最新对溴苯胺的全合成.docx

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最新对溴苯胺的全合成

对溴苯胺的全合成

以苯胺为原料合成对溴苯胺

化学与环境学院

摘要：

对溴苯胺是非常重要的有机化工原料，本合成过程要经历还原、保护、溴代、去保护等多个步骤。

本实验以本实验以10mL苯胺为初始原料，用醋酸将苯胺乙酰化制成乙酰苯胺，再用溴单质亲电取代乙酰苯胺对位上的氢生成对溴乙酰苯胺，最后在酸性条件下把对溴乙酰苯胺转化为目标产物对溴苯胺，称量得到其质量为1.86g.

Abstract:

4-Bromoanlinesisveryimportantorganicchemicalrawmaterials,itssynthesisprocessgothroughreduction,protection,bromination,toprotectandanumberofsteps.Inthisexperiment,10mLasanilinetherawmaterial.Andthenaceticacidmadeanilineacetylationtoacetanilide.BrominereplacetheAcetanilidehydrogengeneratedonthebitbytheElectrophilicsubstitutionandgeneratepara-Bromoacetanilide.Atlast,underacidicconditionsBromoacetanilideisturnedintobromoaniline---thetargetproduct.Themassofthetargetproductis1.86g.

关键词：

苯胺对溴苯胺乙酰苯胺

Keywords：

aniline4-Bromoanlinesacetanilide

1.前言：

乙酰苯胺是白色有光泽片状结晶或白色结晶粉末，在水中再结晶析出呈正交晶片状。

无臭或略有苯胺及乙酸气味。

呈中性或极弱碱性。

在遇酸或碱性水溶液易分解成苯胺及乙酸。

在苯环上比较容易发生亲电取代反应，和硝酸、卤素等反应生成对应的取代乙酰苯胺。

目前，国内生产芳香族胺类多采用酸性条件下的铁粉还原法，碱性条件下的硫化碱还原法及中性条件下的Raney-Ni及贵金属还原法。

贵金属（如Pt、Pd、Ru等）型催化还原法所用的催化剂价格较贵，成本高，虽然回收后可适当降低成本，但工艺复杂，目前还不适合工业化生产。

中性条件下的Raney-Ni还原法虽然产品产率高，催化剂可循环利用，工艺过程简单，易操作，也基本无环境污染，适合工业化生产，但对实验室的设备要求高，不适合学生在实验室里进行。

本次实验所用的是酸性条件下的锡还原法，此法同碱性条件下硫化碱还原法一样对环境有较严重的污染，不适合可持续发展要求，但成本较低，设备要求也低，适合学生在实验室里进行。

本实验通过多步反应，先由苯胺制得中间体乙酰苯胺；中间体乙酰苯胺和乙酸发生亲电取代反应，得到对溴乙酰苯胺中间体，保护了氨基；对溴乙酰苯胺和溴在冰醋酸溶剂中发生亲电取代反应，得到对溴乙酰苯胺；对溴乙酰苯胺在酸性条件下去保护，最终得到乙酰苯胺。

本实验的实验过程较复杂，需要经过多步反应，耗费的时间也较长，产率较低。

本次实验的最终产率为19%。

实验原理如下所示：

为了得到对溴苯胺，在合成中采用了以下合成路线：

具体原理如下：

1.1.1中间体乙酰苯胺的制备

乙酰苯胺为无色晶体，具有退烧镇痛的作用，是较早使用的解热镇痛药，因此俗称“退热冰”。

乙酰苯胺也是磺胺类药物合成中重要的中间体。

胺的酰基化在有机合成中有着重要的作用。

作为一种保护措施，一级和二级芳胺在合成中通常被转化为它们的乙酰基衍生物，以降低胺对氧化降解的敏感性，使其不被反应试剂破坏；同时氨基酰化后降低了氨基在亲电取代反应（特别是卤化）中的反应能力，使其由很强的第Ⅰ类定位基变为中等强度的第Ⅱ类定位基，使反应由多元取代变为有用的一元取代，由于乙酰基的空间位阻很大，往往选择性地生成对位取代物。

