“等等。”马荣真站起身走过来,“陈航,如果你合成的确实是目标产物,氢谱应该是什么样?”
陈航思考了几秒:“吡啶环氢,2位氢化学位移应该在δ 85-90;3位氢约δ 75-80;4位氢约δ 78-83。n-h氢可能在δ 10-12,但在氘代氯仿中可能因为快速交换而变宽或消失。”
“如果要培养单晶,你会选择什么溶剂体系?”马荣真又问。
“缓慢挥发法,先用良溶剂如二氯甲烷或乙酸乙酯完全溶解,然后缓慢扩散加入不良溶剂如正己烷或石油醚。”陈航回答,“或者尝试不同比例的混合溶剂,寻找合适的结晶条件。”
马荣真沉默片刻,转向卢俊嘉:“核磁结果出来后发给我。从明天开始,这个课题的实验方案由陈航设计,你负责监督和安全。但有三条:第一,任何新条件尝试必须提前风险评估并向我汇报;第二,高危操作必须在你亲自监督下进行;第三,每天发实验记录。”
卢俊嘉愣住了。马荣真这是要给一个高中生放权?
“能做到吗?”马荣真看向两人。
“能!”陈航声音坚定。
卢俊嘉也连忙点头:“能做到,马老师。”
下午三点,核磁共振实验室。
谱图打印出来那一刻,卢俊嘉盯着那几条特征峰,眼睛瞪大了。
δ 888 (d, j = 50 hz, 1h),δ 834 (td, j = 78, 15 hz, 1h),δ 790 (d, j = 79 hz, 1h),δ 759 (ddd, j = 76, 50, 12 hz, 1h),吡啶环氢,全部吻合。
而在δ 1122处,一个宽而钝的单峰清晰可见,这是n-h氢!
化学位移、偶合常数、积分比例……完美匹配n-硝基-2-氨基吡啶的结构。
“成了……”卢俊嘉喃喃道,“第一次尝试,产率40,结构确证……这真是……”
陈航看着谱图,脸上露出了笑容。那不是得意的笑,而是一种纯粹的、属于发现者的喜悦,一个想法,从理论计算到实验验证,第一步,稳稳地走通了。
“给马老师打电话。”卢俊嘉掏出手机,手指都有些颤抖,“告诉他结果。然后……我们准备明天第二步。”
窗外阳光炽烈,岭南工业大学的化学楼在午后的光线中泛着淡淡的光泽。实验室里,两个年轻人站在核磁谱图前,一个激动,一个平静,但眼中都有光。
几天后,陈航再次准时出现在实验室。
这次情况有点不一样了。
卢俊嘉看他进门,眼神复杂地递过来一份打印出来的谱图:“昨天马老师看了核磁结果,说了三个字继续做。”
陈航接过谱图,上面马荣真用红笔在几个关键峰旁边打了勾,还在空白处写了句:“结构确认。可进行第二步验证。”
简简单单一行字,却让陈航心跳加速。
“所以今天,”卢俊嘉深吸一口气,“我们尝试一锅法转化。按你的设计,从n-硝基-2-氨基吡啶直接得到2-氯吡啶。”
实验室里今天多了几个人。靠窗的实验台边,之前那个博士生师兄正在“整理数据”,眼睛却不时往这边瞟。另一边,两个研一的师妹假装在讨论反应,声音压得很低,但目光明显关注着这边。
马荣真教授还没来,但实验室里的气氛已经有点“万众瞩目”的感觉了。
“好,我们开始。”卢俊嘉努力让自己声音平稳,“今天你来主导操作,我负责监督和补充说明。第一步,取我们昨天合成的n-硝基-2-氨基吡啶。”
陈航点头,从冰箱里取出那瓶浅黄色固体。电子天平归零,他小心称取。
“转移至10毫升schlenk管。”卢俊嘉说,“加2毫升无水dce溶解。”
陈航照做。固体在溶剂中缓慢溶解,溶液呈淡黄色。
“现在搭建反应装置。”卢俊嘉指导道,“连接双排管,抽真空充氮气三次。这个中间体对空气和水分可能敏感,要保持惰性氛围。”
真空泵再次启动,熟悉的循环操作。
“接下来是第一个关键点。”卢俊嘉表情认真起来,“加入dap,25当量。记住,dap既是碱,中和后续反应产生的酸,也可能作为亲核催化剂活化socl?。称量要准确。”
陈航称取0053克dap白色晶体,通过固体加料口加入反应管。
“现在准备socl?。”卢俊嘉指了指通风橱里一个棕色瓶子,“二氯亚砜,有刺激性气味,遇水剧烈反应产生氯化氢和二氧化硫。这步要格外小心,戴好厚手套和护目镜。”
实验室里安静下来,所有人都屏住呼吸。
陈航取出一支干燥的1毫升注射器,先用氮气冲洗三次,然后小心抽取01毫升socl?,无色透明液体,有刺激性气味。
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“在氮气流保护下加入反应体系。”卢俊嘉声音低沉,“加入后立刻会有反应发生,注意观察颜色变化。”
针头刺入橡胶隔垫,socl?缓缓滴入。
就在第一滴落入的瞬间,反应液颜色开始剧烈变化,从淡黄迅速变为橙红,然后转为深红!
