3α苯乙胺的制备与拆分.docx
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3α苯乙胺的制备与拆分
有机化学综合试验B
3α-苯乙胺的制备与拆分
实验简介
（±）-α-苯乙胺的制备应用到了鲁卡特反应
醛或酮在高温下与HCOONH4反应得到伯胺得反应称为鲁卡特反应
醛或酮与氨反应形成α-氨基醇,α-氨基醇继而脱水成亚胺,亚胺经催化加氢转变为胺,这是由羰基化合物合成胺的一种重要方法。
在鲁卡特反应中,甲酸或甲酸根离子（HCOO-）起还原作用,氢原子以强还原性氢负离子（H-）的形式转移至亚胺。
.在鲁卡特反应中,以醛酮作原料分别与氨,伯胺或仲胺反应可以得到相应的伯,仲,叔胺.鲁卡特反应通用性较强,可以用来处理多数脂肪酮,脂环酮,脂肪-芳香酮,杂环酮等,尤其是芳香酮及高沸点芳香酮更为适用
（±）-α-苯乙胺的制备
α-苯乙胺的用途
α-苯乙胺有芳香味液体。
能从空气中吸收二氧化碳，呈强碱性，与乙醇、乙醚互溶，溶于水。
α-苯乙胺是制备精细化工产品的一种重要中间体,它的衍生物广泛用于医药化工领域,主要用于合成医药、染料、香料及乳化剂等。
一、实验目的
学习由鲁卡特反应制取胺的原理及实验方法,掌握蒸馏和水蒸气蒸馏的操作技术
二、实验原理
1、试剂：
甲酸铵25.4g;苯乙酮15ml；苯95ml；浓盐酸；氢氧化钠;氯仿；甲苯；
2、原理：
氨首先与羰基发生亲核加成，接着脱水生成亚胺，亚胺随后被还原成胺。
与还原胺化不同，这里不是用催化氢化，而是用甲酸作为还原剂。
反应式：
OCH3
║│
C6H5CH3+2HCO2NH4→C6H5CH—N6H5CHO+NH3↑+CO2+2H2O↑
CH3CH3
││+
C6H5CH—NHCHO+HCl+H2O→C6H5CHNH3Cl—+HCO2H
CH3CH3
│+│
C6H5CHNH3Cl+NaOH→C6H5CHNH2+NaCl+H2O
（±）—苯乙胺
三、试验装置图与流程图
四、实验步骤
时间
实验步骤
实验现象
备注
8:
15
在100mL蒸馏瓶中加入15mL苯乙酮，25.4g甲酸铵和几粒沸石，按照实验要求装配成蒸馏装置
温度计的水银球插入到液面以下
8:
22
在石棉网上小火缓缓加热，反应物慢慢熔化，当温度升至150---155℃时，液体成两相，继续加热反应物变成一相
反应物剧烈沸腾有苯和苯乙酮蒸出同时不断产生泡沫放出氨气
反应过程中可能会在冷凝管上生成一些固体碳酸铵，需暂时关闭冷凝水使固体溶解
8:
548
继续缓慢加热到温度升高至185℃停止加热
液体处于不断沸腾状态并且有泡沫产生
加热过程中要用小火加热避免过热
10:
10
将蒸馏物转入分液漏斗重新到会反应瓶，再继续加热1.5h
控制反应温度不超过185度
11:
51
将反应物冷却至室温，转入分液漏斗中，用15mL水洗涤，以除去甲酸铵和甲酰胺，分出N—甲酰—α-苯乙胺粗品，将其倒回原反应瓶。
水层每次用6mL氯仿萃取两次，合并萃取液也倒回反应瓶，弃去水层
12：
19
向反应瓶中加入12mL浓盐酸和几粒沸石，蒸出所有氯仿，再继续保持微沸回流30—45min，使N—甲酰—α-苯乙胺水解
13:
30
将反应物冷却至室温，然后每次用6mL氯仿萃取3次，合并萃取液倒入指定容器回收氯仿，水层转入100mL三颈烧瓶
冷却时如有结晶析出，加入最少量的水使之溶解
13:
45
将三颈烧瓶置于冰水浴中冷却，慢慢加入10g氢氧化钠溶于20mL水的溶液并加以摇振，然后进行水蒸气蒸馏。
约收集镏出液65—80mL。
用ph试纸检验镏出液，开始为碱性，至镏出液ph=7为止
14:
30
改用空气冷凝管蒸馏收集180-190℃馏分，产量5-6g。
塞好瓶口准备进行拆分实验·
纯粹a-苯乙胺的沸点为187.4℃
15:
10
实验完成！
收集馏出液：
2.1mL.
