环糊精(Cyclodextrin, CD)是一类略呈锥形的圆环状低聚糖高分子化合物，常被用作酶模型以及自组装与分子识别的主体，认识其结构和组成对于拓宽大学生对手性分离[1]、分子识别[2]等方向的认识有着深远意义。天然环糊精中研究较多的是α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精，其在分离[3]、催化[4]、药物[5]、食品[6]等领域发挥着重要的作用。其中，经修饰后的β-环糊精分子可作为一类功能单体来制备高分子聚合物[7]。β-环糊精衍生物与甲基丙烯酸类等功能单体最大的不同在于其可以实现水相合成，相较于大部分油溶性功能单体更加绿色环保，所以制备β-环糊精衍生物意义重大。并且β-环糊精上的6-羟基亲核性最强，易于制备6位单取代的衍生化β-环糊精[8]。综合考虑β-环糊精衍生物的广泛应用性，以及制备原料β-环糊精廉价易得，笔者认为其制备过程非常适合应用于大学课堂的实验教学之中。

早前，环糊精衍生物的制备就有纳入大学教材《综合化学实验》[9]中的尝试，同时也是《应用化学实验》[10]中超分子主体化合物的实验内容。《综合化学实验》中介绍了传统合成单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精的实验方法。实验过程中要用到干燥吡啶[11],其有毒、易燃、易爆，是实验室中操作应当特别注意的化学危险品，并且整套流程要求无水、无氧条件，对于本科生开展实验具有一定难度。为了便于本科生安全绿色开展此制备实验，根据相关文献使用NaOH水溶液代替吡啶[12],在水相条件下合成2种6位单取代β-环糊精衍生物单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精、单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精。并且为了培养学生交叉学科能力，本实验将分析化学与有机合成放在同等重要的层面，一方面有机合成与分离纯化步骤紧密结合，另一方面引入了红外光谱、核磁共振氢谱、熔点测定、高效液相色谱等产物表征手段，其中高效液相色谱蒸发光散射检测法鲜有被高校应用于本科生实验教学中，这也是一次创新。

笔者希望通过2种β-环糊精衍生物的制备综合实验，学生能学会自主查阅已有制备实验文献，自主设计实验合成方案，合理选择恰当的实验方法和仪器设备，正确地进行产品制备，再运用各种分析技术对产物进行表征和结构分析。这些实验操作旨在培养学生在分析化学和有机化学学科方面的综合能力，为将来从事科学研究或相关领域的工作奠定坚实基础。

1、实验设计

1.1 实验目的

(1)认识并了解α-、β-、γ-环糊精及其重要衍生物的分子结构和用途；

(2)巩固过滤、重结晶等实验基本操作；

(3)学习红外光谱、核磁共振氢谱、熔点测定、高效液相色谱定性和定量分析检测技术；

(4)培养分析化学及有机化学的交叉学科学习和实践能力。

1.2 实验原理

1.2.1 环糊精分子结构

环糊精是由D(+)-吡喃葡萄糖单元构成的一类环状化合物，它的分子式可以书写为(C6H10O5)n。α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精所含葡萄糖单元数的n值分别为6、7、8,相对分子质量依次增大；对应环糊精的圆台状立体结构，环糊精圆台上下面直径也依次增大。α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精的平面展示图及其对应的立体结构示意图如图1所示。

图1α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精分子结构[13]

图2 单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精合成反应式

1.2.2 单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精的合成

单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精以β-环糊精作为原料，对甲苯磺酰氯为衍生化试剂制备而成。单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精合成反应式如图2所示。为了更直观观察到官能团转变，将除羟基外的环糊精主体简化成圆台状结构(图3同)。

1.2.3 单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精的合成

单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精是在1.2.2所得产物单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精基础上与乙二胺反应所得。单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精合成反应式如图3所示。

图3 单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精合成反应式

1.3 实验仪器与试剂

1.3.1 实验试剂

β-环糊精(含量大于98%)购置于山东滨州智源生物科技有限公司；对甲苯磺酰氯(含量为99%)和乙二胺(含量为99%)均购置于成都西亚试剂有限公司；其他试剂如NaOH、乙腈、盐酸均为分析纯。

