有机设计实验报告汇总.docx

1、有机设计实验报告汇总化学与环境学院有机化学实验报告 实验名称 以苯胺为起始原料合成对溴苯胺 专 业 化学教育 班 级 12化一 姓 名 黄冰如 学 号 20122401055 指 导 老 师 杨定乔 实 验 分 组 第一组 日 期 2014年5月30日 以苯胺为起始原料合成对溴苯胺 摘要：以苯胺为起始原料设计合成了对溴苯胺,不能直接通过卤代反应实现合成过程，由于氨基是强给电子基，和溴反应很难停留在一元取代的阶段，因此，要制备对溴苯胺，必须先将苯环的活性降低，在本实验中，先将苯胺乙酰化再进行溴代反应，当溴代完毕再水解将乙酰基除去，这其中要合成二个中间体,分别为乙酰苯胺、对溴乙酰苯胺，通过本实验的

2、合成步骤，能较为有效和便捷地合成对溴苯胺。关键词：苯胺；乙酰苯胺；对溴乙酰苯胺；对溴苯胺Study on the Synthesis of 4 - BromoanilinesAbstract: Aniline as starting materials synthesized Bromoaniline not directly implement the synthesis reaction by a halo, as is a strong electron-donating group, and bromine is difficult to stay in one dollar repl

3、aced the stage, so be prepared for Bromoaniline must first reduce the activity of the phenyl ring, in this experiment, the first bromo aniline then acetylation reaction is complete when the bromide of acetyl group is removed by hydrolysis, to which two synthetic intermediates, namely, acetanilide on

4、 Bromoacetanilide through synthesis step of the experiment, can be more effective and convenient synthesis of bromoaniline.Keywords: Aniline；Acetanilide； Bromoacetanilide；4 - Bromoanilines；1.前言1.1对溴苯胺的制备或来源方法(1) 对溴苯胺的传统的工业制法如下：可以看出，该方法虽成本较低，但是污染环境严重，不符合绿色化学的宗旨，不利于可持续发展。(2) 现代化学家都致力于开发无毒无污染的一步制备方法，主要

5、方法有：固体溴化试剂，比如PyHBr3、DBUHBr3、Me4NBr3、用金属羰基合成催化剂氧化原子溴；以W-4型Raney-Ni为催化剂，双氰胺为脱溴抑制剂（助催化剂），甲醇为溶剂，以对溴硝基苯为原料用催化加氢法还原制备对溴苯胺等等。但由于成本过高，暂未在工业上应用。(3) 本实验以苯胺为起始原料合成对溴苯胺的方法如下：本实验选取硝基苯还原为苯胺，苯胺加乙酰基保护氨基再加入溴进行亲电取代，最后在酸性下水解得到目标产物的方法，虽然毒性大，对环境污染大，但是成本低，进行这种方法的探究有利于我们理解传统工业制备对溴苯胺的方法。第一个中间体乙酰苯胺为无色晶体，具有退热镇痛作用，是较早使用的解热镇痛药

6、，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）中的活化能力，使其由很强的第类定位基变为中等强度的第类定位基，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，适合于规模较大的制备。酸酐一般来说是比酰氯更好的酰化试剂。如果在醋酸-醋

7、酸钠的缓冲溶液中进行酰化，由于酸酐的水解速率比酰化速率慢得多，可以得到高纯度的产物。乙酰苯胺可由苯胺与乙酰化试剂，如乙酰氯、乙酐或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的价格较贵，本实验采用纯的乙酸作为乙酰化试剂。反应式如下：冰乙酸与苯胺的反应速率较慢且可逆，可采用冰乙酸过量和利用分馏柱移去反应生成的水的方式提高产率。加入锌粉的目的是防止苯胺在反应过程中被氧化。 第二个中间体对溴乙酰苯胺是通过苯环卤代反应合成的，卤素对苯环上的取代属于亲电取代反应，常用的催化剂有铁、铝、磷及其卤化物等。苯环上有乙酰氨基，乙酰氨基是邻对位取代基团，由于空间位阻大，主要产物是对溴乙酰苯

8、胺。 乙酰氨基酸性条件下不稳定，可在酸性条件下去保护，生成对溴苯胺。1.2对溴苯胺的物化性质结构式英文名称4-BromoanilinesCAS号106-40-1熔点66.4 沸点沸点时分解相对分子质量172.03密度1.4970（液体，99.6）溶解情况不溶于水，易溶于乙醇和乙醚性状从60%乙醇中析出者为正交晶系双锥体针状结晶毒性LD50(mg/kg)有毒，其毒性较氯苯胺类更严重，可经表皮吸收，具有溶血性、能引起膀胱癌。1.3 对溴苯胺的应用 对溴苯胺是很重要的化工中间体，广泛应用于医药、染料、颜料等精细化工产品的合成，它在精细化工生产中处于不可替代的地位。 (1)在医药中:对溴苯胺作为医药中