“放热明显。”陈航立刻将反应管浸入预先设置好的70°c油浴中,“需要控制温度在70°c左右。”
“很好,启动搅拌。”卢俊嘉说,“反应时间1小时,我们每隔15分钟取样点tlc监测。”
磁力搅拌启动,深红色溶液在油浴中缓缓旋转,像一锅正在熬制的魔药。
十五分钟后,第一次取样。陈航用毛细管取出一小滴反应液,点在硅胶板上。
展开剂:石油醚:乙酸乙酯=4:1。
展开完成,紫外灯下观察,原料点(rf=03)明显减弱,在rf=07左右出现了一个新的强斑点!
“有产物生成!”卢俊嘉声音里带着压抑不住的兴奋,“继续反应。”
三十分钟,四十五分钟,每次tlc都显示原料点越来越弱,产物点越来越强。
一小时后,陈航熄灭油浴,将反应管取出冷却。
“现在淬灭反应。”他说,“socl?过量,需要小心处理。先用冰浴冷却的反应管,然后缓慢滴加饱和碳酸氢钠溶液淬灭。”
他小心地将反应管浸入冰水浴,然后用滴管缓慢滴加碳酸氢钠溶液。
“嘶——”
剧烈的气泡产生,伴随着氯化氢气体释放。陈航迅速将反应管转移到通风橱深处。
“淬灭完成,现在用乙酸乙酯萃取。”卢俊嘉指导道,“常规操作,萃取三次,合并有机相,无水硫酸钠干燥。”
接下来的步骤已经驾轻就熟。萃取、干燥、过滤、旋蒸……
五分钟后,圆底烧瓶底部留下了约002克无色油状液体。
“粗产物。”陈航将产物转移到小样品瓶中,“现在进行gc-s分析,看看纯度如何。”
他走向实验室角落的气相色谱-质谱联用仪。这台仪器平时主要是博士生们用,但陈航昨天已经让卢俊嘉教过基本操作。
开机、设定程序、进样……
十分钟后,电脑屏幕上出现色谱图,一个尖锐的主峰,保留时间与标准2-氯吡啶完全一致!
质谱图更明显:分子离子峰/z=113/115,典型的氯同位素峰型(3:1),碎片峰也完全匹配。
“成了……”卢俊嘉盯着屏幕,喃喃道,“真的成了……一锅法,从2-氨基吡啶到2-氯吡啶,中间体不分离……”
他转向陈航,眼神像看怪物:“你知不知道这意味着什么?”
“意味着我的猜想可能是对的。”陈航回答,声音还算平静,但眼睛里闪着光。
“意味着我们可能发现了一条全新的芳香胺转化路径!”卢俊嘉声音提高了,“不用重氮盐!不用铜催化!一步反应!这要是发出去……”
他话没说完,实验室门被猛地推开。
马荣真教授大步走进来,脸上没什么表情,但脚步比平时快:“结果呢?”
卢俊嘉立刻把电脑屏幕转向他:“马老师,gc-s结果。产物确认是2-氯吡啶,纯度估计90以上。粗产率……按氨基吡啶算,约50。”
马荣真俯身盯着屏幕,看了足足一分钟。
然后他直起身,看向陈航:“再做一遍。这次我全程看着。”
“现在?”陈航问。
“现在。”马荣真拉了把椅子坐下,“卢俊嘉,你帮他准备试剂。陈航,你重复刚才所有操作,每个步骤解释你在做什么,为什么这么做。”
第二次实验,压力山大。
但陈航的手依然很稳。称量、溶解、加料、反应、监测、淬灭、萃取、分析……
两个小时后,第二批gc-s结果出来,几乎一模一样的主峰,几乎一模一样的质谱图。
“重复性良好。”马荣真看着两份重叠的色谱图,终于点了点头。
他站起身,在实验室里踱了几步,然后突然开口:“卢俊嘉。”
“马老师?”
“把你手头其他实验先放一放。陈航,你这一个月不用回学校上课了,我跟邱老师说,给你请科研实践假。”马荣真语速很快,“我们接下来做几件事。”
他走到白板前,拿起马克笔:“第一,底物扩展。除了2-氨基吡啶,试其他芳胺:苯胺、对甲苯胺、对甲氧基苯胺、对硝基苯胺、邻位取代的、杂环的……看看这个反应到底有多普适。”
“第二,亲核试剂扩展。除了氯,试溴、碘、氟,试硫醇、醇、胺……看看能不能形成c-s、c-o、c-n键。”
“第三,条件优化。温度、时间、试剂当量、溶剂……找出最佳条件。”
“第四,机理验证。做同位素标记实验,做中间体捕获实验,做动力学研究……”
他一口气列了十几条,白板上写得密密麻麻。
实验室里鸦雀无声。所有人都明白,马荣真这是要全力推进这个课题了!
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