對溴苯胺合成

對溴苯胺的全合成對溴苯胺的全合成摘要：本文給出了一種合成對溴苯胺的方法，以硝基苯為起始原料，逐步合成三個中間體：苯胺、乙酰苯胺、對溴乙酰苯胺，最后合成得到目標產(chǎn)物對溴苯胺。合成過程要經(jīng)過還原、保護、溴代、去保護多個步驟，涉及水蒸氣蒸餾、重結(jié)晶、趁熱過濾等基本操作技術。關鍵詞：硝基苯；對溴苯胺；全合成1.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℃，不溶于水，易溶于乙醇和乙醚。有毒，其毒性較苯胺更強，可經(jīng)過皮膚吸收，具有溶血性，能引起膀胱癌。關于對溴苯胺的合成已經(jīng)有一些報道。例如，利用催化加氫法進行制備，以W-4型Raney-Ni為催化劑，雙氰胺為脫溴抑制劑(助催化劑)，甲醇為溶劑，以對溴硝基苯催化加氫[1]還原制備對溴苯胺。還有利用超聲波輻射促進對溴苯胺的合成，在室溫下超聲波環(huán)境中合[2]成制備對溴苯胺的中間體對溴乙酰苯胺,然后水解重結(jié)晶得到對溴苯胺。本文提供了一種適合在普通實驗室操作的合成對溴苯胺的方法，使用的試劑簡單易得，無須使用復雜的儀器，但反應時間稍長。以硝基苯為起始原料，在酸性條件下用金屬還原成苯胺，然后進行酰基化反應得到乙酰苯胺，再將其溴化制得對溴乙酰苯胺，最后在酸性條件[3]下去保護生成目標產(chǎn)物。2.原理部分2.1中間體苯胺的制備芳胺的制取不可能用任何方法將－NH2導入芳環(huán)上，而是經(jīng)過間接的方法來制取。芳香硝基化合物還原是制備芳胺的主要方法。實驗室常用的方法是在酸性介質(zhì)中用金屬進行化學還原，可以得到相應的芳香族伯胺。常用的還原劑有鐵－鹽酸、鐵－醋酸、錫－鹽酸等。反應式如下：2.2中間體乙酰苯胺的制備胺的?；谟袡C合成中有著重要的作用。作為一種保護措施，一級和二級芳胺在合成中通常被轉(zhuǎn)化為它們的乙?；苌铮越档桶穼ρ趸到獾拿舾行?，使其不被反應試劑破壞；同時氨基?；蠼档土税被谟H電取代反應（特別是鹵化）中的活化能力，使其由很強的第一類定位基變?yōu)橹械葟姸鹊牡诙惗ㄎ换?，使反應由多元取代變?yōu)橛杏玫囊辉〈?，由于乙?；目臻g位阻很大，往往選擇性地生成對位取代物。乙酰苯胺可通過苯胺與冰醋酸，醋酸酐或乙酰氯等乙酰化試劑作用制得。本實驗用冰醋酸作乙?；噭瑑r格便宜，操作簡便。反應式如下：2.3中間體對溴乙酰苯胺的制備苯環(huán)鹵代反應：鹵素對苯環(huán)上的取代反應屬親電取代反應。常用的催化劑有鐵、鋁、磷及其鹵化物等。苯環(huán)上如有取代基，則按取代基的親電取代定位規(guī)則進行反應。反應式如下：2.4目標產(chǎn)物對溴苯胺的合成對溴乙酰苯胺在酸性條件下去保護生成對溴苯胺，這是常見的去保護基的方法。反應式如下：3.實驗部分3.1中間體苯胺的制備3.1.1儀器和試劑主要儀器：錐形瓶，圓底燒瓶，回流冷凝管，水蒸氣蒸餾裝置。主要試劑：錫粒，硝基苯，濃鹽酸，氫氧化鈉，氯化鈉，乙醚。3.1.2實驗方法1.苯胺的制備在100mL圓底燒瓶中，放置9g錫粒、4mL硝基苯，裝上回流冷凝管，量取20ml濃鹽酸，分數(shù)次從冷凝管口加入燒瓶內(nèi)并不斷振搖反應混合物。加畢，將燒瓶置于沸水浴中加熱30min。然后冷卻至室溫，搖動下慢慢加入50%氫氧化鈉溶液。2.苯胺的分離將反應瓶改為水蒸汽蒸餾裝置，進行水蒸汽蒸餾，至餾出液變清，將鎦出液放入分液漏斗中。水層加入氯化鈉3~5g使其飽和，用20ml乙醚分兩次萃取，合并粗苯胺和乙醚萃取液，用粒狀氫氧化鈉干燥。將干燥后的混合液轉(zhuǎn)至50mL干燥的蒸餾瓶中，熱水浴蒸去乙醚，改用空氣冷凝管蒸餾，⑥收集180～185℃餾分即可，產(chǎn)量2.3~2.5g。