【設(shè)計性實驗報告】由苯胺為起始原料合成對溴苯胺

由苯胺為起始原料合成對溴苯胺6/7由苯胺為起始原料合成對溴苯胺摘要：對溴苯胺是非常重要的有機化工原料，其一般合成路線是由苯為原料，經(jīng)要經(jīng)歷硝化、還原、保護(hù)、溴代、去保護(hù)等多個步驟合成最終產(chǎn)物。而本實驗是從這個合成路線的中間步驟開始，以中間體苯胺為原料進(jìn)行合成保護(hù)、溴代、去保護(hù)三個步驟進(jìn)行合成對溴苯胺。關(guān)鍵詞：對溴苯胺；合成；苯胺SynthesizedfromanilineasstartingmaterialsBromoanilineAbstract:Bromoanilineisveryimportantorganicchemicalrawmaterials,thegeneralsyntheticrouteisfrombenzeneasrawmaterialtoundergonitration,reduction,protection,bromination,andmanyotherstepstoprotectthefinalproductsynthesis.Thepresentstudyisanintermediatestepinthesyntheticroutebeginswithanilineasrawmaterialsforsyntheticintermediatesprotection,bromo,toprotectthreestepssynthesisBromoaniline.Keyword：aniline；para-bromoaniline；synthesis引言對溴苯胺是一種重要的染料原料，如偶氮染料、哇琳染料等，它也是有機合成和醫(yī)藥合成的重要中間體。對溴苯胺的相對分子質(zhì)量為172.03，熔點為66.4℃，有毒(LD50mg/kg)，其毒性較抓苯胺更強，可經(jīng)過皮膚吸收，具有溶血性，能引起膀脫癌。[1]本實驗以中間體苯胺為原料進(jìn)行合成保護(hù)、溴代、去保護(hù)三個步驟進(jìn)行合成對溴苯胺。實驗部分實驗原理苯胺很容易進(jìn)行?；磻?yīng)，即氨基的氫原子被?；〈?，這樣可以保護(hù)芳胺的氨基。鹵素在苯環(huán)上的取代反應(yīng)屬于親電取代反應(yīng)，苯環(huán)上如有取代基，則按取代基的親電取代定位規(guī)則進(jìn)行反應(yīng)。對溴乙酰苯胺在酸性條件下去保護(hù)生成目標(biāo)產(chǎn)物。其反應(yīng)步驟如下：實驗儀器及藥品錐形瓶；圓底燒瓶；回流冷凝管；水蒸氣蒸餾裝置；刺形分餾柱；直形冷凝管；溫度計；抽濾瓶；布氏漏斗；電動攪拌器；250ml三口燒瓶；恒壓滴液漏斗。苯胺，冰醋酸，鋅粉，活性炭，溴，乙醇，亞硫酸氫鈉，濃鹽酸，20%氫氧化鈉溶液。中間體乙酰苯胺的制備在50ml圓底燒瓶中10ml新蒸餾過的苯胺、12ml冰醋酸及少許鋅粉（約0.1g），裝上一分餾柱，插上溫度計，用小量筒收集蒸出的水和乙酸（圖1）。將圓底燒瓶在石棉網(wǎng)上用小火加熱回流，保持溫度計讀數(shù)于105℃約1h，反應(yīng)生成的水及少量醋酸被蒸出，當(dāng)溫度下降則表明反應(yīng)已經(jīng)完成。（圖1）在攪拌下趁熱將反應(yīng)物倒入盛有100ml冷水的燒杯中（圖2），冷卻后抽濾，用冷水洗滌粗產(chǎn)品。將粗產(chǎn)品移至500ml燒杯中，加入100ml水，置燒杯于石棉網(wǎng)上，加熱使粗產(chǎn)品溶解，稍冷后，乙酰苯胺結(jié)晶析出，抽濾。晾干后稱量，計算產(chǎn)率。圖2圖圖2圖1中間體對溴乙酰苯胺的合成在250ml三口燒瓶上配置電動攪拌器、溫度計和恒壓滴液漏斗，并在恒壓滴液漏斗上連接氣體吸收裝置（圖3），以吸收反應(yīng)中產(chǎn)生的溴化氫。在100ml錐形瓶中，將上一步的產(chǎn)物乙酰苯胺溶解于20.0ml乙醇中，將2.0g溴溶解于4.2ml冰醋酸中，一邊攪拌一邊慢慢地將溴-冰醋酸溶液滴加至乙酰苯胺的醇溶液中，滴加速度以棕紅色的溴色較快褪去為宜。滴加完畢，在45℃浴溫下，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1h，然后將浴溫提高至60℃，再攪拌一段時間，直到反應(yīng)混合物液面不再有紅棕色蒸氣溢出為止。在攪拌下將反應(yīng)物慢慢加至100ml冷水中，此時即有固體析出。若有黃色，可加入飽和的亞硫酸氫鈉水溶液洗滌，使溶液黃色恰好褪去。減壓過濾收集產(chǎn)物，并用冷水充分洗滌，干燥，用乙醇重結(jié)晶，得到白色針狀晶體。圖3圖3目標(biāo)產(chǎn)物對溴苯胺的合成與測定在100ml三口燒瓶上，配置回流冷凝管和恒壓滴液漏斗（圖4），向三口燒瓶中加入上一步驟產(chǎn)物對溴乙酰苯胺、18ml95%乙醇和三粒沸石，加熱至沸，自滴液漏斗慢慢滴加8.5ml濃鹽酸。加畢，回流30min，加入25ml水使反應(yīng)混合物稀釋。將回流裝置改為蒸餾裝置，加熱蒸餾。將殘余物對溴苯胺鹽酸鹽倒入盛有50ml冰水的燒杯中，在攪拌下滴加20%氫氧化鈉溶液，使之剛好呈堿性。抽濾，水洗，抽干后，用乙醇-水重結(jié)晶，自然晾干。用b形管測定產(chǎn)物的熔點，檢驗純度。圖4圖4對溴苯胺熔點的測定用數(shù)字顯微熔點儀對目標(biāo)產(chǎn)物的熔點進(jìn)行測定，以檢驗其純度。實驗結(jié)果表1產(chǎn)品的產(chǎn)量數(shù)據(jù)