伯胺、仲胺可用酰氯、酸酐或与冰醋酸加热来进行酰化，使用冰醋酸试剂易得，价格便宜，但需要较长的反应时间，适合规模较大的制备。

酸酐一般来说是比酰氯更好地酰化试剂。

如果在醋酸-醋酸钠的缓冲溶液中进行酰化，由于酸酐的水解比酰化速率慢得多，可以得到高纯度的产物。

乙酰苯胺可由苯胺与乙酰化试剂，如乙酰苯氯、乙酐、或者乙酸等直接作用来制备。

反应活性是乙酰氯>乙酸酐>乙酸。

由于乙酰氯和乙酸酐价格较贵，本实验选用纯的乙酸（俗称冰醋酸）作为乙酰化试剂。

反应式如下：

冰醋酸与苯胺的反应速率较慢，且反应式可逆的，为了提高乙酰苯胺的产率，一般采用冰醋酸过量的方法，同时利用分馏柱将反应中生成的水从平衡中移去。

由于苯胺易氧化，加入少量锌粉，防止苯胺在反应过程中氧化。

1.1.2中间体对溴乙酰苯胺的合成

苯环卤代反应：

卤素对苯环上的取代反应属亲电取代反应。

常用的催化剂有铁、铝、磷及其卤化物等。

由于苯环上有邻对位定位基酰胺基，同时酰基的空间位阻比较大，因此反应往往会选择性生成对位取代物，得到对溴乙酰苯胺。

反应如下：

1.1.3目标产物对溴苯胺的合成

对溴乙酰苯胺在酸性条件下去保护生成对溴苯胺，是常见的去保护方法。

2.实验部分

2.1、实验仪器及试剂

该实验所用基本装置主要有如下：

图1回流装置图2水蒸气蒸馏装置

图3萃取装置图4蒸馏装置

图5分馏装置图6布氏漏斗抽滤装置图

图7自动搅拌装置图8尾气吸收装置

图9加液回流装置

2.1.1中间体乙酰苯胺的制备

仪器：

圆底烧瓶、刺形分馏柱、直形冷凝管、接液管、量筒、烧杯、吸滤瓶、布氏漏斗、小水泵、保温漏斗、电热套

试剂：

苯胺（自制）、冰醋酸、锌粉

实验步骤：

在50ml圆底烧瓶中放置10ml新蒸馏过的苯胺（10.2g，0.11mol）、15ml冰醋酸（15.7g，0.26mol）及少许锌粉（约0.1g），装上一分馏柱，插上温度计，用小量筒收集蒸出的水和乙酸。

将圆底烧瓶在石棉网上用小火加热回流，保持温度计读数于105℃约1h，反应生成的水及少量醋酸被蒸出，当温度下降则表明反应已经完成。

在搅拌下趁热将反应物倒入盛有100ml冷水的烧杯中，冷却后抽滤，用冷水洗涤粗产品。

将粗产品移至500ml烧杯中，加入300ml水，置烧杯于石棉网上，加热使粗产品溶解，稍冷后，加入0.5g活性炭，并煮沸10min。

在保温漏斗中趁热过滤除去活性炭，滤液冷却，乙酰苯胺结晶析出，抽滤。

晾干后称量，计算产率。

该反应所用仪器流程图为：

2.1.2中间体对溴乙酰苯胺的合成

仪器：

电动搅拌器、水浴锅、100mL三口烧瓶、恒压滴液漏斗、温度计、烧杯、抽滤瓶、布氏漏斗

试剂：

乙酰苯胺（自制）、溴、冰醋酸、乙醇

实验步骤：

在250ml三口烧瓶上配置电动搅拌器、温度计和恒压滴液漏斗，并在恒压滴液漏斗上连接气体吸收装置，以吸收反应中产生的溴化氢。

在100ml锥形瓶中，将5.80g乙酰苯胺溶解于25.0ml乙醇中,将2.18g溴溶解于5ml冰醋酸中，一边搅拌一边慢慢地将溴-冰醋酸溶液滴加至乙酰苯胺的醇溶液中，滴加速度以棕红色的溴色较快褪去为宜。

滴加完毕，在45℃浴温下，继续搅拌反应1h，然后将浴温提高至60℃，再搅拌一段时间，直到反应混合物液面不再有红棕色蒸气溢出为止。

在搅拌下将反应物慢慢加至100ml冷水中，此时即有固体析出。

若有黄色，可加入饱和的亚硫酸氢钠水溶液洗涤，使溶液黄色恰好褪去。

减压过滤收集产物，并用冷水充分洗涤，干燥，得到白色针状晶体

该反应所用仪器流程图为：

2.1.3目标产物对溴苯胺的合成

仪器：

100mL三口烧瓶、恒压滴液漏斗、75°弯头、尾接管、锥形瓶、试纸、抽滤瓶、布氏漏斗

试剂：

对溴乙酰苯胺（自制）、乙醇、浓盐酸、20%氢氧化钠溶液。

实验步骤：

在100ml三口烧瓶上，配置回流冷凝管和恒压滴液漏斗，向三口烧瓶中加入4.22g对溴乙酰苯胺、15ml95%乙醇和三粒沸石，加热至沸，自滴液漏斗慢慢滴加8.5ml浓盐酸。

