- 南京大學(xué)本科有機(jī)化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新成果：芳香化合物的電化學(xué)氯化反應(yīng)在有機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用
- 發(fā)布日期：2023-08-02
芳香化合物的氯化是一類(lèi)很重要的反應(yīng)，廣泛應(yīng)用于藥物合成和化工原料制備當(dāng)中，而限于氯氣的高毒性，始終難以應(yīng)用到本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中。文獻(xiàn)報(bào)道的氯化試劑種類(lèi)繁多，但大部分也具有毒性強(qiáng)的問(wèn)題，而N-氯代琥珀酰亞胺，因其廉價(jià)易得且易于儲(chǔ)存的特性脫穎而出。但由于其反應(yīng)活性較弱，通過(guò)傳統(tǒng)方法難以完成轉(zhuǎn)化，因此需要一種安全高效的方法來(lái)將氯化反應(yīng)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中。
近年來(lái)，電化學(xué)合成經(jīng)歷了新的發(fā)展浪潮。通過(guò)電極驅(qū)動(dòng)反應(yīng)物得失電子，在溫和條件下實(shí)現(xiàn)挑戰(zhàn)性的轉(zhuǎn)化，展現(xiàn)出了其綠色特點(diǎn)，成為化學(xué)化工生產(chǎn)近年來(lái)青睞的一種合成手段。而在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開(kāi)發(fā)方便高效可靠的有機(jī)電化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容目前還少有報(bào)道。結(jié)合氯化反應(yīng)在本科有機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的缺失情況，開(kāi)發(fā)出有機(jī)電化學(xué)氯化反應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)以上兩方面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求。
為將有機(jī)化學(xué)學(xué)科的前沿發(fā)展方向轉(zhuǎn)化為本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，2018級(jí)化學(xué)化工學(xué)院本科生樊錦坤、李宇婕、魏依婷在電化學(xué)芳環(huán)氯化反應(yīng)方面開(kāi)展研究，實(shí)現(xiàn)了以N-氯代琥珀酰亞胺為氯源的芳環(huán)電化學(xué)氯化反應(yīng)。結(jié)合自行設(shè)計(jì)的電化學(xué)電源裝置，三人組隊(duì)參加了2021年第二屆全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，獲得華東賽區(qū)一等獎(jiǎng)，全國(guó)二等獎(jiǎng)。
之后，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步的將創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽內(nèi)容與基礎(chǔ)有機(jī)實(shí)驗(yàn)課程的具體要求結(jié)合，充分優(yōu)化試劑，電化學(xué)參數(shù)，反應(yīng)時(shí)間，分離純化條件等要素，開(kāi)設(shè)了電化學(xué)芳環(huán)氯化反應(yīng)這一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。經(jīng)過(guò)2019級(jí)和2020級(jí)兩屆本科實(shí)驗(yàn)課程的檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)總結(jié)此實(shí)驗(yàn)的化學(xué)原理，實(shí)驗(yàn)操作，教學(xué)特色等內(nèi)容，以Application of Electrochemical Chlorination Reaction in Organic Laboratory Course為題，近期發(fā)表于美國(guó)化學(xué)會(huì)教育期刊《Journal of Chemical Education》上（J. Chem. Educ. 2023, DOI: 10.1021/acs.jchemed.2c01088）。
該反應(yīng)相較以往的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，首次將電化學(xué)合成和氯化反應(yīng)引入國(guó)內(nèi)本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生了解電化學(xué)合成的反應(yīng)機(jī)理，即通過(guò)電極與底物之間的電子轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)惰性反應(yīng)物的活化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)研究與科研前沿的對(duì)接。同時(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程涉及TLC跟蹤反應(yīng)進(jìn)程，重結(jié)晶，快速柱層析等實(shí)驗(yàn)操作，幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)操作，為學(xué)生后續(xù)開(kāi)展科研相關(guān)工作夯實(shí)基礎(chǔ)。
化學(xué)化工學(xué)院程旭教授和化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心戴潔工程師為本文通訊作者，三名2018級(jí)本科生：樊錦坤（現(xiàn)2022級(jí)化學(xué)化工學(xué)院博士生），李宇婕（現(xiàn)南洋理工大學(xué)化學(xué)、化工和生物技術(shù)學(xué)院），魏義婷（現(xiàn)北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院）為論文的第一，第二和第三作者。該項(xiàng)目受到基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃2.0研究課題：科研融合型的基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)雙語(yǔ)標(biāo)桿課程建設(shè)（重點(diǎn)課題20221021）和江蘇省高階教育改革研究項(xiàng)目（2021JSJG027）的支持。
