm{F}}_4}}}}}{{{m_{{\rm{TPPD}}}}}} \times 100\% \end{array}$


七、实验注意事项与操作技巧


1、本实验报告需要在实验前打印好,并将全文内容仔细阅读,将细节理解清楚,明确操作顺序、做足准备后再操作。可根据自己实际需要调整试剂的用量,并将相关修改标注在本实验报告纸上。报告纸背面或空隙可用于记录实验现象等。

2、浓硫酸、甲磺酸、高氯酸和HBF4、HPF6有强腐蚀性,尤其浓硫酸具有脱水性;若不慎接触强酸,应立即用大量冷流水冲洗接触处,其中浓硫酸、甲磺酸应冲洗15min以上,然后用5%碳酸氢钠溶液涂抹伤口。

冰乙酸等刺激性有机酸接触皮肤和黏膜后,操作同上。

HBF4、HPF6等含氟强酸用水冲洗完后,应涂抹氢氧化镁/碱式碳酸镁/碳酸镁悬浊液,然后冲洗;或者其它可以处理HF接触的溶液,例如醋酸钙、葡萄糖酸钙、甘氨酸钙溶液等等。


3、 向反应体系加入强酸(浓硫酸、甲磺酸等)后,体系会立即变红,表明已经生成了少量产物,若体系变红不明显,或者变红过于缓慢,说明使用的强酸过稀,反应可能要进行很长时间。加热一段时间后,溶液很快变红,然后溶液颜色会越来越深;使用的强酸较稀或者反应温度较低时,应当适当延长反应时间以提高产率。当然最好的办法还是别用受潮的强酸。

4、反应温度不得低于80℃,否则反应过于缓慢;反应容器可以用铝箔包裹,大幅减少辐射散热,也大幅减少了产物被光照生成奇怪物质;控制回流速度为2~3s一滴为宜。所以建议用磁力搅拌电热套;普通的磁力搅拌器不容易顺利完成反应。

5、理论上讲,产物会水解,因此操作中应严格无水;但由于吡喃盐的吡喃环本身具有芳香性,再加上苯环的巨大位阻,使得它水解缓慢,尤其是在常温或者低温下。因此,在冷却后和分离出产物之前,操作时不必对水过于敏感谨慎;强酸也可以抑制它的水解。产物在强酸性条件下对弱亲核试剂如醇类也不敏感。

6、吡喃正离子属于极度缺电子芳环,具有很强的亲电活性,对强亲核试剂极为敏感,如强碱、氨、胺类、硫化氢、硫醇、磷化氢等等。吡喃盐在强酸性水溶液中水解较为缓慢,随着pH升高,水解速率和热力学趋势急剧增大。应严格避免产物与强亲核试剂、强碱、碱性溶液接触,否则产物结构会被破坏。


7、 产物或杂质有时会粘在玻璃仪器上难以清洗,因此我们在实验过程中可适当使用一次性塑料仪器代替玻璃仪器,避免清洗费时费力。若有产物及其它粘稠有机物难以清洗,可以考虑用少量热乙酸乙酯或热碳酸二乙酯清洗溶解。产物还可用NaOH的乙醇溶液清洗,但是效果很不好。洗除三苯基吡喃氟硼酸盐产物最推荐的溶剂是乙腈;洗除焦油和粘稠杂质、含苯环的杂质等最推荐的溶剂是二氯甲烷DCM。

8、本实验的特点是反应物、副产物较为粘稠,且易于粘附在烧杯上,难以清洗。因此本实验中的很多步骤,使用的烧杯可以用一次性PP塑料杯代替。一次性塑料杯重心不稳,使用时应非常小心,避免将其碰倒。使用一次性PP塑料杯的好处是它还可以粘附一部分焦油状物质,避免其污染产物。(当然如果按实验报告操作,理论上没啥焦油或者粘稠物,此时可以忽略这一点)

9、本实验中的碳酸酯溶剂,若难以买到或价格过高,可以使用无水冰醋酸代替。使用冰醋酸时应注意通风,冰醋酸应在尽可能低的温度下加入,拆卸回流装置前应充分冷却至低温,避免自己的鼻腔对准冰醋酸瓶口正上方;以上操作可以减少冰醋酸挥发带来的刺激性。