原料苯胺乙酰苯胺對溴乙酰苯胺用量10mL

3.50g3.53產(chǎn)物乙酰苯胺

對溴乙酰苯胺

對溴苯胺理論產(chǎn)量14.85g

5.55g

3.53g實際產(chǎn)量11.90g3.53g2.10g產(chǎn)率80.13%63.60%59.49%表2產(chǎn)品的熔點數(shù)據(jù)ⅠⅡⅢ平均值始熔溫度（℃）64．065.064.064.3全熔溫度（℃）66．067.066.066.3熔程（℃）2．02.02.02.0實驗討論由于各種因素所致，本次實驗過程中并無將上一步實驗所得的所有產(chǎn)物全部作為下一步的反應(yīng)物，故無法計算總產(chǎn)率。實驗2.3“中間體乙酰苯胺的制備”中的產(chǎn)率達(dá)到80%以上，比較理想，而2.4“中間體對溴乙酰苯胺制備”以及2.5“對溴苯胺制備”的產(chǎn)量偏低，大概在60%左右，其原因如下：用苯胺制備乙酰苯胺時，溫度控制的不好，若是溫度過高，則會使大量的乙酸蒸出而降低產(chǎn)率。若溫度過低，則不能將生成的水及時蒸出，使反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，同樣會影響產(chǎn)率。所以反應(yīng)溫度應(yīng)該控制在105℃，該溫度為醋酸與水的混合物的共沸點。用苯胺和冰醋酸制備乙酰苯胺時，反應(yīng)速率較慢而且反應(yīng)是可逆的，所以應(yīng)該在分餾的同時把生成物水盡快蒸出，以使反應(yīng)正移。利用乙酰苯胺制備中間體對溴乙酰苯胺時，滴加溴的速度太快，導(dǎo)致反應(yīng)會太劇烈，一部分溴來不及參與反應(yīng)就與溴化氫一起逸出，導(dǎo)致產(chǎn)率降低，也有可能會產(chǎn)生二溴代物。用對溴乙酰苯胺制備目標(biāo)產(chǎn)物乙酰苯胺時，對粗產(chǎn)品進(jìn)行重結(jié)晶時使用了過多的乙醇-水，導(dǎo)致產(chǎn)物會損失較多。用對溴乙酰苯胺制備目標(biāo)產(chǎn)物乙酰苯胺時反應(yīng)溫度較高，導(dǎo)致對溴苯胺再次被氧化而造成目標(biāo)產(chǎn)物的損失，影響產(chǎn)率。用對溴乙酰苯胺制備目標(biāo)產(chǎn)物乙酰苯胺時，滴加濃鹽酸太快。濃鹽酸的揮發(fā)性很大，導(dǎo)致反應(yīng)物的量減少，反應(yīng)不完全。本實驗只用了一天左右來完成，反應(yīng)時間不足導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)率下降。經(jīng)熔點測定后，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)表產(chǎn)物熔點平均在64.3℃-66.3℃，基本符合文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，三次測定的溶程均為2℃，故可以初步確定目標(biāo)產(chǎn)物即為對溴苯胺，且純度較高。乙酰苯胺是由苯胺和乙酸在加熱條件下反應(yīng)而成的。加入鋅的目的：鋅可以防止苯胺被氧化，并可使少許已被氧化的苯胺（棕黃色）還原成苯胺（白色），但是，加入太多鋅的話，會出現(xiàn)不溶于水的氫氧化鋅，影響提純。把水從反應(yīng)物中分餾出去的目的：因為乙酸易溶于水，除去水能使乙酸釋放出來，從而使反應(yīng)向右移動，這也是本實驗要保持105℃反應(yīng)一個小時的原因。