9、间体的作用是无可匹敌的，所合成的药物可用于治疗气喘、肾炎、增生病、神经紊乱、帕金森等疾病。(2)在染料中:用对溴苯胺作为原料能够制备传统的硫化和偶氮染料，同时还可以制备香豆素类荧光染料，这类染料是高档荧光染料，具有发射强度高，色光鲜艳，荧光强烈等优点。(3)在农药中:主要制备草酞替苯胺类药物，有利于小麦属植物授粉。 (4)其它:对溴苯胺还用于制备抗污剂，抗氧剂，稳定剂，石油添加剂等。在材料方面，对溴苯胺能制备氰基联苯型液晶材料，性能好，对光、热的稳定性最好，还具有良好的防湿性能。1.4使用试剂及产物的物理常数名称分子量状态熔点（）沸点（）相对密度苯胺93.12无色液体-6.31841.022冰

10、醋酸60.05无色液体117.91.0492活性炭12.00黑色固体对溴乙酰苯胺214.06白色固体167169353.41.717乙酰苯胺135.16白色晶体114.33041.2190液溴159.80红棕色液体-7.2 58.78 3.11995%乙醇46.07无色液体-114.378.40.789氢氧化钠40.01无色液体31813902.130浓盐酸36.47无色液体无固定1.179亚硫酸氢钠104.6无色液体1501.48锌粉65.39固体419.59087.142.实验部分2.1 中间体乙酰苯胺的制备【试剂和仪器】仪器:50ml圆底烧瓶；刺形冷凝管；直形冷凝管；接液管；量筒；温度计

11、；100ml烧杯；吸滤瓶；布氏漏斗；小水泵；保温漏斗；电热套。试剂:苯胺；冰醋酸；锌粉；活性炭。【实验装置】 【实验步骤及实验现象】实验步骤实验现象注意事项1.在50ml圆底烧瓶中，放置10mL新蒸馏过的苯胺、15mL冰乙酸及少许锌粒，如反应装置所示，用小火加热回流,保持温度计读数于1051h，当温度下降时表明反应已完全。加入苯胺、冰乙酸、锌粒后，溶液呈淡黄色，圆底烧瓶瓶壁发烫。加热，气泡增多，温度一直变化，没有超过100，当移开石棉网，温度大于100，开始有液体蒸出，液体沸腾，黄色液体逐渐变澄清。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

12、用空气冷凝管冷凝，或采用减压蒸馏。3. 冰醋酸具有强烈刺激性，要在通风橱内取用。4. 由于苯胺易氧化，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。5. 反应时分馏温度不能太高，保持馏出速度为1 d23 秒，以免大量乙酸蒸出而降低产率和有二取代产物生成。6.加入活性炭的目的是脱色；不能在沸腾的溶液中加入活性炭，以免引起暴沸，要等溶液稍冷却；活性炭不宜加多，以免吸附部分产品。7. 趁热过滤时，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。2.在搅拌下趁热将反应物倒入

13、盛有100mL冷水的烧杯中，冷却后抽滤，用冷水洗涤粗产品。将反应物移入盛有500mL烧杯中，加入300ml水，在石棉网上加热溶解，稍冷后，加入少量活性炭（约0.5克），在搅拌下再次加热煮沸10分钟，趁热过滤除去活性炭，滤液冷却，结晶，抽滤，晾干后称量并计算产率。趁热将圆底烧瓶内的溶液倒入盛冷水的烧杯中，有乳白色悬浮物产生。重结晶中有少量油滴，溶解后加活性炭，热过滤，得到白色晶体，冷却结晶，抽滤后得白色片状晶体。2.2中间体对溴乙酰苯胺的制备【试剂和仪器】仪器:电动搅拌器；水浴锅；250ml三口烧瓶；恒压滴液漏斗；200度温度计2根；烧杯；抽滤瓶；布氏漏斗；刮刀。试剂:乙酰苯胺；溴；乙醇；冰醋酸

