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实验课程特别体验!铃木ー宫浦偶联反应 “体验套装”

让日本化学引以为傲的有机合成技术「偶联反应」 —-对,就是在金属钯催化下将卤化物和金属有机反应剂混合后,使两个单元连接起来的经典反应。在这其中,当金属有机反应剂用的是有机硼化合物时,这种偶联反应被叫做铃木-宫浦偶联反应。工业上也被广泛使用,即使对于非有机合成专业的人来说,也是简单易操作的形成碳碳键的反应方法,并被用于材料科学等其他化学领域。

由于对化学界的巨大贡献,这一反应的开发者也因此被授予2010年诺贝尔化学奖。。。

以上的介绍相信化学空间的读者们不用这里赘述都已经相当了解了。

对于日本,这应该是众所周知的卓越成就,可最近大学学部生(本科生)一年级的同学中,上课时候问他们这个反应,不知道的人也大有人在,若是已经过时了的经典反应不知道就算了,这样的在当前还活跃日常化学中的偶联反应不知道的话,真的是太不应该了!可是有这样想法,其实也知道为什么会有这样的结果,那就是

合成反应 无趣!

对,没错,一混合就反应了!即使这么说了,没看到实实在在产物,没学过波谱解析,分析不了结构,怎么知道到底生成了没有。好吧,那就用特定的反应剂,使产物作为白色固体析出,有明显变化是不是就会好点?

「哦,白色固体,就这样啊!」

反应结束,这样没有任何新奇的视觉感官刺激叫学生们如何能感受化学的神奇。作为教员,在必须要写大纲时一定会感同身受,设计学生实验的时候觉得,反应实用就行,实验现象什么的应该没什么关系吧,到实际演示的时候,绝对能感受到这样枯燥的实验现象给听实验课的人丝毫留不下印象时的那种挫败。所以,在大学化学实验教学中,一般不会采用这样的实验。

那么,对于这样枯燥的偶联反应,怎么样设计出能给人留下生动印象的「铃木ー宮浦偶联反应」不妨先提示一下,比如如何能产生发光的生成物呢。发光这种只是小伎俩而已。。。估计有这么想的人,不过在化学实验中,能够捕捉到视觉上的变化瞬间绝对会取得大不一样的效果。 那么这里就给大家做个简单的介绍吧。

 

实际上,「铃木ー宫浦偶联反应 体验套装」还是有“第一代”的

细看一下,这次的套装是“第二代”。第一代是在铃木章教授在获得诺贝尔奖后,在北海道大学的支持下,与和光(Wako)工业株式会社共同开发的(图1)。想让大家简单的感受一下得了诺贝尔奖的反应是什么样子,也能给会社赢得人气,可是,最后用的时候,还是有很多人看完有种说不出来的感觉。

Kit_name

 

反应式如下(图2)。p-溴苯甲酸和苯硼酸在水做溶剂下,加入钯催化和碱后,搅拌15分钟就迅速生成4-羧基苯硼酸(钾盐)。生成物对水溶解性差,所以溶液变成白色乳浊液,成功!

未命名 2

 

「哇!变白色浑浊了啊!」… 好吧,是挺没意思的。

于是,之后,根据北海道大学大学院地球环境科学研究院的 山田 幸司 准教授的设想开发了这次的第二代产品(图3)。

 

第二代 发光系列

Kit_Box-2

 

一眼看去和第一代差不多的感觉,而且第二代试剂的反应也是非常的简单,丙酮做溶剂、里面加入钯催化剂和有机卤化物、有机硼酸混合就行了。

但是、根据结构不同有机卤化物、有机硼酸其结果不同。比如,就以下的反应来说,生成的联芳基化合物是具有荧光的分子,发黄色光。

未命名 2

 

然后下面的反应,生成物则发蓝光。

4

 

再然后,发黄色光的分子有溶剂化显色现象,加入少许溶剂、则黄色变成蓝色。(图4)。

Kit_name-1

太神奇了!这样的话,(实验教学)从偶联反应的历史,反应机理,发现者,荧光变化现象等,再加上溶剂显色作用现象的讲解,把一个无聊的反应很好地视觉化并变成理想的商品。

 

一定试着用一下吧!

作为有机化学工作者,真的很想让业界同仁们在高中,大学的实验教学里开展这样的教学或体验。

这里感兴趣的提一下这个套装的价格,一盒需要14,000日元!真贵!(对日本人也一样),就算是第一代套装也要10, 000日元,可以说多花的4000日元就是发光的价值了,哈哈!

这样一想,大家一定觉得,作为学生实验,人均(即使是两三人一组)花这些钱也是很多的。那么,就说点省钱的技巧吧(倒不是说钱不够花,但精打细算也很重要)

其实倒也不一定去买他的套装,分别去买各种试剂(钯催化剂、碱、有机硼酸、有机卤化物)就可以了。

套装内容
①. 2-乙酰基-5-溴噻吩   容量:820mg
②. 4-(N,N-二甲胺基)-苯硼酸-片呐醇酯   容量:500mg
③. p-甲氧基苯硼酸  容量:300mg
④. 碳酸钠   容量:200mg
⑤. 醋酸钯   容量:8mg

这样的话是14,000日元。分开买的话:

①. 2-乙酰基-5-溴噻吩 容量:25g  10,000日元  (820mg 328日元)
②. 4-(N,N-二甲胺基)-苯硼酸-片呐醇酯 容量:5g 30,000日元 (500mg 3,000日元)
③. p-甲氧基苯硼酸 容量25g  29,000日元  (300mg 348 日元)
④. 碳酸钠   容量:500g 980日元  (200mg 0.4日元)
⑤. 醋酸钯   容量:1g 6500日元  (8 mg 52日元)

相同的东西分成和套装一样的量只花了3,728日元,试剂 ② 的价格占压倒性的分量,如果能拿到折扣的话就更好了。这里因为是原帖,对价格上只能按日本市场的行情来估计,查查国内的试剂公司,说不定会更便宜呢。

最后,希望这篇帖子能为在校老师们的实验课准备提供一些小小的灵感,小编自己还没有亲身体验过,如果感兴趣的人真的尝试这个反应了,不妨来信分享一下心得吧!在研究室的同学们如果能找到这样的原料,不妨悄悄地试试吧!

 

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土生土长西安人,本+硕在陕师大,博士在日本冈山大学取得,博后在名古屋大学ITbM研究所伊丹研究室,有机化学研究生涯3+3+3,现职于西安交通大学理学院。擅长金属催化的偶联反应,博后期间开始合成糖化学,还有碳氢键活化研究。喜欢语言,旅游,网络,音乐,当然最最喜欢的还是化学。现为化学空间员工代表,小编兼美术。 自我描述:师范大学子弟,从小就在家门口上学,也没吃过什么苦,没想到学有机化学的这些年,高强度的实验把我锻炼成了不折不挠的女汉子。硕士毕业留学日本一待就快六年,坚持下来很佩服自己,而且也越来越喜欢有机化学了。 身为化学空间的员工代表,想把化学空间做成“化学人儿”的平台,也希望更多学化学,爱化学的人加入我们,用我们的力量让更多人能感受到化学的魅力。

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