為了達(dá)到即要將水份除去，又不使醋酸損失太多的目的，必需控制柱頂溫度在105oC采用分餾的目的：乙酸沸點118℃，水沸點100℃，二者相差較小，若采用簡單的蒸餾是無法分離這兩者的，故乙酰苯胺的醇溶液與溴-冰醋酸在攪拌下反應(yīng)，生成鄰對位的一溴代物和溴化氫氣體。由于鄰位位阻大，因此產(chǎn)物以對溴乙酰苯胺為主。在將溴滴加到乙酰苯胺里面時，滴加速度不能過快，否則反應(yīng)太過劇烈，會導(dǎo)致一部分溴來不及參與反應(yīng)就與溴化氫一起逸出，用時也可能會產(chǎn)生二溴代產(chǎn)物。乙酰苯胺是活性居中的芳香族化合物，為了加快反應(yīng)的進(jìn)行，本實驗將反應(yīng)溫度提高到45℃，后又升到60用對溴乙酰苯胺在酸性條件下去保護(hù)生成目標(biāo)產(chǎn)物對溴苯胺時，在用滴液漏斗滴加濃鹽酸時，應(yīng)該緩慢滴加。否則會使反應(yīng)太過劇烈而導(dǎo)致部分濃鹽酸揮發(fā)，反應(yīng)不充分。最后在加20%的氫氧化鈉時，溶液如果剛好呈堿性但還只是渾濁而已的話，應(yīng)該繼續(xù)滴加，直至溶液出現(xiàn)明顯沉淀為止。否則在抽濾時會流失過多的產(chǎn)物。實驗心得經(jīng)過將近一年的有機實驗的學(xué)習(xí)，我覺得我最大的收獲就是能夠從動手實踐過程中去理解有機化學(xué)。在高中時期，我們學(xué)習(xí)化學(xué)的方法基本都是強調(diào)理論而忽視實驗，而由于當(dāng)時所在學(xué)校的條件限制，我們不能經(jīng)常去做化學(xué)實驗，所以最終的結(jié)果就是我們能夠熟悉什么苯，苯酚等物質(zhì)的性質(zhì)，理論上知道怎么去辨別它們，但實際把它們擺在我們面前要我們動手去鑒別時，我們卻難以下手。而到了大學(xué)之后，通過各種實驗課程，讓我有機會去做各種實驗，讓我能更深刻的理解有機化學(xué)?；瘜W(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，所以實驗在化學(xué)的地位極為重要，學(xué)好實驗才是學(xué)好化學(xué)的根本。而在有機化學(xué)實驗的過程中，老師經(jīng)常強調(diào)要學(xué)會思考，這不但讓我學(xué)會如何去處理實驗過程中遇到的問題，在平時處事過程中，在做事之前或者遇到困難時也會積極去思考，對我?guī)椭艽蟆⒖嘉墨I(xiàn)[1]百度百科.對溴苯胺[DB/OL].[2013-5-29]./view/441956.htm[2]楊定喬.基礎(chǔ)化學(xué)實驗有機化學(xué)實驗[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2010:162-169[3]唐敏.綠色條件下三溴吡啶催化有機反應(yīng)的研究[D].江西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院.2009:1[4]Veerababurao,K.;Sarala,Naik.;BhismaK.P.ANewRecyclableDitribromideReagentforEfficientBrominationunderSolventFreeCondition[J].J.Org.Chem.2005,70,4267–4271[5]Upasana,B.;Gopal,B.;Mihir,K.C.RegioselectiveBromina