1.3.2 实验仪器

250 mL、500 mL圆底烧瓶各1只；玻璃棒1根；FA2004型电子天平(上海浦春计量仪器有限公司);LABGIC超声波清洗机(北京兰杰柯科技有限公司);RE52CS旋转蒸发器和B-220恒温水浴锅(上海亚荣生化仪器厂);SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵(河南巩义市予华仪器有限公司);101-3ASB电热鼓风干燥箱(北京科伟永兴仪器有限公司);TENSOR-27红外光谱仪(德国Bruker光学公司);AV-600 MHz核磁共振波谱仪(德国Bruker光学公司);XT-4熔点仪(北京泰克仪器有限公司);Agilent 1100高效液相色谱仪(美国Agilent公司),色谱柱为规格为4 μm, 4.6 mm×250 mm的Carbohydrate High Performance, 检测器为Varian 3800-LC蒸发光散射检测器。

1.4 实验步骤

1.4.1 单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精的合成

取17.22 gβ-环糊精于250 mL圆底烧瓶中，加入200 mL浓度为0.25 mol/L的NaOH溶液，用超声处理使其完全溶解；接着滴加5.5 mL含对甲苯磺酰氯1.45 g的乙腈溶液，滴加时间为5 min, 反应温度控制在10 ℃;反应2 h后过滤，并用盐酸调节溶液至pH为2;置于冰箱在4 ℃条件下保存过夜，待析出大量白色沉淀后再进行过滤、重结晶操作，得白色固体；再将白色固体在40 ℃下真空干燥5 h, 最终得到约20.13 g单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精，产率约为15.0%。

1.4.2 单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精的合成

取3.00 g单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精于500 mL圆底烧瓶中，加入45 mL乙二胺，用超声加热处理使其完全溶解后升温至80 ℃;保持80 ℃的温度反应4 h, 减压蒸除溶剂；接着加入30 mL热水，超声搅拌混匀的同时缓慢加入300 mL丙酮，逐渐有白色沉淀析出；对白色沉淀进行过滤收集，重复提纯3次；将白色沉淀在40 ℃下真空干燥7 h, 最终得到约2.74 g单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精，产率约为80.2%。

1.5 结构分析与表征

1.5.1 IR分析

1.5.1.1 原料β-环糊精IR分析

原料β-环糊精环由C—O—C构成，在1 157、1 028 cm-1附近会出现C—O—C的反对称伸缩振动强吸收，947 cm-1左右也会出现由C—O—C对称伸缩振动造成的弱峰；β-环糊精环由许多亚甲基接连而成，2 924 cm-1附近中等强度的峰就来自C—H的伸缩振动，并且1 369、1 337、1 252 cm-1左右出现的峰均来自C—H的弯曲振动，860 cm-1附近也会出现环上C-1的C—H键的弯曲振动吸收；β-环糊精环上还接有大量羟基，3 406 cm-1左右会出现1个羟基伸缩振动峰，峰特征极其明显，宽且强，1 643 cm-1附近还会出现羟基缔合的O—H弯曲振动峰，1 418、1 302、1 202 cm-1左右的峰也来自羟基的O—H弯曲振动；与羟基相连的碳为仲碳，仲醇在1 080 cm-1附近会出现C—O伸缩振动强峰。此外，756、708 cm-1左右出现的弱峰是由环糊精环上呼吸振动造成的；609、579 cm-1附近出现的弱峰是由环糊精环骨架振动造成的。图4(a)为原料β-环糊精的红外谱图。

1.5.1.2 产物单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精IR分析

产物单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精环由C—O—C构成，C—O—C的反对称伸缩振动强吸收大都会出现在1 275～1 060 cm-1区，大致在1 157、1 030 cm-1左右，947 cm-1附近也会出现由C—O—C对称伸缩振动造成的弱峰；环还由许多亚甲基构成，故在2 924 cm-1左右会出现来自C—H伸缩振动的中等强度的峰，并且在1 475～700 cm-1区，大致在1 454、1 366、1 339 cm-1附近会出现C—H的弯曲振动弱峰，839 cm-1左右也会出现来自环上C-1的C—H键的弯曲振动弱峰；环上还接有大量羟基，在3 400～3 200 cm-1区具体到3 406 cm-1附近会出现1个宽而强的羟基伸缩振动峰，在1 425、1 300 cm-1左右也会出现O—H的弯曲振动弱峰；与羟基相连的碳为仲碳，仲醇在1 080 cm-1附近会出现C—O伸缩振动强峰。此外，758、706 cm-1左右出现的弱峰是由环糊精环上呼吸振动造成的；608、579 cm-1附近出现的弱峰是由环糊精环骨架振动造成的。关于单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精结构更详细的表征，其含有苯环，在1 650～1 450 cm-1区具体在1 638、1 601 cm-1左右会出现由苯环骨架振动造成的中等强度的峰，在910～650 cm-1区具体到669 cm-1附近会出现苯环C—H面外弯曲强峰；其还含有磺酰基，在1 241 cm-1左右会出现