第2/6頁3.2中間體乙酰苯胺的制備3.2.1儀器和試劑主要儀器：圓底燒瓶、刺形分餾柱、溫度計、接液管、直形冷凝管、試管、酒精燈、石棉網(wǎng)、燒杯、保溫漏斗，吸濾瓶，布氏漏斗，小水泵。主要試劑：苯胺，冰醋酸，鋅粉，活性炭。3.2.2實驗方法在50ml圓底燒瓶中，放置10ml（約10.2g，0.11mol）新蒸餾過的苯胺和15ml（約15.7g，0.26mol）冰醋酸及少許鋅粉。裝上分餾柱，插入溫度計，如圖3所示。小火加熱回流約1h，保持溫度計讀數(shù)約105℃。反應結(jié)束，攪拌下，趁熱將反應物倒入盛有100ml冷水燒杯中，冷卻抽濾，用冷水洗滌粗產(chǎn)品。將粗產(chǎn)品移至500ml燒杯中，加入300ml水，加熱溶解。稍冷后，加入0.5g活性炭，煮沸10min。在保溫漏斗中趁熱過濾，濾液冷卻，析出結(jié)晶。抽濾。晾干稱重，計算產(chǎn)率。3.3中間體對溴乙酰苯胺的制備3.3.1儀器和試劑主要儀器：電動攪拌器，水浴鍋，250ml三頸瓶，恒壓滴液漏斗，溫度計，量杯，燒杯，抽濾瓶，布氏漏斗。主要試劑：乙酰苯胺，溴，冰醋酸，乙醇，亞硫酸氫鈉。3.3.2實驗方法在250mL三口瓶上配置電動攪拌器、溫度計、恒壓滴液漏斗，并在恒壓滴液漏斗上連接氣體吸收裝置，以吸收反應中產(chǎn)生的溴化氫（如圖所示）。向三口瓶中加入7g乙酰苯胺和30mL乙醇，將2.62g溴溶解于6ml冰醋酸中，一邊攪拌一邊慢慢地將溴-冰醋酸滴加至乙酰苯胺醇溶液中，滴加速度以棕紅色的溴色較塊褪去為宜。滴加完畢，在45℃浴溫下，繼續(xù)攪拌反應1h，然后將浴溫提高至60℃，在攪拌一段時間，直到反應混合物液面不再有紅棕色蒸氣溢出為止。將反應混合物傾入盛有100mL冷水的燒杯中（如果產(chǎn)物帶有黃色，可加入亞硫酸氫鈉水溶液使黃色恰好褪去）。減壓過濾收集產(chǎn)物，并用冷水充分洗滌，干燥，得到白色針狀晶體。3.4目標產(chǎn)物對溴苯胺的合成3.4.1儀器和試劑主要儀器：第3/6頁100mL三口燒瓶，恒壓滴液漏斗，75°彎頭，尾接管，錐形瓶，試紙，抽濾瓶，布氏漏斗。主要試劑：對溴乙酰苯胺，乙醇，濃鹽酸，20%氫氧化鈉溶液。3.4.2實驗方法在100mL三口燒瓶上，配置回流冷凝管和恒壓滴液漏斗，向三口燒瓶中加入5.8g對溴乙酰苯胺，13.5mL95%乙醇和三粒沸石，加熱至沸，自滴液漏斗慢慢滴加7.7mL濃鹽酸。加畢，回流30min，加入22.5mL水使反應混合物稀釋。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，自然晾干。（可用乙醇—水重結(jié)晶）。4.結(jié)果與討論4.1中間體苯胺的制備4.1.1實驗結(jié)果產(chǎn)品外觀：黃色液體（含較多未反應的硝基苯）產(chǎn)品質(zhì)量：0.2g理論產(chǎn)量：3.71g產(chǎn)率：η=0.2g÷3.72g×100%=5.4%4.1.2問題討論1．實驗產(chǎn)率低的原因？反應物內(nèi)的硝基苯與鹽酸互不相溶，而這兩種液體與固體錫粒的接觸機會很少，所以反應效率低，產(chǎn)量少，產(chǎn)率低。2．如何判斷硝基苯、鹽酸與錫粒的反應已完全？硝基苯為黃色油狀物，如果回流液中，黃色油狀物消失，而轉(zhuǎn)變成乳白色油珠，表示反應已完全。3．往鎦出液加食鹽的原因？由于產(chǎn)物苯胺在水中有一定的溶解度。加入食鹽使水層飽和，這樣溶解在水中的大部分苯胺就成油狀物析出，可減少損失。4．實驗中用粒狀NaOH干燥而不用CaCl2的原因？因為CaCl2會與苯胺形成分子化合物。5．如果最后制得的苯胺中混有硝基苯應如何處理？可以加鹽酸使苯胺成鹽溶解將硝基苯分離除去,再堿化而復回。