应用Suzuki偶联反应学习Hammett方程的实验教学设计

doi:10.3866/PKU.DXHX202211040

大学化学 >> 2023, Vol. 38 >> Issue (9): 272-279.doi: 10.3866/PKU.DXHX202211040

应用Suzuki偶联反应学习Hammett方程的实验教学设计

程景¹, 杨雪苹¹, 金剑¹, 任鹏¹^,²^,*()

¹ 哈尔滨工业大学(深圳)实验与创新实践教育中心, 广东深圳 518055
² 哈尔滨工业大学(深圳)理学院, 广东深圳 518055

收稿日期:2022-11-15 录用日期:2023-03-07 发布日期:2023-03-24
通讯作者: 任鹏 E-mail:renpeng@hit.edu.cn
基金资助:
哈尔滨工业大学(深圳) 2020创新实验课立项(INEP1028)

An Experimental Teaching Design for Learning Hammett Equation Using Suzuki Coupling Reaction

Jing Cheng¹, Xueping Yang¹, Jian Jin¹, Peng Ren¹^,²^,*()

¹ Experiment and Innovation Education Center, Harbin Institute of Technology (Shenzhen), Shenzhen 518055, Guangdong Province, China
² School of Science, Harbin Institute of Technology (Shenzhen), Shenzhen 518055, Guangdong Province, China

Received:2022-11-15 Accepted:2023-03-07 Published:2023-03-24
Contact: Peng Ren E-mail:renpeng@hit.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

介绍了一个有机化学综合创新实验——应用Suzuki偶联反应来学习Hammett方程的实验教学方案。通过探究不同取代基底物对Suzuki偶联反应速率的影响，进一步得出Hammett方程的关系曲线图，结果表明苯硼酸上的吸电子取代基使反应速率减慢，而给电子取代基会加快反应速率，探索了Suzuki偶联反应中转金属化过程对偶联反应的影响。在进行文献调研、实验设计、实验操作、结果分析和报告撰写的过程中，学生既能学习Suzuki偶联反应的基本原理，更重要的是理解Hammett方程的意义，激发学生对有机化学的科研兴趣，提升学生综合素质。

关键词: Suzuki偶联反应, Hammett方程, 反应机理, 创新实验

Abstract:

This study introduced an innovative, comprehensive experiment of organic chemistry — "the experimental teaching scheme of learning the Hammett equation by Suzuki coupling reaction". The relationship curve of the Hammett equation was further obtained by exploring the influence of different substituted substrates on the reaction rate of the Suzuki coupling reaction. The results showed that the reaction rate was slowed down by the electron-withdrawing substituents on phenylboronic acid and accelerated by the electron-donating substituents. The influence of the metallization process on the Suzuki coupling reaction was also explored. In the process of literature research, experimental design, experimental operation, result analysis and report writing, students can learn the basic principle of Suzuki coupling reaction and understand the significance of the Hammett equation. The comprehensive experimental project is helpful to stimulate students' interest in scientific research of organic chemistry and improve their comprehensive quality.

Key words: Suzuki coupling reaction, Hammett equation, Reaction mechanism, Innovative experiment

程景, 杨雪苹, 金剑, 任鹏. 应用Suzuki偶联反应学习Hammett方程的实验教学设计[J]. 大学化学, 2023, 38(9): 272-279.

Jing Cheng, Xueping Yang, Jian Jin, Peng Ren. An Experimental Teaching Design for Learning Hammett Equation Using Suzuki Coupling Reaction[J]. University Chemistry, 2023, 38(9): 272-279.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.DXHX202211040

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2023/V38/I9/272

图/表 7

图1

图2

表1

图3

表2

图4

图5

参考文献 17

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反应编号	R₁	R₂	反应体系
1	―CH₃ (甲基)	―H (氢原子)	该反应体系中加入的苯硼酸量为1.2 mmol，对溴甲苯为1.0 mmol，催化剂Pd(PPh₃)₄量为0.005 mmol，TEAH为1 mL，THF为4.5 mL
2	―F (氟原子)	―H (氢原子)	该反应体系中加入的苯硼酸量为1.2 mmol，1-溴-4-氟苯为1.0 mmol，催化剂Pd(PPh₃)₄，TEAH和THF量跟反应1一致
3	―OMe (甲氧基)	―H (氢原子)	该反应体系中加入的苯硼酸量为1.2 mmol，4-溴苯甲醚为1.0 mmol，催化剂Pd(PPh₃)₄，TEAH和THF量跟反应1一致
4	―NO₂ (硝基)	―H (氢原子)	该反应体系中加入的苯硼酸量为1.2 mmol，1-溴4-硝基苯为1.0 mmol，催化剂Pd(PPh₃)₄，TEAH和THF量跟反应1一致
5	―CH₃ (甲基)	―NO₂ (硝基)	该反应体系中加入的4-硝基苯硼酸量为1.2 mmol，对溴甲苯为1.0 mmol，催化剂Pd(PPh₃)₄，TEAH和THF量跟反应1一致
6	―CH₃ (甲基)	―OMe (甲氧基)	该反应体系中加入的4-甲氧基苯硼酸量为1.2 mmol，对溴甲苯为1.0 mmol，催化剂Pd(PPh₃)₄，TEAH和THF量跟反应1一致
7	―CH₃ (甲基)	―Br (溴原子)	该反应体系中加入的4-溴苯硼酸量为1.2 mmol，对溴甲苯为1.0 mmol，催化剂Pd(PPh₃)₄，TEAH和THF量跟反应1一致
8	―CH₃ (甲基)	―F (氟原子)	该反应体系中加入的4-氟苯硼酸量为1.2 mmol，对溴甲苯为1.0 mmol，催化剂Pd(PPh₃)₄，TEAH和THF量跟反应1一致
9	―CH₃ (甲基)	―CF₃ (三氟甲基)	该反应体系中加入的4-三氟甲基苯硼酸量为1.2 mmol，对溴甲苯为1.0 mmol，催化剂Pd(PPh₃)₄，TEAH和THF量跟反应1一致
10	―CH₃ (甲基)	―CH₃ (甲基)	该反应体系中加入的4-甲基苯硼酸量为1.2 mmol，对溴甲苯为1.0 mmol，催化剂Pd(PPh₃)₄，TEAH和THF量跟反应1一致
11	―CH₃ (甲基)	―CH₂CH₃ (乙基)	该反应体系中加入的4-乙基苯硼酸量为1.2 mmol，对溴甲苯为1.0 mmol，催化剂Pd(PPh₃)₄，TEAH和THF量跟反应1一致

反应编号	反应速率常数k/(mol∙L⁻¹∙s⁻¹)	反应编号	反应速率常数k/(mol∙L⁻¹∙s⁻¹)
1	1.3 × 10⁻³	8	1.1 × 10⁻³
5	2.2 × 10⁻⁴	9	3.6 × 10⁻⁴
6	2.6 × 10⁻³	10	2.3 × 10⁻³
7	5.8 × 10⁻⁴	11	2.0 × 10⁻³

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