的中等强度的伸缩振动峰，在1 192、1 178 cm-1附近会出现

的伸缩振动弱峰。图4(b)为产物单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精的红外谱图。

1.5.1.3 产物单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精IR分析

产物单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精由C—O—C构成，C—O—C的反对称伸缩振动强吸收大都是在1 275～1 060 cm-1区，因此1 155、1 032 cm-1附近2处出现的强峰为C—O—C的伸缩振动峰，947 cm-1左右的弱峰大致来自环上C—O—C的对称伸缩振动；环还含有亚甲基，亚甲基一般会在2 925 cm-1附近出现1个峰，因此2 926 cm-1左右中等强度的峰来自C—H的伸缩振动，而C—H弯曲振动一般出现在1 475～700 cm-1区，故1 366、1 335、860 cm-1附近3处出现的弱峰为C—H弯曲振动峰，860 cm-1左右还会出现由环上C-1的C—H键弯曲振动造成的弱峰；环也含有大量羟基，在3 400～3 200 cm-1区通常会出现1个宽而强的吸收峰，图中3 406 cm-1处的峰就与羟基O—H伸缩振动有关，此外还与氨基N—H伸缩振动有关；羟基的面内弯曲振动常处于1 500～1 250 cm-1范围内，因此1 421、 1 302、1 204 cm-1附近3处出峰与O—H弯曲振动有关；仲醇C—O伸缩频率在1 100 cm-1左右，因此1 080 cm-1附近出现的强峰来自C—O的伸缩振动。此外，708 cm-1左右出现弱峰是受到环糊精环呼吸振动的影响；609、581 cm-1附近2处出现弱峰是受到环糊精环上骨架振动的影响。再具体到单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精的独特分子结构，脂肪胺C—N的伸缩振动通常在1 410 cm-1、1 220～1 020 cm-1处，故1 234 cm-1左右中等强度的峰来自C—N的伸缩振动；伯胺的N—H弯曲振动多出现在1 650～1 590 cm-1区，仲胺的N—H弯曲振动多在1 650～1 550 cm-1区，故1 703 cm-1附近的强峰，1 686、1 638 cm-1左右2处中等强度的峰分别来自氨基N—H的弯曲振动。图4(c)为产物单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精的红外谱图。

1.5.1.4 原料β-环糊精与2种6位单取代环糊精产物的IR综合对比分析

原料β-环糊精与2种6位单取代环糊精产物具有β-环糊精环的结构共性。原料β-环糊精中的一个羟基被对甲苯磺酰基取代就得到了产物单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精，单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精的对甲苯磺酰基进一步被乙二胺取代就得到了单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精，故2种产物都在原有β-环糊精出峰位置的基础上新增加了一些特征峰值，具体出现在1 500～1 200 cm-1区域内。产物单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精引入了新的官能团对甲苯磺酰基，对甲苯磺酰基含有苯环，苯环骨架振动峰一般在1 650～1 450 cm-1区出现，具体在1 465 cm-1左右会新增出峰，苯环C—H面外弯曲强峰一般在910～650 cm-1区出现，具体在813、667 cm-1处附近会新增出峰；其还含有磺酰基，会在1 365 cm-1附近出现较为明显的中等强度的峰，并且在1 178 cm-1左右还会出现

的伸缩振动弱峰。进一步地，乙二胺基取代对甲苯磺酰基，得到单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精，苯环消失，所对应的1 465、813、667 cm-1附近的苯环特征峰明显减弱；同时受到环糊精主体的影响，在1 703 cm-1左右会出现胺的N—H面内弯曲振动，在1 386 cm-1附近会出现C—N的伸缩振动峰。

图4(a)β-环糊精、(b)单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精及(c)单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精的IR谱图

1.5.2 1H NMR分析

1.5.2.1 原料β-环糊精1H NMR分析

原料β-环糊精为生物技术级，故核磁共振氢谱图中会含有少量杂质峰出现，但并不影响对原料β-环糊精进行判断和分析。核磁共振表征解谱如下：1H NMR(600MHz, DMSO)∶δ=4.99～4.73, 4.06～3.91, 3.60, 2.90～2.63, 2.50～2.33。β-环糊精采用溶剂二甲基亚砜溶解，2.50 ppm处为二甲基亚砜的溶剂峰。羟基氢的化学位移通常是在0.50～5.50 ppm, 故4.99～4.73、4.06～3.91、3.60、2.90～2.63 ppm 4处之间存在的多个峰位与环糊精环上羟基氢有一定联系。图5(a)是β-环糊精的核磁共振氢谱图。