加毕，回流30min，加入25ml水使反应混合物稀释。

将回流装置改为蒸馏装置，加热蒸馏。

将残余物对溴苯胺盐酸盐倒入盛有50ml冰水的烧杯中，在搅拌下滴加20%氢氧化钠溶液，使之刚好呈碱性。

抽滤，水洗，抽干后，自然晾干。

该反应所用仪器流程图为：

【注释】

中间体乙酰苯胺的制备

[1]玻璃仪器必须干燥。

[2]苯胺因为氧化而颜色较深，使用前要重新蒸馏。

因为苯胺的沸点较高，蒸馏时选用空气冷凝管冷凝，或采用减压蒸馏。

[3]锌粉的作用是防止苯胺氧化，只要少量即可。

加得过多，会出现不溶于水的氢氧化锌。

[4]反应时分馏温度不能太高，以免大量乙酸蒸出而降低产率。

[5]冰醋酸具有强烈刺激性，要在通风橱内取用。

[6]切不可在沸腾的溶液中加入活性炭，以免引起暴沸。

[7]趁热过滤时，也可采用抽滤装置。

但布氏漏斗和吸滤瓶一定要预热。

滤纸大小要合适，抽滤过程要快，避免产品在布氏漏斗中结晶。

[8]若让反应液冷却，则乙酰苯胺固体析出，沾在烧瓶壁上不易倒出。

中间体对溴乙酰苯胺的合成

[1]搅拌器与三口烧瓶连接处的密封性要好，一防止溴化氢从瓶口逸出

[2]溴具有强腐蚀性和刺激性，必须在通风橱中；量取，操作时应带上乳胶手套

[3]滴溴时滴速不宜过快，否则会反应太剧烈，会导致一部分溴来不及参与反应就与溴化氢一起逸出，用时也可能产生二溴代产物

目标产物对溴苯胺的合成

[1]滴加浓盐酸不宜太快

[2]对溴苯胺易氧化，不能烘干

3.实验结果与讨论

3.1结果及计算

表2产品产量及产率

 原料

苯胺

乙酰苯胺

对溴乙酰苯胺

用量

10mL

5.78g

4.22g

产物

乙酰苯胺 

对溴乙酰苯胺 

对溴苯胺

理论产量

14.85g

9.16g

3.39g

实际产量

5.78g

4.22g

1.86g

产率

40%

46%

55%

总产率

10.12%

3.2.实验讨论

3.2.1乙酰苯胺的合成

（1）乙酰苯胺的制备方法的概述[1]

使用冰醋酸试剂易得，价格便宜，但需要较长的反应时间，适合于规模较大的制备。

冰醋酸与苯胺的反应速率较慢，且反应是可逆的，为了提高乙酰苯胺的产率，一般采用冰醋酸过量的方法，同时利用分馏柱将反应中生成的水从平衡中移去。

由于苯胺易氧化，加入少量锌粉，防治苯胺在反应过程中氧化

（2）乙酸用量对乙酰苯胺收率的影响[4]

其他条件不变，反应时间4.5h，考察乙酸用量对乙酰苯胺收率的影响，结果见表3

理论上，乙酸用量增加有利于乙酰苯胺收率的提高。

从表3可看出，随乙酸用量增加，产品收率增加，当乙酸用量超过1.5mol时，乙酰苯胺收率降低。

这是由于乙酰苯胺产品溶于过剩的乙酸中，不能形成结晶，造成产品损失。

为解决此问题，改进了工艺，采取3次加入过量的乙酸，乙酸的总加量为2.0mol，在回流反应结束后，蒸出过剩的乙酸，取得了很好的效果

（3）乙酰苯胺的微波合成法研究[5]

在反应试剂用量条件相同的情况下，有表4可知，用微波法反应时间更短、反应收率更高。

表4微波辐射和常规加热法对比

（4）其他实验条件和实验现象的讨论

在制备中间体乙酰苯胺的实验中，反应温度控制在105℃，这是由醋酸与水的混合物的共沸点决定的。

若温度过低，水不能蒸馏完全，醋酸不能完全从醋酸与水的共沸物中释放出来，降低了产率；若温度过高，大量的醋酸和水同时被蒸出，也会降低产率。

实验结果表明，收集到的蒸馏液比理论值要多，就是因为大量的醋酸