14、；亚硫酸氢钠。【实验装置】 【 实验步骤及实验现象】实验步骤 实验现象 注意事项1.在250ml三口烧瓶上配制电动搅拌器、温度计、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3.5g乙酰苯胺中溶解于15ml乙醇中，将1.31g溴溶解于3ml冰醋酸，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，滴加速度以溶液的棕红色较快褪去为宜。在搅拌的过程中，乙酰苯胺固体溶解，且溶液变为浅黄色。滴加溴时，棕红色溶液退去较快，45水浴加热，溶液颜色变浅。升温至60，溶液变成淡黄色，没有红棕色蒸气产生。溶液最终呈现很浅的黄色。1. 搅拌器与三口

15、烧瓶连接处的密封性要好，以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. 因为反应会生成HBr气体，会污染空气和对人体有害，所以要用一盛有NaOH溶液的烧杯作为气体吸收装置来吸收HBr，防止其逸出。4. 滴溴时滴速不宜过快，否则反应太剧烈，会导致一部分溴来不及参与反应就与溴化氢一起逸出，有时也可能会产生二溴代物，使产率降低。5. 如果产物带有黄色，可加入亚硫酸钠溶液洗涤，使黄色恰好褪去，除去固体表面附着的氢溴酸。2.滴加完毕，在45度水浴温下，继续搅拌反应1h，然后将水浴温度提高至60度，在搅拌一段时间，直至反应混合物液面不再有红棕色蒸汽溢出

16、为止。3.在搅拌下将反应物慢慢加至100ml水中，此时即有固体析出。有大量白色固体产生。4.减压过滤收集产物，并用冷水充分洗涤，干燥，用乙醇重结晶，得出白色针状晶体。第一次抽滤得白色毛状晶体，经试验知道，重结晶之后的产物很少，故没有进行重结晶操作。2.3目标产物的制备【试剂和仪器】仪器:100ml三口烧瓶；恒压滴液漏斗；75度弯头；抽滤瓶；布氏漏斗；尾接管；锥形瓶；pH试纸。试剂:对溴乙酰苯胺；乙醇；浓盐酸；20%氢氧化钠。【实验装置】 【实验步骤及实验现象】实验步骤 实验现象 注意事项1.装回流反应装置，向三口烧瓶中加入5.28g对溴乙酰苯胺、12.3mL95%的乙醇和三颗沸石，加热至沸，缓

17、慢滴加7mL的浓盐酸2。呈固液混合态，搅拌一段时间后溶液无色透明。1. 对溴苯胺易氧化，不能烘干，应自然晾干。2. 滴加浓盐酸不宜太快。3.乙醇为低沸点有机物，所以蒸馏时收集到的液体是乙醇，以此除去乙醇。2.加毕回流30分钟，加入20mL水使反应物稀释。稀释后，溶液颜色稍稍变浅，加水后，有少量黑色物质生成。3.将回流装置改成蒸馏装置进行蒸馏，将残余物对溴苯胺盐酸盐倒入50mL冰水中，在搅拌下滴加20%氢氧化钠使之刚好呈碱性。抽滤，水洗抽干后用乙醇-水重结晶，自然晾干。蒸馏时87流出第一滴乙醇，直至没有液体蒸出。将瓶中的液体倒入冰水后，溶液变白色浑浊。加入氢氧化钠后，有大量白色固体产生。抽滤后得

18、白色带有点棕黄的粉末。没有进行重结晶操作。2.4测量产物的熔点【仪器与试剂】仪器： b形管；酒精灯；毛细管；温度计；试剂： 乙酰苯胺；对溴乙酰苯胺；对溴苯胺；【实验装置】3.结果与讨论3.1实验数据记录产品名称产品外观产量（g）理论产量（g）产率（%）测定熔点（）乙酰苯胺白色片状晶体9.45g 14.85g 63.64%112115对溴乙酰苯胺白色毛状晶体2.19g5.55g39.46%158162对溴苯胺白色晶体2.56g4.24g60.38%6062实验总产率：63.64%39.46%60.38%=15.16% 3.2实验分析与讨论1. 由实验结果可得，步骤“生成乙酰苯胺”的产率最高，为6

19、3.64%，步骤“生成目标产物”的产率其次，为60.38%，步骤“生成对溴乙酰苯胺中间体”的产率只有39.46%，导致实验的总产率仅为15.16%，产率很低，且实验时间较长。可见步骤“生成对溴乙酰苯胺中间体”的低产率严重影响了整个实验的总产率，应当适当进行改进，提高产率。同时，由测出的熔点可知，三种产物的熔程范围在24，乙酰苯胺测出的熔点为112115，与理论值114相符，说明得出的产物较纯；对溴乙酰苯胺测出值为158162，与理论值167169相比，相对较低，说明其中含有较多的杂质；可能因为对溴乙酰苯胺不纯，导致合成出来的对溴苯胺的熔点测出值为6062，与理论值66.4相比较低，即也含有较多