1.5.2.2 产物单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精1H NMR分析

核磁共振表征解谱如下：1H NMR(600MHz, CD3OD)∶δ=7.78, 7.46, 4.48, 4.25, 3.95～3.24, 2.54, 2.16, 1.30。产物单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精是在原料β-环糊精基础上发生取代反应，2者都保留了β-环糊精环，羟基氢和环糊精环上的烷氢出峰区间相同；羟基氢的化学位移通常是在0.50～5.50 ppm, 故3.95～3.24 ppm的范围之间存在的多个重叠峰位是受到环糊精环上羟基氢的影响；0.20～1.50 ppm一般是环烷烃上氢的化学位移，所以1.30 ppm处的信号峰与环糊精环上的烷氢有关。此外，单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精相较于β-环糊精新引入了对甲苯磺酰基，芳氢的化学位移一般是在6.00～8.50 ppm, 因此7.78、7.46 ppm处信号来自苯环上的氢；而4.48、4.25 ppm处信号与磺酰基相连的亚甲基上的氢有关；2.54、2.16 ppm处信号来自苄氢。图5(b)是单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精的核磁共振氢谱图。

1.5.2.3 产物单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精1H NMR分析

核磁共振表征解谱如下：1H NMR(600MHz, D2O)∶δ=4.91, 3.80～3.60, 3.50～3.41, 3.33～3.30, 2.75～2.52。产物单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精在产物单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精的基础上进行取代，2者均保留β-环糊精环，羟基氢和环糊精环上的烷氢出峰区间相同。但单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精相比单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精失去了对甲苯磺酰基，7.78、7.46 ppm处来自苯环上的氢的信号，4.48、4.25 ppm处与磺酰基相连的亚甲基上的氢的信号以及2.54、2.16 ppm处来自苄氢的信号均消失。同时单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精新引入了乙二胺基，具体到4.91、3.80～3.60、3.50～3.41、3.33～3.30和2.75～2.52 ppm 5个范围之间存在的多个重叠峰位与氨基氢、环糊精环上羟基氢以及氨基相连的碳的氢有关。图5(c)是单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精的核磁共振氢谱图。

图5β-环糊精及2种单取代β-环糊精衍生物的核磁共振氢谱：

(a)β-环糊精核磁共振氢谱；(b)单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精核磁共振氢谱；(c)单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精核磁共振氢谱。红色实线表示信号峰增加，绿色虚线表示信号峰消失

(a)1H NMR spectrum of β-cyclodextrin;(b)1H NMR spectrum of mono-(6-O-p-toluenesulfonyl)-β-cyclodextrin;(c)1H NMR spectrum of mono-(6-ethylenediamine-6-deoxygen)-β-cyclodextrin.The solid red lines indicate increase of signal peaks,while the dashed green lines indicate disappearance of signal peaks

1.5.3 产物熔点测定

1.5.3.1 单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精熔点

单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精为白色固体粉末或晶体。其经真空干燥后收集起来进行显微镜熔点测定。显微镜熔点测定操作步骤：先将产品研细，取适量粉末均匀且薄铺在一片洁净的载玻片上，盖上另一片载玻片，轻轻压实；然后将样品移至熔点测定仪的加热台中心，调节显微镜的物镜、目镜和调焦手轮，直至清晰看到待测样品为止；接着打开控温仪的电源开关，调节升温电压；实时通过目镜观测待测样品熔融过程，记录下待测样品熔化前后的温度。所测产品的熔程在177～179 ℃之间，与文献结果一致[14]。

1.5.3.2 单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精熔点

单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精同样也为白色固体粉末或晶体。对其进行真空干燥处理后进行显微镜熔点测定。显微镜熔点测定步骤同1.5.3.1步骤所示。所测产品的熔程为192～195 ℃,与文献结果一致[14]。

