實驗10 8-羥基喹啉的制備
實驗目的
（1）掌握Skraup反應制備喹啉及其衍生物的方法。
（2）掌握重結晶、水蒸氣蒸餾等基本操作。
實驗原理
8-羥基喹啉是化學分析的配位滴定指示劑，它作為金屬離子螯合劑，已廣泛應用于分析化學中金屬元素的化學分析、金屬離子的萃取、金屬防腐和光度分析等方面。它又是一種重要的有機合成中間體，作為鹵化喹啉類抗阿米巴藥物的中間體以及農藥、染料的中間體。此外，它還可作為工業防腐劑、防霉劑以及酚醛樹脂、聚酯樹脂和雙氧水的穩定劑。
Skraup反應是合成喹啉及其衍生物最重要的方法。本實驗以苯酚為原料，通過硝基化反應制備鄰硝基苯酚（同時產生對硝基苯酚，用于制備非那西汀），再還原得到鄰氨基苯酚。由于酚羥基的強活化能力，本實驗使用硝酸鈉和硫酸作用生成硝酸作為硝化試劑使苯酚硝化。鄰硝基苯酚加入鋅粉作為還原劑可得到鄰氨基苯酚。反應式如下：
在氧化劑鄰硝基苯酚和濃硫酸的存在下，鄰氨基苯酚與甘油發生Skraup反應可合成8-羥基喹啉。反應式如下：
試劑與儀器
試劑：苯酚，硫酸（98％），硝酸鈉，濃鹽酸（35％～38％），碳酸鈉，氯化銨，鋅粉，乙醇，無水甘油，活性炭。
儀器：三口瓶，滴液漏斗，溫度計，磁力攪拌器，冰浴，回流冷凝管，燒杯，水蒸氣蒸餾裝置，布氏漏斗，抽濾瓶。
實驗內容
1.鄰硝基苯酚和對硝基苯酚的制備
在250mL三口瓶中加入50mL水，再緩慢加入15mL濃硫酸、20.4g硝酸鈉。裝上滴液漏斗和溫度計，用冰浴冷卻。當體系溫度降至15℃左右時，開動磁力攪拌器，在攪拌下緩慢滴加苯酚的水溶液（10.2g苯酚和4mL水配成溶液），體系溫度維持在15～20℃，加畢，在該溫度下繼續攪拌30min。將體系冷卻至黑色油狀物固化，傾倒出酸液，用冰水洗滌固體三次。將固化的油狀物通過水蒸氣蒸餾，蒸至無黃色的油狀物餾出。向殘液中加水使總體積約為100mL，然后加入7mL濃鹽酸和適量的活性炭，微沸10min，用布氏漏斗和抽濾瓶趨熱抽濾，濾液充分冷卻，抽濾干燥。產品可用2％的鹽酸重結晶，計算收率，測定熔點（推斷產物的結構）。水蒸氣蒸出的溶液冷卻后得到固體，抽濾干燥。產品可用乙醇水溶液重結晶，稱重，計算收率，測定熔點（推斷產物的結構）。
本實驗合成的鄰硝基苯酚用于下步反應，對硝基苯酚用于制備非那西汀。
2.鄰氨基苯酚的合成
在100mL燒瓶中加入4.2g鄰硝基苯酚、30mL乙醇、30mL水、3g氯化銨和4.5g鋅粉，安裝回流冷凝管，在快速攪拌下回流1.5h0趁熱抽濾，濾渣與10mL乙醇共熱，再趁熱過濾，合并濾液，蒸餾濃縮至1/3體積時，冷卻析晶。用抽濾裝置抽濾，用少量的水洗滌晶體，干燥，計算收率，測定熔點。
3.8-羥基喹啉的合成
在50mL圓底燒瓶中加入2.2g鄰氨基苯酚、1.4g鄰硝基苯酚和4.69g甘油，充分搖勻后，再加入2.7mL濃硫酸，裝上回流冷凝管。在攪拌下緩慢加熱至近沸，移開熱源，反應劇烈放熱。劇烈反應過后，繼續加熱，反應回流1.5h。反應液稍冷后，改為水蒸氣蒸餾，蒸至不再有有機物餾出為止。取3.6g氫氧化鈉和5mL水配成溶液，緩慢加入上述殘液中，調節pH值接近7時，再加入適量的飽和碳酸鈉溶液使pH值保持在7～8。再進行第二次水蒸氣蒸餾，蒸至無有機物餾出為止。從餾出液中過濾出固體物質，干燥即得產品，計算收率，測定產物的熔點。
注意事項
（1）如果不能固化，使用分液漏斗將油水分開。
（2）若體系仍呈黃色，需補充適量鋅粉。
思考題
（1）為什么通過水蒸氣蒸餾能將鄰硝基苯酚和對硝基苯酚分開？
（2）苯酚硝化法制備鄰硝基苯酚和對硝基苯酚時，為什么收率比較低？你還有什么方法可以合成鄰硝基苯酚和對硝基苯酚？
（3）為什么鄰氨基苯酚在空氣中特別容易變色？
（4）請寫出甘油在硫酸中生成丙烯醛的反應過程。
（5）水蒸氣蒸餾8-羥基喹啉時，體系既不能呈現強酸性也不能呈現強堿性，原因是什么？寫出產物與酸和堿反應的方程式。
參考文獻
［1］蘭州大學，復旦大學化學系有機化學教研室.有機化學實驗［M］.王清廉，沈鳳嘉修訂.北京：高等教育出版社，1994.
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