（±）-α-苯乙胺易吸收空气中的二氧化碳,应密闭避光保存.
五、数据分析与处理
实验产物的产量为2.1mL
查得α-苯乙胺苯的密度为0.94g/mL,
则n（α-苯乙胺苯）=（2.1X0.94）/120=0.01645moL。
产率=实际产量/理论产量X100％=0.01645/0.1X100％=16.45％
六、实验结果讨论：
（1）本实验要严格的控制反应温度，如果温度过高，可能导致部分碳酸铵凝结在冷凝管中，因此温度不宜超过185度。
（2）苯乙酮与甲酸铵反应后要用水洗涤以除去反应体系中过量的甲酸铵。
（3）反应过程中要用溶剂对水解溶液进行萃取是因为水解溶液中含有部分α-苯乙胺。
（4）用苯乙酮与甲酸铵在常压下回流数小时合成,时间较长,能量消耗大。
七、α-苯乙胺的其他合成方法
其他制备方法
1、Weiberth等用苯甲腈与格式试剂合成产率为32％的PEA：
2、由苯甲醛合成
Frankin,A等用苯甲醛与磺酰胺反应生成PEA，产率为80％；
3、由苯甲胺合成
Katrizky等用烷基锂与苯甲胺合成PEA，产率为67％、
4.α-苯乙胺的微波合成研究方法
在100mL三口烧瓶中,加入适量的苯乙酮、甲酸铵固体和沸石,放入微波炉中,使用简单蒸馏装置,水冷凝,将微波引导目标温度设置为150℃,启动微波炉。
当温度达到目标温度后,每隔5min将引导温度调高5℃,直至温度达到设定反应温度。
待水分完全蒸出,反应液呈一相后,将馏出液静置分层,有机层倒回反应器。
维持该状态至设定的反应时间结束,停止微波辐射,取出反应液,冷却至室温。
将反应液静置分层,取有机层,水层用6mL/次的苯萃取两次,合并有机层及萃取液。
在有机层中加入浓盐酸12mL,微波辐射,维持温度90℃,常压蒸馏苯,将苯蒸出后,改为回流水冷凝装置,继续微波辐射升温使之回流,使酸解充分,约需30min。
取出反应液冷却至室温,静置分液取水层,并将水层用6mL/次苯洗涤三次,加入50%NaOH水溶液21mL。
将上述反应液置于250mL三口烧瓶中,水浴蒸馏,至馏出液呈弱碱性。
将馏出液静置分层,取有机层、水层用12mL/次的苯萃取三次,水层弃去,合并有机层及萃取液,使用固体NaOH干燥。
有机层用水浴加热蒸出苯。
再使用减压蒸馏的方法收集2400Pa压强下82～83℃的馏分[6],即得产品。
称重,计算产率。
微波对该反应有较明显的促进作用,在同样实验条件下,微波反应较常规方法产率提高了12%。
微波反应合成α2苯乙胺最优化条件为:
甲酸铵与苯乙酮的摩尔比为2.6∶1,微波辐射合成温度165℃,合成反应时间2h,此条件下反应产率可达46.93%。
（±）-α-苯乙胺的拆分
实验简介：
外消旋体是由等量对映异构体混合而成.对映异构体除旋光性有差别外,其他物理性质都相同.因此,不能用一般的分离方法来分离外消旋体.
利用分步结晶法，可以将外消旋体的一对对映体拆分成左旋体和右旋体。
这种方法是利用外消旋体的两个对映体在某种溶剂中的溶解度不同，在加热时，两个对映体都溶解在同一溶剂中，冷却后，其中一个对映体在溶剂中长出结晶，而另一个则留在母液中，经过反复几次结晶，可得到纯净的光学异构体，如酒石酸的拆分。
但上述方法不适应大多数外消旋化合物的拆分，因为外消旋的两个对映体通常具有相同的晶胞，所以难于拆分。
一．实验目的
学习碱性外消旋体的拆分原理和实验方法.