1.5.4 产物HPLC分析

为让学生掌握多种仪器表征方法，针对产物单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精及单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精的表征，本实验特意引入了高效液相色谱蒸发光散射检测。由于β-环糊精母体化合物及其衍生物的紫外吸收信号极弱，常规液相色谱紫外检测无法检测环糊精，而高效液相色谱蒸发光散射检测可以解决这一难题。这种方法在实验教学过程中很少涉及，此检测手段为学生提供了一类特殊物质的信号检测思路，有利于拓宽学生的思维。此外，在高效液相色谱法实现目标物的高效分离过程中，可以通过使用不同种类的固定相、调整液相流速等参数来实现选择性分离。并且高效液相色谱可以实现高通量分析和操作自动化，对于有大量样品分析需求的实验室和工厂来说具有非常高的价值。所以，学习并掌握高效液相色谱的相关操作将十分有利于学生今后从事环境分析、食品安全检测和药物研发等相关工作。

本方法中，采用蒸发光散射检测器作为高效液相色谱的检测器，它不仅灵敏度高，还不会受流动相的限制，任何挥发性低于流动相的样品均能被检测。本实验合成的2种6位单取代环糊精都属于高沸点物质，挥发性很弱，常见的流动相如甲醇-水溶液、乙腈-水溶液的挥发性都远强于2者。所以在综合考虑待测物性质、仪器灵敏度等因素后，本实验最终选择通过高效液相色谱-蒸发光散射检测分析来实现对单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精、单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精的检测。但高效液相色谱-蒸发光散射检测仪器设备高昂且技术要求高，操作复杂，将其用于综合实验教学可作为一种备选手段，不同学校可适当做出调整。

1.5.4.1 单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精HPLC分析

单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精HPLC条件：色谱柱为waters公司Carbohydrate High Performance, 4 μm, 4.6 mm×250 mm; HPLC为Agilent公司1100型号；检测器为Varian 3800-LC;流动相为乙腈∶水(V∶V)=65∶35;流速为1 mL/min; 柱温为30 ℃;蒸发管温度为80 ℃;雾化管温度为60 ℃;载气流速为1.7 L/min。单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精的出峰(3号峰)时间为20.827 min, 含量90.01%;杂质1号峰的出峰时间为10.657 min, 含量为3.82%;杂质2号峰的出峰时间为15.064 min, 含量为6.17%。其蒸发光散射-液相色谱图如图6(a)所示。

1.5.4.2 单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精的HPLC分析

图6 2种单取代β-环糊精衍生物的蒸发光散射-液相色谱图：

单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精HPLC条件：色谱柱为waters公司Carbohydrate High Performance, 4 μm, 4.6 mm×250 mm; HPLC为Agilent公司1100型号；检测器为Varian 3800-LC;流动相为乙腈∶水(V∶V)=75∶25;流速为1 mL/min; 柱温为30 ℃;蒸发管温度为80 ℃;雾化管温度为60 ℃;载气流速为1.7 L/min。单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精极易溶解在水中，可以采用65 ℃的热水溶解，接着可使用大量的丙酮沉淀单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精，再蒸发除去过量的乙二胺。整个过程重复提纯3次，能除去大部分杂质。相较于单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精，单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精更容易提纯。最后得到单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精的出峰时间为10.311 min, 几乎没有检出杂质，也证明了产物纯度较高。其蒸发光散射-液相色谱图如图6(b)所示。

2、教学组织安排

关于超分子主体化合物的制备，在《综合化学实验》[9]和《应用化学实验》[10]中都有介绍，本实验在此基础上改进了实验条件，使实验变得更加绿色安全，并引入了新的表征手段，设计了2种6位单取代β-环糊精衍生物的综合制备实验，旨在锻炼学生综合运用有机化学和分析化学相关知识的能力。

本综合实验建议学时为12学时，其中有机合成4学时、分离纯化4学时、结构表征4学时，每组实验人数建议2人。在高校本科生教学中开设本实验，预计将服务于化学、应用化学、化工、材料等专业的本科生。每个学生都能够充分参与有机合成、分离纯化与结构表征的全过程，但教师需要根据学校设备情况灵活选择要开展的表征方式。