20、的杂质。这次实验的产率不高，通过分析各个步骤，主要分为以下几点：(1)乙酰苯胺的产率低，原因如下：a.反应时分馏温度不稳定，可能有较多乙酸蒸出而使产率有所降低。b.活性炭吸附了部分产品，造成损失。c.在热过滤时，布氏漏斗的温度不够高，导致过滤过程中部分产品在抽滤瓶中结晶，造成损失。d.抽滤转移过程中，有部分液体溅出，造成损失。(2)对溴乙酰苯胺的产率低，主要是因为用水浴加热来控制温度，一开始温度可能较低，使产率降低。 控制温度在45的原因，一是温度过高容易生成二溴代物，产生更多的副产物；二是温度过低反应缓慢，反应时间长。(3)对溴苯胺产率低，可能是加入的乙醇的量较多，滴加浓盐酸的速率比较快，都

21、会导致产率降低。 产率低除了可能是实验者的操作不当，因本实验操作较多，在各个步骤的固体或液体产物的转移过程中，难免会有损失。同时，由于一些反应物原料的物理特性，比如，液溴和浓盐酸易挥发，也造成了反应物的损失，从而降低了产品的产量及产率。此外，实验者在整个实验过程中对温度、时间、酸碱性等条件的控制，也极大地影响了产品的产率。因此，为了提高产率，实验者应当进行适当训练，提高实验技能，尽量减少实验过程中的各种失误。尤其对于产率最低的步骤“合成对溴乙酰苯胺”的各项操作应当进行反思和改进。 2.制备乙酰苯胺时，回流温度保持在105的原因： 乙酰苯胺的沸点为114，冰乙酸的沸点为117，若反应温度超过乙酰

22、苯胺和冰乙酸的沸点，则反应物会大量挥发，且苯胺高温不稳定，易被氧化，因此要保持温度。3.提高乙酰苯胺产率的方法：a. 冰乙酸与苯胺的反应速率较慢，且反应可逆，因此可通过冰乙酸过量的方式提高产率。b. 利用分馏柱将反应中生成的水从反应平衡中移去，使得反应向生成乙酰苯胺的方向进行。c. 加入锌粉防止苯胺被氧化，减少反应物的损失。4.本实验以苯胺为主要原料合成对溴苯胺，产品产率低，且实验时间偏长，产品含有少量杂质。说明实验方法有一定缺陷，实验者操作水平不足。应当进行改进。但本实验的优点仍然是无法掩盖的，它所需要的试剂及仪器简单易得，价格便宜，且操作简单，对实验者操作技能的要求不高，对环境的污染较少，

23、非常适用于实验室教学，若要进行大规模生产则需要进行一些改进。4.参考文献1 李正启, 谢恩, 马良. 绿色化学与人类社会的可持续发展J. 化学工业. 2011, 29, 3-52 唐敏. 绿色条件下三溴吡啶催化有机反应的研究D. 江西师范大学化学化工学院. 2009:13 王小军, 宋卫锋. 绿色化学在有机化学化工中的应用进展 J. 甘肃化工. 2006, 1, 1-34 Veerababurao, K.; Sarala, Naik.; Bhisma K. P. A New Recyclable Ditribromide Reagent for Efficient Bromination un

24、der Solvent Free Condition J. J. Org. Chem. 2005, 70, 426742715 Upasana, B.; Gopal, B.; Mihir, K. C. Regioselective Bromination of Organic Substrates by Tetrabutylammonium Bromide Promoted by V2O5H2O2: An Environmentally Favorable Synthetic Protocol J. Org. Lett. 2000, 2, 2472496 Majid, M.; Heravi,

25、N.; Abdolhosseini, H. A. O. Regioselective and high-yielding bromination of aromatic compounds using hexamethylenetetraminebromine J. Tetrahedron Letters 2005, 46, 895989637 鲁莉华, 李英春. 催化加氢法制备对溴苯胺J. 青岛科技大学学报. 2005, 26, 2052078 Habib Firouzabadi, Nasser Iranpoor, Kamal Amani. Heteropoly acid cesium salt/cetyltrimethylammonium bromide a catalytic heterogeneous system which highly controls regioselective bromination of aromatic compounds with bromineJ. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 2003, 195, 2892949 陈中俊, 周克瑜. 四丁基三溴化铵在有机合成中的应用J. 大学化学. 1995, 10, 1012, 15