10、建议用一次性PP塑料杯代替量筒量取液体(称取固体同理)。量取方法是用保鲜膜覆盖电子天平表面,放上(贴好标签的)一次性塑料杯,清零,向塑料杯中倒入液体,并记录倒入液体的质量。量取不同种类的液体的塑料杯不能混用;否则将过量液体倒回原容器时,容易造成交叉污染。(氟硼酸可能侵蚀玻璃仪器,也建议用塑料杯)

11、量取HBF4、HPF6的量筒,使用后应及时用水清洗,以防长时间放置腐蚀量筒。为避免迸溅污染试剂瓶和量筒,不要在没有引流的情况下,直接将试剂倒入反应容器中。例如氟硼酸、六氟磷酸可以先倒进一次性塑料杯,再倒入反应器中。


12、若要制备危险的高氯酸盐,则首先需要观察使用的HClO4是不是有变色发黄发橙发红(混有ClO2)、发烟、混有有机物的情况;这些情况下的变质HClO4,使用时有较大的爆炸风险,坚决不可使用。其次是使用前需要将高氯酸和反应液尽量冷却,例如将高氯酸冷却至-15℃;混合时,应将HClO4极为缓慢地转移到反应溶液中。不涉及强氧化性酸的情况下,请自行忽略这一条。

13、每次抽滤和洗涤都应尽可能彻底除尽母液、残余液体;否则,在干燥过程中,母液中残余的有害成分(比如有机溶剂在光照下)会将产物破坏为橙红色,同时这些有害成分还会侵蚀表面皿。若产物已经被破坏为橙红色,建议用乙酸乙酯/环己烷等溶剂打浆。正常条件下高纯产物应为亮黄色粉末。

14、向足够大的漏斗转移产物时,要用玻璃棒引流,避免漏到外面。抽滤时要不停地用玻璃棒和空心塞挤压产物,一方面是促进包夹的溶剂的释放,保证抽滤能抽干净;另一方面也压缩了固体体积,使得抽滤漏斗(布氏漏斗或砂芯漏斗)可以容纳更多产物和溶液。

15、本实验抽滤时,用普通布氏漏斗抽滤,禁止使用砂芯漏斗抽滤,否则可能会造成黏性物质堵塞损毁砂芯漏斗(事后可用热DCM清洗抢救);以及应小心含氟化合物腐蚀玻璃。


16、产物是光催化剂,含有溶剂的产物会见光分解,生成血红色物质,疑似是激发态+2.02V的电极电势太高,从溶剂中夺取电子,生成吡喃盐正离子和吡喃自由基的电荷转移复合物,导致吸收光谱红移。实验证据有:

①昏暗黄光灯下产生血红色物质速率慢于白光灯下

②血红色物质总是在固体边缘而非中心产生

③有溶剂比没溶剂产生血红色物质更快

④良溶剂比不良溶剂产生血红色物质更快;尤其乙醇比较快

⑤血红色物质吸收光谱比亮黄色(溶液为橙色)的吡喃盐要红移

烘干、保存时应该严格避光,必要时可用铝箔包裹自封袋,或者棕色玻璃西林瓶。

也可能血红色物质不是光照产生的,而是制备过程中查耳酮二聚歧化产生的2,4,6-三苯基-3-苄基吡喃盐,详情请看前文杂质分析,或者看:苯亚甲基苯乙酮(查耳酮)的制备的文末。


17、不要用良溶剂处理产物,溶液浓度高会导致体系粘度大,很难抽滤。而且吸光度大,见光生成的血红色物质也多。应小心混合溶剂一般比纯溶剂粘度大。

18、不要用二氯乙烷DCE重结晶2,4,6-三苯基吡喃氟硼酸盐,生成的晶体会包夹溶剂或者把溶剂DCE结晶进去。核磁共振波谱图中会显示出来,请看后文内容。

19、不要使用碱性溶剂和对酸敏感的溶剂(例如叔丁醇、MTBE)处理产物;如果要用MTBE,需要在质子酸、裸露的硬路易斯酸除干净后使用。

20、纯化2,4,6-三苯基吡喃氟硼酸盐产物的最佳方法,是用丙酮重结晶,重结晶产物是荧光黄色,文章第八部分会展示图片。(丙酮沸点较低,重结晶混合液冷却到室温后可以冰浴进一步冷却)


21、产物2,4,6-三苯基吡喃氟硼酸盐有一定毒性,小鼠静脉注射LD50=56mg/kg,不要误服。

22、含有冰乙酸的溶液打浆、抽滤时气味较大,刺激性较强;操作时应注意通风和保护眼睛、黏膜。抽滤时抽出的酸性蒸汽可以导入NaHCO3溶液中,同时也可以提前准备NaHCO3溶液,以防冰乙酸取用时弄到皮肤和黏膜上。

23、一定要避免皮肤直接接触查耳酮,可能导致皮肤过敏,皮肤火辣辣地疼!


