第五届全国大学生化学实验邀请赛

实 验 试 卷

实验A   氨基酸铜配合物的模板合成与表征

 

重要说明：

î    本实验时间为8.5小时（8:00 - 16:30）（以交实验报告的时刻计），包括午餐与完成实验报告时间。请竞赛选手仔细阅读实验内容与操作步骤，合理安排时间，每超时5分钟扣2分，最多不得超过30分钟（以5分钟为计时单位，不足5分钟按5分钟计）。

î    安全注意事项：有机试剂有不同程度的毒性，实验操作要在通风良好的地方进行。

î    第1步合成实验要求无水条件！该步所需的仪器（圆底烧瓶、球形冷凝管、量筒、吸量管）已洗净、干燥。

î    滴定分析用的玻璃仪器已经用铬酸洗液和蒸馏水洗净，其他玻璃器皿亦按照化学实验基本要求洗净。

î    实验开始的2小时内，如实验失败，报监考老师同意后可重做，但要扣去10分。

î    若第1步实验所制备的产品不足1.55 g，需向监考老师索取该步产品以保证有1.55 g 配合物1进行第2步合成实验，但要扣分（每索取0.2 g 扣1分，不足0.2 g 按0.2 g 计）。

î    若第2步所制备的产品不足0.30 g，可向监考老师索取该步产品以完成后续滴定分析实验，但要扣去7分。

î    为节约实验时间，实验室向选手提供水浴加热用的热水。

î    计算可能用到的原子量：

H 1.01    C 12.01    N 14.01    O 16.00    Cl 35.45    Cu 63.55    Zn 65.39

 

一、实验目的

本实验是一个综合实验，涉及到大环化合物的模板合成、滴定分析与红外光谱表征，目的在于考察选手对化学实验基本操作掌握的规范与熟练程度，也考察选手运用实验技能和相关化学知识完成综合实验的能力。

 

二、实验原理及实验内容

在Cu²⁺作模板条件下，氨基乙酸与硝基乙烷、三乙胺、甲醛发生反应，生成5 - 硝基 - 5 - 甲基 - 3,7 - 二氨基乙酸合铜（配合物1），进一步通过Zn/HCl还原，再与Cu²⁺反应即可制得配合物2。

本实验竞赛内容主要包括：

（1）合成5 - 硝基 – 5 - 甲基 - 3,7 - 二氨基乙酸合铜（配合物1）。

（2）合成配合物2。

（3）测定配合物1与2的红外光谱。

（4）利用碘量法测定配合物2中的铜含量。

 

三、试剂、材料和仪器

1. 主要试剂和原料

硝酸铜[Cu(NO₃)₂·3H₂O]、氨基乙酸、三乙胺、硝基乙烷、35% 甲醛、甲醇、锌粉、浓盐酸、（1＋9）盐酸、6 mol/L氢氧化钠溶液、（1＋4）硫酸、10% KI溶液、0.01030 mol/L Na₂S₂O₃标准溶液、0.5% 淀粉溶液、10% NH₄SCN溶液。

2. 主要实验仪器：

2.1 公用仪器

　　　　电子天平（0.01 g）

　　　　分析天平（0.1 mg）

　　　　循环水真空泵

　　　　红外干燥箱

　　　　干燥器

　　　　电炉

2.2 每位选手配备的仪器

　　　　恒温磁力搅拌器及磁子（1套）

　　　　250 mL圆底烧瓶（1个）

　　　　球形冷凝管（1根）

　　　　玻璃水浴锅（1个）

　　　　铁架台（1个）

　　　　冷凝管夹（1个）

　　　　烧瓶夹（1个）

　　　　直角夹（1个）

　　　　布氏漏斗（1个，配过滤套）

　　　　抽滤瓶（1个）

　　　　吸量管（5、2 mL各1根）

　　　　移液管（10 mL 1根）

　　　　50 mL容量瓶（1个）

　　　　洗耳球（1个）

　　　　移液管架（1个）

　　　　200 mL碘量瓶（2个）

　　　　25 mL酸式滴定管（1根）、滴定管架（1个）

　　　　烧杯（500、250、100、50、25 mL各1个）

　　　　量筒（100、10 mL各1个）

　　　　表面皿（大、小各1个）

　　　　洗瓶（1个）

　　　　剪刀（1把）

　　　　橡皮管（2根）

　　　　不锈钢刮铲（1个）、不锈钢勺（1个）

　　　　玻璃棒（2根）

　　　　胶头滴管（4根）

　　　　广泛pH试纸（1包）

　　　　注射器（1 mL 1个）

　　　　塑料袋（内装：称量纸10张、大滤纸5张、小滤纸5张、样品管2个、标签、棉花、小方巾）

 

四、主要原料的物理性质

名称	分子式	分子量	熔点 /℃	沸点 /℃	密度 /g·cm-3	备 注
硝酸铜	Cu(NO3)2·3H2O	241.63	114.5		2.074	熔点与密度为六水合硝酸铜的
氨基乙酸	NH2CH2COOH	75.08	232~236		1.1607	232～236 ℃（分解）
甲醇	CH3OH	32.05	-97.8	64.65	0.7915	无色有毒易挥发或易燃的液体， 能与水和多数有机溶剂混溶。
三乙胺	N (C2H5)3	101.22	-114.7	89.7	0.729	易挥发液体，溶于水和乙醇。
硝基乙烷	CH3CH2NO2	75.08	-90	114	1.0448	无色有毒液体，稍溶于水， 能与乙醇和乙醚混溶。

 

五、实验步骤

第一部分   配合物1（分子量：310.79）的合成

1）称取1.81 g（7.5 mmol）Cu(NO₃)₂·3H₂O【硝酸铜易吸水，称量前需先用滤纸将其表面的水分吸干】和1.13 g（15 mmol）氨基乙酸加入到有45 mL甲醇的250 mL圆底烧瓶中，约70 ℃水浴加热，快速搅拌下回流10 min。

2）用吸量管取3.15 mL（22.5 mmol）三乙胺加入反应体系中，待溶液变成浅紫色后，再用注射器加入0.55 mL（7.5 mmol）硝基乙烷，回流5 min后暂停回流，在热溶液中缓慢滴加甲醛-甲醇混合溶液（1.20 mL 35%甲醛＋7 mL甲醇），继续快速搅拌回流90 min。

3）停止反应，冷却、抽滤，用少量甲醇洗涤固体产物。

4）红外干燥，称重，计算产率。

5）取少量样品去B201室压片后，交给老师测红外光谱。

第二部分   配合物2（分子量：353.31）的合成

1）取上步产物1.55 g（5 mmol）于250 mL圆底烧瓶中，加入10 mL（1＋9）盐酸和10 mL水。再加入3.27 g锌粉，轻轻摇动烧瓶使固体完全浸湿，60～65 ℃水浴加热30 min，过滤【建议不要水洗】。

2）用6 mol/L NaOH溶液将滤液的pH值调至12，过滤【建议不要水洗】。

3）再用浓盐酸将滤液的pH值调至9，加入1.50 g Cu(NO₃)₂·3H₂O，用浓盐酸将pH值调到3。

4）静置直到析出大量蓝色沉淀或晶体，抽滤，水洗。

5）红外干燥，称重，计算产率。

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