核磁共振波谱仪picoSpin-45在酯化反应教学实验中的应用

　　酯化反应是各大学开设的基础有机化学实验。掌握回流反应装置的装置及蒸馏的基本操作，实验目的为了让学生了解酯化反应的原理以及目标产物的制备过程和方法。同时掌握化合物的洗涤，干燥和分液等操作方法。

　　一个完整的合成实验，学生需要在化学反应前对原料进行检查，化学反应中需对反应进程进行追踪，化学反应结束后需要对产物进行纯化以及产物的结构表征。保守的教学实验一般都会省掉原料检查这一步骤，反应进程的跟踪一般会用到比较粗略的薄层色谱法(TLC产物的结构表征会送到专门的核磁共振实验室由核磁老师操作得到NMR谱图。因此，实验过程中涉及到仪器检测的地方并不是很完善。

　　本文引入了一种改进的酯化反应教学实验方案将台式微型核磁共振picoSpin-45运用到保守的费歇尔酯化反应中，让原料的检查、反应进程的追踪、产物纯度的检测以及产物的表征都集中到一台小核磁来完成，鞋盒大小的小核磁只需放在实验台上随时随地用于检测，不只让每个学生都可以亲自动手操作NMR而且可以让学生更准确地控制反应进程，明确产物纯度。同时节省时间，实验方法更为便利。

　　一、 反应原理

　　费歇尔酯化反应：乙酸和三甲基丁醇在酸性条件下发生酯化反应生成乙酸-3-甲基丁酯。

　　二、实验方法

　　1 用小核磁picoSpin-45对反应物原料的NMR谱图进行采集;

　　2 搭上回流反应装置;

　　3 向250 mL RBF中加入反应物和浓硫酸作为催化剂，用小核磁采集MNR谱图;

　　4 回流反应1小时后，小核磁采集MNR谱图;

　　5 洗涤： 250 mL H2O, 325 mL 5% NaHCO3小核磁采集MNR谱图;

　　6 萃取： 250 mL NaCl, 用MgSO4干燥;

　　7 搭上蒸馏装置，收集135-143 oC馏分;

　　8 小核磁采集最终产物的MNR谱图。

　　三、反应原料的NMR谱图检测

　　图3.1 反应原料乙酸的NMR谱图

　　图3.2 反应原料3-甲基丁醇的NMR谱图

　　四、反应进程及纯化步骤的NMR跟踪

　　图4.1 反应开始前的NMR谱图对照

　　图4.2 反应进行时的NMR谱图对照

　　图4.3 产物纯化后NMR谱图对照

　　五、实验结果及最终产物表征的NMR谱图

　　表5-1 实验结果数据

　　乙酸

　　3-甲基丁醇

　　H2SO4

　　乙酸-3-甲基丁酯

　　25 mL

　　20 mL

　　5 mL

　　0.42 mol

　　0.18 mol

　　Conc.

　　80-90% 产率

　　图5.1-最终产物乙酸-3-甲基丁酯的NMR谱图

　　六、结论

　　本文介绍了ThermoFisher台式微型核磁波谱仪共振picoSpin-45有机化学教学实验-酯化反应中的应用，学生可以在整个实验中轻松地亲自动手操作核磁进行谱图采集，并且可实时进行谱图的分析，每个学生检测自己的样品仅仅需要3-4分钟。因此，将微型核磁引进到学生实验的教学方案中，必将大大改善实验教学的质量。