无水无氧制备双齿亚磷酸酯配体的综合性实验设计

张攀科 赵旭波 于文全

摘要：对双齿亚磷酸酯配体的制备进行了探索与讨论。通过无水无氧操作，采用“一锅法”制备了一种双齿亚磷酸酯配体。

关键词：双齿亚磷酸酯配体;无水无氧;综合性实验

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）39-0270-02

近年来，我国有机化学取得了快速的发展，而有机化学专业的本科生或研究生的培养越来越受到大家的重视。有机化学实验技能是考查学生对化学这样一个实验性学科理解和掌握程度的重要指标之一。化学专业学生通过系统性的综合实验培训能够显著提高其实验室常用实验技能，同时也加深了其对知识的理解，锻炼了学生们的动手能力和创新能力[1]。

无水无氧操作是有机化学实验室经常用到的实验技术，通过对该技能的训练，可以提高学生的实验技能，对以后从事相关专业的研究或者工作，都具有重要的意义[2-3]。

双齿亚磷酸酯配体是一类重要的磷配体，其研究引起了国内外的广泛关注。该类配体具有原料价格便宜、合成简单、对空气不敏感等特点，另外其在烯烃的氢甲酰化反应、烯烃的氢化反应和C-C键形成反应中表现出较高的催化活性和选择性，同时在工业化中有很好的应用前景[4-7]。

本文从实验目的、实验原理、仪器试剂、实验步骤以及结果讨论等方面，对双齿亚磷酸酯配体的制备这一个综合性实验设计进行了详细的介绍。该实验具有反应步骤少、后处理简单等优点，同时涉及无水无氧操作处理、重结晶等基本实验操作，对有机化学专业学生既有基本操作的重复锻炼，又有新的无水无氧条件实验技能的提高，因此本实验可以作为化学专业的必修或者选修实验课程。

一、实验部分

（一）实验目的

1.通过对以乙二醇为连接结构双齿亚磷酸酯配体的合成，了解相关化合物的制备方法。

2.进一步熟悉、掌握除水和重结晶等基本操作。

3.对“一锅法”合成有机化合物有进一步了解。

4.对无水无氧条件下合成有机化合物有初步了解。

（二）实验原理

以乙二醇为连接结构的双齿亚磷酸酯配体的合成路线如图1所示。

本实验经过两步进行，首先是以3，3'，5，5'-四叔丁基-2，2'-二羟基联苯为基本结构单元，在三氯化磷和碱的作用下，生成磷氯中间体;接下来，在不分离情况下，加入连接结构乙二醇和碱，合成得到目标化合物。

（三）仪器与试剂

1.仪器。磁力搅拌器，磁子，100mL的单口圆底烧瓶，50mL三口烧瓶，油泵，旋转蒸发仪，减压蒸馏装置，称量纸，注射器。

2.试剂。3，3'，5，5'-四叔丁基-2，2'-二羟基联苯，乙二醇，三乙胺，三氯化磷，无水硫酸镁，氢化钙，干燥甲苯，乙腈，氮气。

（四）实验步骤

1.乙二醇的除水。虽然双齿亚磷酸酯配体对空气不敏感，但是由于其合成制备过程中经历磷氯中间体，所以本实验在操作过程中对所有用到的试剂需要进行严格的无水无氧处理。对于常用试剂以及溶剂的无水处理方式都有标准程序，这里无须赘述，仅对乙二醇的无水处理进行介绍。

在合成双齿亚磷酸酯配体时，所用的连接结构为乙二醇，由于其能够与水混溶且沸点比较高，本论文在调研大量文献的基础上，对乙二醇进行除水处理如下：

向干燥、洁净的100mL的单口圆底烧瓶中加入50mL的乙二醇、10g的无水硫酸镁，于室温条件下搅拌10h。过滤后向滤液中加入0.50g的氢化钙干燥过夜。然后，将反应装置改成回流装置，加热回流2h后却至室温，最后将乙二醇减压蒸馏出来，密封保存备用。

2.磷氯中间体的合成。

取1.5g 3，3'，5，5'-四叔丁基-2，2'-二羟基联苯加入干燥的50mL三口烧瓶中，加入磁子后，用油泵抽真空并置换N2三次。在N2保护下用注射器向三口烧瓶中加入25mL干燥甲苯、0.32mL PCl3和1.10mL NEt3，在室温条件下搅拌0.5h，再回流1.5h，停止加热，冷却至室温，可不经提纯直接进行下步反应。

3.双齿亚磷酸酯配体的合成。

在上一步的待反应液冷却至室温后，在N2保护下使用注射器向反应瓶中加入0.1mL乙二醇和0.55mL的NEt3，室温搅拌2h，过滤，滤液旋干得粗产品，用甲苯/乙腈重结晶得白色固体，产品晾干后称量并计算产率。

二、结果与讨论

反应合成得到的双齿亚磷酸酯配体是白色固体，在空气中能够稳定存在，并可以通过薄层色谱（TLC）与标准样品进行比较。

由于该反应的反应中间体磷氯化合物极易水解，即使在空气中也会变坏，因此反应过程中，无水无氧条件的控制非常重要。

由于两步反应均有HCl生成，故在反应体系中需加入NEt3作为碱以中和反应过程中生成的HCl，而NEt3的加入速率对反應也有一定的影响，需要将其逐滴滴加到反应液中。

总的来说，实验过程中使用到了油泵、旋转蒸发仪等仪器;进行了无水无氧操作训练，采用了“一锅煮”法简化了实验操作过程，提高了合成效率。对有机化学类的学生的实验技能提升有很大好处。

参考文献：

[1]牛俊龙，朱新举，郝新奇，宋毛平.吡啶氧化制备2-氨基吡啶-1-氧化物的综合性实验设计[J].教育教学论坛，2016，（45）：273-274.

[2]路国梁，宋福全，王昭煜，房青岚.无水无氧实验技术[J].化学通报，1993，（10）：48-53.

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[4]廖本仁，范曼曼，龚磊，揭元萍，赖春波.双亚磷酸酯和双膦混合配体在丁烯氢甲酰化反应中的应用研究[J].分子催化，2015，（29）：19-26.

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[7]D.Wang，X.Peng，G.Wang，Y.Zhang，T.Guo，P.Zhang.Asian J Org Chem.2018，（7）：875-878.

Comprehensive Experimental Design：Synthesis of Diphosphite Ligand

ZHANG Pan-ke，ZHAO Xu-bo，YU Wen-quan

（College of Chemistry and Molecular Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou，Henan 450001，China）

Abstract：A synthetic method of diphosphate ligand.Diphosphate ligand with ethylene glycol as the linker was prepared via a one-pot route consisting of two steps.

Key words：diphosphite ligand;dry anaerobic operation;comprehensive experiment