学生应当提前做好预习工作，除了仔细阅读学校所发的实验材料外，还要认真研究《综合化学实验》[9]专题二“主客体与超分子化合物”中修饰环糊精的合成部分，以及《应用化学实验》[10]中“超分子主体化合物——杯芳烃的合成、表征及应用”的研究性实验部分。此外，学生应学习利用网络资源，使用web of science等英文数据库阅读Yoshihisa Matsui等人在Bulletin of the Chemical Society of Japan发表的文章“The Binding and Catalytic Properties of a Positively Charged Cyclodextrin”[11],了解单-(6-O-对甲基苯磺酰)-β-环糊精传统的吡啶合成法；另外还需要阅读Russell C. Petter等人在J.Am.Chem.Soc.上发表的文章“Inclusion complexation by bis(cyclodextrins) in the presence of phospholipid vesicles”[12],从而了解以NaOH水溶液为反应溶剂，室温下反应制备单-(6-O-对甲基苯磺酰)-β-环糊精的更加绿色的实验过程。在了解了环糊精及其衍生物的相关知识后，学生应开始书写预习报告，预习报告需包括实验题目、实验目的、实验原理、实验仪器及试剂、实验步骤等部分。

上实验课时，老师应全面讲解实验内容，介绍实验步骤以及红外光谱仪、核磁共振氢谱仪、熔点测定仪、高效液相色谱仪的使用，让学生自主提问，解决他们预习过程中的不理解的部分。在进行谱图解析时，老师应按照标准谱图为学生详细介绍红外的峰值归属，核磁共振氢谱的化学位移、峰的裂分、峰的强度三要素，高效液相色谱如何通过出峰时间判断物质以及通过峰面积定量得到物质浓度。并且结合熔点测定，让学生从多个角度综合判断物质的结构式。同样，在讲解部分完成后，老师应询问学生是否还有疑惑，及时解决学生对实验操作还存在的问题，从而保证实验的顺利开展。学生自主操作时，老师应随时关注学生的实验过程，纠正其实验中的不规范操作。在产物表征环节，教师应当向学生教授仪器的使用方法并提供标准谱图，后续可以选择让学生将所得产物转交给教师进行图谱测试，也可以选择让学生自己动手操作仪器，但需要特别注意要有专业人员看守学生的仪器操作过程，以保证用机安全。

在实验全部完成后，学生应自主撰写实验报告，在预习报告的基础上加上产率计算、产物谱图、谱图分析、结果讨论、思考题部分，其中需要注意将得到的谱图与老师提供的标准谱图对比，分析物质结构并进行误差原因分析。例如，如果在红外的特征位置没有出峰，应考虑可能是样品中物质浓度较低、样品不均匀或不充分等原因。此外，所得实验结果还要与查找的文献进行方法和结果对照。总之，学生应深度挖掘实验的本质，总结实验过程中的得失，反思不足之处，并对实验过程提出改进建议。此外，学有余力的学生还可以深入研究合成反应中涉及的亲核反应机理，再次强化有机化学的相关基础知识。

3、结语

本综合实验建立在一些高校已有相关仪器设备、相关工作积累和文献数据库的基础上，并进行了条件优化和更多改进，例如：更改合成介质吡啶为NaOH水溶液，深刻贯彻了绿色化学的理念。为了培养学生的综合实验能力，本校依托有机合成实验，引入仪器分析表征，目的是为促进有机化学和分析化学学科间的融合，锻炼学生有机化学、分析化学方面的综合能力，帮助学生构建起小类化学学科间的体系联系。在实验前，学生需要提前思考实验过程，准备好实验仪器和试剂，并充分考虑实验过程中可能遇到的问题和对应的解决方案，这些都能提高学生的综合实验素质，培养其解决问题的能力和创新思维。同时，引入仪器分析表征，能够使学生进一步了解和掌握现代化学分析技术。通过运用各种仪器，学生可以获取有关物质结构和性质的信息，对合成得到的产物进行定性和定量分析，这有助于其深入理解有机合成反应机理，培养他们的观察能力和数据处理能力。学生通过综合实验强化化学的基本知识体系并做相应拓展，这也是学习化学理论和实验必不可少的环节。

参考文献:

[2]卓峻峭,傅永平,王昀之,等.化学教育(中英文),2022,43(21):34-42

[4]段新红.化学教育(中英文),2020,41(20):55-58

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[8]李紫沁,贺颖,姚辉,等.化工技术与开发,2021,50(3):33-39

[9]毛宗万,童叶翔.综合化学实验.北京:科学出版社,2008:56-60

[10]汤峨,曾坤伟,曹秋娥.应用化学实验.北京:科学出版社,2010:131-134

[14]冯锋,汤令,许志刚,等.化学试剂,2015,37(1):73-75

基金资助:昆明理工大学理学院(2023—2025)课程思政教学改革课题(No.11和No.27);

文章来源:刘智敏,叶柯希,杨怡,等.单取代β-环糊精衍生物的制备综合实验设计[J].化学教育(中英文),2024,45(20):51-59.