4.2中間體乙酰苯胺的制備4.2.1實驗結(jié)果產(chǎn)品外觀：無色晶體產(chǎn)品質(zhì)量：13.2g第4/6頁理論產(chǎn)量：14.85g產(chǎn)率：η=13.2g÷14.85g×100%=88.9%4.2.2問題討論1．實驗中加入鋅粉的目的是什么？防止苯胺在反應中被氧化。但鋅粉的量要合適，鋅粉加入量不夠，導致苯胺被氧化成紅棕色液體；鋅粉加入過多，會出現(xiàn)不溶于水的氫氧化鋅。2.為什么溫度保持在105℃左右？主要由原料CH3COOH（b.p.118℃）生成物水（b.p.100℃）的沸點所決定。控制在105℃這樣可以保證原料CH3COOH充分反應而不被蒸出，生成的水立即移走促使反應向生成物方向移動，有利于提高產(chǎn)率。3.為什么要用新蒸餾的苯胺？苯胺該如何儲存？苯胺極易被空氣中的氧氣氧化，由無色透明液體變?yōu)辄S色至紅棕色，生成苯醌，偶氮鹽等，繼而會影響乙酰苯胺的質(zhì)量，故最好用新蒸餾的苯胺。因此苯胺需要保存在棕色試劑瓶中并置于陰暗處。遠離火種、熱源。庫溫不超過30℃，相對濕度不超過80％。避光保存。包裝要求密封，不可與空氣接觸。4．制備乙酰苯胺的還有哪些方法？有什么特點？在水或碳酸鉀溶液中用乙酐和苯胺為原料合成乙酰苯胺。這個方法比用苯胺和冰醋酸加[4]熱回流的效果好，產(chǎn)率和純度都較高，且操作簡單，省時經(jīng)濟。4.3中間體對溴乙酰苯胺的制備4.3.1實驗結(jié)果產(chǎn)品外觀：白色晶體產(chǎn)品質(zhì)量：5.95g理論產(chǎn)量：11.1g產(chǎn)率：η=5.95g÷11.1g×100%=53.6%4.3.2問題討論1．為什么滴溴時滴速不易過快？如果滴速過快，反應太劇烈會導致一部分溴來不及參與反應就與溴化氫一起逸出，也可能會產(chǎn)生二溴代產(chǎn)物。2.乙酰苯胺的一溴代產(chǎn)物為什么以對位異構(gòu)體為主？乙酰胺基是鄰對位取代基，但由于乙酰氨基的位阻較大，所以生成一溴代物以對位異構(gòu)體為主。而且，在實驗中，采用將溴滴加到乙酰苯胺中的方法，使溴少于乙酰苯胺，避免了溴進入鄰位。3.在溴化反應中，反應溫度的高低對反應結(jié)果有什么影響？溴的沸點較低，為59.47℃。反應開始時將溫度控制在45℃，如果溫度過高，則溴不參與反應而會發(fā)生蒸發(fā)，跟溴化氫一起逸出，使反應產(chǎn)率降低；如果溫度過低，則反應速率較慢，溴揮發(fā)散失，也會使反應產(chǎn)率降低。第5/6頁4.4目標產(chǎn)物對溴苯胺的合成4.4.1實驗結(jié)果產(chǎn)品外觀：黃白色固體產(chǎn)品質(zhì)量：2.8g理論產(chǎn)量：4.66g產(chǎn)率：η=2.8g÷4.66g×100%=60.1%4.4.2問題討論1．為什么濃鹽酸的滴加速度不宜太快？滴加速度太快，會有大量氯化氫氣體逸出，使鹽酸濃度降低，是反應產(chǎn)率降低。5.結(jié)論本文給出了一種以硝基苯為起始原料合成對溴苯胺的方法，此方法無需復雜儀器，而且原料簡單易得，反應原理淺顯易懂，但反應時間較長，總共耗時13小時。在全合成的過程中，中間體苯胺較難成功制備，反應產(chǎn)率很低，這是本方法最大的問題所在。為使反應繼續(xù)進行，另取新蒸苯胺進行反應。之后制取的乙酰苯胺產(chǎn)率較高。但是對溴乙酰苯胺的產(chǎn)率不高，溴化方法有待改善。最后成功制得對溴苯胺，而且產(chǎn)率尚算可觀。本方法理論上簡單可行，但是，關于提高中間體苯胺和對溴乙酰苯胺的產(chǎn)率仍然有待研究。?參考文獻[1]魯莉華，李英春.催化加氫法制備對溴苯胺[J].青島科技大學學報，2005,26（3）.[2]李康蘭，張力.超聲波輻射促進對溴苯胺的合成