二．实验原理
1、试剂：
（+）-酒石酸6.3g（0.041mol）；（±）-α-苯乙胺5g（0.041mol）；甲醇；乙醚；50%氢氧化钠水溶液；
2、原理：
本实验采用L-（+）-酒石酸与（±）-α-苯乙胺反应，产生两个非对映异构体的盐的混合物，这两个盐在甲醇中的溶解度有显著差异，可以用分步结晶法将它们分离开来，然后再分别用碱对这两个已分离的盐进行处理，就能使（+）、（-）-α-苯乙胺分别游离出来，从而获得纯的（+）-α-苯乙胺及（-）-α-苯乙胺。
反应如下：
四、实验装置图与流程图
三．实验流程与步骤
时间
实验步骤
实验现象
备注
15:
15
在250mL锥形瓶中加入6.3g（+）～酒石酸和90mL甲醇，在水浴上加热至接近沸腾（60℃），搅拌使酒石酸溶解。
必须得到棱状晶体
15:
19
然后在搅拌下慢慢加入5gα-苯乙胺。
须小心操作，以免混合物沸腾或起泡溢出。
15:
30
冷至室温后，将烧瓶塞住，放置24以上，应析出白色棱状晶体
（-）-α-苯乙胺-（+）-酒石酸盐为白色棱柱状晶体.mp179～182℃（分解）,[α]=13.（H2O,8%）.
第三天8:
35
抽气过滤，并用少量冷甲醇洗涤，干燥后得（-）-胺·（+）-酒石酸盐约4g。
以下步骤为减少操作的困难，可由两个学生将各自的产品台并起来，约为6.8g盐的晶体。
8：
50
将8g（-）-胺·（+）-酒石酸盐置于250mL锥形瓶中，加入30mL水，搅拌使部分结晶溶解，接着加入5mL50%氢氧化钠，搅拌混合物至固体完全溶解。
9:
00
将溶液转入分液漏斗，每次用15mL乙醚萃取两次。
合并醚萃取澈，用无水硫酸钠干燥。
水层倒入指定容器中回收（+）-酒石酸。
10:
16
将干燥后的乙醚溶液用滴液漏斗分批转入25mL网底烧瓶，在水浴上除去乙醚，然后蒸馏收集180-190℃馏分于一已称重的锥形瓶中，产量约2—2.5g，用塞于塞住锥形瓶准备测定
由于产物量小不宜作减压蒸馏.若将几个同学拆分的产物并在一起,可在油泵下减压蒸馏精制,收集8l～81.5℃/2.4kPa（18mmHg）馏分.
10:
20
实验完成并测定比旋光度
四．数据分析与处理
实验测得：
旋光度α=-0.25
V=0.9mL.
m=
=0.9395x0.9g=0.8455g
比旋光度[α]=
==-14.488
.
e.e℅＝[a]÷39.5×100℅＝36.68℅
五．实验结果讨论
1、本实验采用的酒石酸法拆分出的产物纯度比较高但存在一些缺点：
①反应时间长；
②酒石酸对R，S-n一苯乙胺的拆分过程复杂，以得到R一（+）一d一苯乙胺为例，需要经过溶解、萃取、减压蒸馏、重结晶两次、再溶解、再萃取、再减压蒸馏才能R一（+）一n一苯乙胺；
③酒石酸作拆分剂时，R，S—a一苯乙胺的单一对映体的收率很低，仅为44％，而且酒石酸回收不方便，这样会使成本提高很多。
六、外消旋体的其他拆分方法
⑴化学拆分法
外消旋体中的两种对映体具有完全相同的能焓，只有当它们与手性试剂作用时才会表现出不同的化学性质。
而化学拆分法就是通过化学反应的方法，用手性试剂将外消旋体中的两种对映体转化为非对映异构体，然后利用非对映异构体之间的物理性质和化学性质都不同的原理进行分离，再将衍生物还原为纯对映体。
拆分实验的成功关键是选择合适的拆分剂和溶剂。
1用手性酰化试剂选择性与苯乙胺形成酰胺的动力学拆分
②Gharpure等用下列二元羧酸拆分苯乙胺
②．微生物或酶作用下的拆分
酶的活性中心是一个不对称环境，有利于识别消旋体，在一定条件下，
酶只能催化消旋体中的一个对映体发生反应而转化为另一种化合物，从而使两个对映体得以拆分，反应产物的对映体过剩率可达百分之百。
③．膜拆分法。
又可分为液体膜拆分法和手性固体膜拆分法。
前者基于选择性萃取，后者基于对映体问亲和性的差异。
从大量制备的角度看，膜法具有优势，但目前选择性和效率还比较差。
④色谱拆分法
色谱法是指利用手性对映体与固定相之间不同的相互作用力，在流动相洗脱时具有不同的保留时间这一原理达到分离手性对映体的目的。
利用色谱法分离物质的装置有许多种，例如薄层层析、气相色谱、效液相色谱、制备色谱、模拟移动床、毛细管电泳等，它们的基本原理完全一样，只是实现的方法、分离能力、分离精度和使用范围等方面有所不同。