24、乙腈、DMSO等极性溶剂可能破坏产物,本人曾观察到过,三苯基吡喃盐的极稀乙腈溶液久置或光照褪色,原因不明,不排除与乙腈像硝基甲烷与吡喃盐那样缩合的可能性。


25、三苯甲基正离子会与体系中乙醚、THF等负氢供体反应,彻底还原为三苯甲烷,丧失氧化性

因此三苯甲醇不推荐与三氟化硼·乙醚、三氟化硼·THF等搭配使用(作为脱氢芳构化试剂)

原理示意图请看上一篇文章的杂质分析部分:https://www.kechuang.org/t/91591

实例请看Orgsyn:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX


但是你可以用市售三氟化硼·乙酸(1:2络合物),三氟化硼·乙腈(1:1络合物)


八、实验记录照片和视频(制备实验)

实验记录中使用的合成原料并非实验报告中推荐的方法,而是其它方法,例如苯甲醛苯乙酮硫酸乙酸回流;或者三苯基戊二酮硫酸乙酸回流(不加查耳酮)

2,4,6-三苯基吡喃盐的制备实验操作,机理讲解和杂质分析——原理讲解部分


1、我本人做的:三苯基戊二酮,硫酸和乙酸直接回流:

①投料与回流反应

VID20220129124330.mp4 点击下载

VID20220129130123.mp4 点击下载

VID20220129130556.mp4 点击下载

②加入40%氟硼酸沉淀

VID20220129205240.mp4 点击下载

IMG20220129231415.jpg

可见用乙醇重结晶效果不好,得到的产物不是松散的亮黄色粉末


2、b站up主XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX的做法:苯甲醛、苯乙酮、硫酸在DCE中回流。感谢他提供的图片:

三苯基吡喃氟硼酸盐.mp4 点击下载

(1)最初分离的产物也是黏成一团的shit:

Image_1765498926076.jpg

但是这并不妨碍我们从这坨shit中提取出漂亮的松散的亮黄色粉末状产物,只需要用热乙酸乙酯打浆即可:

Image_1765498924405.jpgImage_1765498922978.jpg

Image_1765498920572.jpg

如果使用一倍体积的热乙腈溶解,十倍体积左右的冷甲叔醚(MTBE)打浆,过滤后,甲叔醚(MTBE)洗涤,大约80度真空干燥:

MTBE打浆.mp4 点击下载

(2)如果用乙酸重结晶:

缺点:极度味大

以及,溶剂体积不要加太少,虽然高温下吡喃盐在乙酸中溶解度非常高,但是浓溶液抽滤时会非常黏糊,热过滤除去不溶物时,可能在过滤装置中析出;并且,吡喃盐低温下在乙酸中溶解度不大,不需要太担心溶解损失。

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滤液的荧光:

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(3)如果用丙酮重结晶,应该能得到荧光黄色:

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不要太关心产物性状,应重点关注收率和纯度


3、纯化2,4,6-三苯基吡喃氟硼酸盐产物的最佳方法,是用丙酮重结晶,重结晶产物是荧光黄色,

如果你觉得丙酮重结晶收率低,可以用丙酮/己烷混合液重结晶

感谢@H3PO49提供的图片:

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4、用1,2-二氯乙烷(简称二氯乙烷,DCE)重结晶的后果:

可以发现,真空干燥了8h以后,DCE在晶体中仍然大量存在(碳谱在45.57,氢在3.9)

可能是卤素原子和苯环π体系的卤键或者色散力等弱相互作用力导致的

感谢@H3PO49提供的谱图:

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4、本人测试结果:

将含有粘稠物、血红色杂质、焦油气味的很脏的产物,放在一次性PP塑料杯中,DCM打浆,用普通漏斗,重力过滤,同时打碎沉淀。

此时滤纸相当于发挥了纸层析除杂的作用了,有大量有色杂质都出现在了滤纸边缘,包括血红色杂质和墨绿色杂质。

IMG20260204192645.jpg

然后再用石油醚(30~60℃沸点,当然你用60~90℃的也可以)、环己烷打浆,破碎固体,此时固体可以自动变得非常细碎。

IMG20260204194451.jpg

可以发现吡喃盐在DCM的溶解度明显大于在非极性溶剂(石油醚、环己烷)中的溶解度,以至于滤液中DCM和环己烷分层,并析出黄晶雨沉淀。

IMG20260204195041.jpg

分3层原因是我还加了丙酮。

产物也可以比较细碎(并且易于破碎):

IMG20260206203908.jpg

IMG20260206214658.jpg

IMG20260206215432.jpg

DCM滤液挥发后残留下的都是有色和有焦油异味的杂质。

IMG20260206204437.jpg


5、感谢@苯宝宝不相信XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 提供的实验素材


乙酸乙酯热打浆1h的结果:

image.jpg

image.jpg


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它的浓乙腈溶液荧光和固体荧光颜色类似,稀乙腈溶液的荧光是蓝色的。


硫酸和三苯基戊二酮加热,然后加DCM析出硫酸氢盐,用乙醇给硫酸氢盐重结晶可以得到反光的晶体。


九、性质检验实验的现象记录

实验视频链接:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

2,4,6-三苯基吡喃氟硼酸盐的性质.mp4 点击下载


1、荧光

看看文献里的图(吸收、激发、发射光谱也在文献中),文献名:

Versatile Synthetic Methods for Photoluminescent Pyrylium Tosylates

attachment iconVersatile Synthetic Methods for Photoluminescent Pyrylium Tosylat.pdf1.62MBPDF7次下载预览

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看看我用2,4,6-三苯基吡喃氟硼酸盐的二氯甲烷DCM溶液实拍的图:(感谢@2SC1970提供的实验条件)溶液一定要极稀,高浓度下很容易导致荧光淬灭

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荧光.jpg荧光2.jpg荧光3.jpg

2、与高HOMO的阴离子(碘离子,硫氰酸根等,这里使用的是碘化钾乙醇水溶液)形成电荷转移复合物,吸收光谱红移(荧光应该也被淬灭了)

原理讲解视频:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX(详见文章第九部分开头视频)

理论上这种电荷转移复合物有负溶致变色效应,溶剂极性越大,阴阳离子相互作用越弱,吸收光谱越蓝移:

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

不可思议的“溶致变色”物质,加入不同溶剂后,出现了绚丽的彩虹!你知道这现象背后的原理.mp4 点击下载

或者看:2,4,6-三苯基吡喃盐的制备实验操作,机理讲解和杂质分析——原理讲解部分的五-3-(1)-②部分

VID_20220201211412.mp4 点击下载

气泡是加热煮沸导致的。中间是KI水溶液,两边是2,4,6-三苯基吡喃氟硼酸盐乙醇溶液。

白光下.jpg

白光下吡喃盐溶液偏绿,是因为有青蓝色荧光干扰。

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[ 修改于2个月14天前 - 2026/08/17 11:03:28 ]
5个月28天前IP:福建
949944
1楼

我承认我说的太啰嗦了,简单几句话概括吧:

推荐方法:1,3,5-三苯基戊二酮+查耳酮1:1,研细混匀,加入1.5eq三氟化硼·乙醚,90℃反应2h。冷却后加入乙酸乙酯/乙醚,彻底冷却,抽滤,乙酸乙酯/乙醚洗涤,避光干燥。

我的方法:1,3,5-三苯基戊二酮+查耳酮1:1,研细混匀,加入冰乙酸,温热剧烈搅拌溶解,加入2eq以上浓硫酸,回流3h。冷却,把溶液直接倒进40%以上氟硼酸溶液中,剧烈搅拌,抽滤水洗。然后热(环)己烷打浆,冷却抽滤。如果还有粘稠物,就DCM打浆。

DCM有助于洗去粘附在容器上的焦油和黏性杂质。而乙腈对产物有极强的溶解性,能洗去容器上附着的产物。

环己烷和乙酸乙酯可以用于给产物打浆除去弱极性杂质。

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我也是有底线的