七、①通过旋光仪测定手性化合物的比旋光度来确定样品的光学纯度的优点：
简便易行，仪器价格便宜，大多数有机实验室都能做到，在许多场合仍然是被广泛使用。
局限：
①必须知道纯对映体之一的[n]‘，但是大多数未知化合物通过拆分
难以获得纯对映体；
②被测化合物必须具有中等以上旋光能力，否则误差较大，而许多
手性化合物对钠D线的旋光度绝对值很小，或趋于零；
③比旋光度的测定受多种因素的影响，如：
温度、样品浓度、少量
高旋光性杂质、溶剂效应等，有时会有严重误差；
④样品用量大；
②光学纯度其他检测技术
①核磁共振分析法
核磁共振（NMR）法是测定微量手性化合物e．e．的方法之一，它分为以下几种：
（1）手性衍生剂法
（2）手性镧化物位移试剂法；（3）手性溶解剂法
②色谱作为分析手段，使用手性固定相色谱柱的气相色谱（G和高效液相色谱（HPLC）应用最广。
气相色谱法仅适用于分子量低且对热稳定性好的化合物的分析；液相色谱法的适用范围更广。
气相色谱和液相色谱都具有快速、灵敏、简易等特点。
八、问题讨论:
1、采用鲁卡特反应合成（±）-α-苯乙胺为什么只能获得其外消旋体?
欲获得（＋）或（－）-α-苯乙胺，如何进行拆分？
答：
在鲁卡特反应中，甲酰胺先与羰基形成亚胺，然后起还原作用的甲酸根离子上的氢转移至亚胺，由于氢负离子可以从亚胺分子的任一侧导入，故还原的产物是外消旋体。
欲获得（＋）或（－）-α-苯乙胺，可以用手性的酸，如酒石酸，与其成盐，从而使（±）-α-苯乙胺外消旋体由对映体转变为非对映体，根据两个非对映体溶解度的不同，将二者通过结晶的方式分开，然后通过酸碱中和反应将其转变成相应的（＋）或（－）-α-苯乙胺，从而达到拆分的目的。
2、本实验为什么要严格地控制反应温度？
答：
在反应过程中，若温度过高，可能导致部分碳酸铵凝结在冷凝管中，因此，温度不宜超过185℃。
3、苯乙酮与甲酸铵反应后，用水洗涤的目的是什么？
答：
苯乙酮与甲酸铵反应后，用水洗涤的目的是去除反应体系中过量的甲酰胺。
4、为什么要用溶剂对水解溶液进行萃取？
答：
因为水解溶液中含有部分α-苯乙胺，因此要将其从水相中萃取出来。
5、从实验中所获得的（－）-α-苯乙胺在乙酸乙酯溶液中的比旋光度为—20°，求其对映异构体的百分含量。
光学纯度P=（[α]D样品/[α]D标准）×100%=（—20°/—30°）×100%=67%
（－）-α-苯乙胺的百分含量=[X+（100-X）/2]×100%=[67+（100-67）/2]×100%=84%
（＋）-α-苯乙胺的百分含量=[（100-X）/2]×100%=[（100-67）/2]×100%=16%
e.e.%=[S-R]/[S+R]×100=[84%-16%]/[84%+16%]×100=68
6、本实验尚未对母液中所包含的（＋）-α-苯乙胺-（＋）-酒石酸盐进行处理，试拟实验方案，从母液中提取出（＋）-α-苯乙胺。
答；将母液浓缩，除去部分甲醇溶剂，冷至室温，静置过夜，有针状的（＋）-α-苯乙胺-（＋）-酒石酸盐晶体析出，过滤，将所得晶体溶于水中，用NaOH水溶液中和至强碱性，用乙醚萃取三次，合并萃取液，并用无水硫酸钠干燥，过滤，水浴蒸除乙醚，即得（＋）-α-苯乙胺。
7、简述外消旋体的化学拆分原理及相应的拆分试剂。
答：
外消旋体的化学拆分原理是首先将对映体转变成非对映体，然后利用非对映体之间其他物理性质的差异，使用一般方法将其分离，再将所得非对映体转变为原来的旋光化合物，从而达到拆分的目的。
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高等学校化学学报新拆分试剂R（-）四氢噻唑-2-硫酮-4羧酸对R，S-α-苯乙胺拆分的研究【J】1989，5
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化学世界α-苯乙胺的的拆分【J】1989
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