（应用化学专业论文）N（3氨基4甲氧基苯基）乙酰胺的合成.pdf

摘要 m ( 3 氨基4 甲氧基苯基) 乙酰胺是合成染料和药物的重要中间体化合物。以 对硝基氯苯为基本原料，经甲氧基化、还原、乙酰化、硝化等一些有机单元反应， 高选择性全合成n ( 3 氨基4 甲氧基苯基) 乙酰胺，总合成产率8 0 0 ，产品纯度 达到9 9 2 。研究了全合成n 一( 3 氨基4 甲氧基苯基) 乙酰胺的合理的工艺技术参 数，并对有关合成单元反应机理和影响因素进行了分析讨论。现代光谱和色谱分 析方法表征物质结构和组成。 关键词：n - ( 3 一氨基- 4 一甲氧基苯基) 乙酰胺，对硝基氯苯，染料，药物，合成 a b s t r a c t 3 - a m i n o 一4 - m e t h o x y - a c e t a n i l i d e i sa l l i m p o r t a n t i n t e r m e d i a t e u s e d f o r s y n t h e s i z i n gs y n t h e s i z i n gs o m ed y e s t u f f sa n dp h a r m a c e u t i c a l s at o t a ls y n t h e s i so f 3 - a m i n o 一4 一m e t h o x y - a c e t m f i l i d es t a r t i n gf r o m4 - n i t r o c h l o r o b e n z e n e ，f o l l o w e db y m e t h o x y l a t i o n ，r e d u c t i o n ，a c y l m i o na n dn i t r a t i o nr e a c t i o n se t c ，w a ss t u d i e d t h et o t a l y i e l dw a si m p r o v e dt o8 0 0 i nap u r i t yo f9 9 2 s o m er a t i o n a lt e c h n o l o g i c a l p a r a m e t e r s ，r e l a t e dr e a c t i o nm e c h a n i s m sa n dr e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r ed i s c u s s e d t h e s t r u c t u r e sa n dc o m p o s i t i o n so ft h e s ec o m p o u n d sw e r ea c c o m p l i s h e db ys p e c t r a l a n a l y s i sa n dc h r o m a t o g r a p h i ca n a l y s i s k e y w o r d s ： 3 - a m i n o 一4 一m e t h o x y - a c e t a n i l i d e ，4 - n i t r o c h l o r o b e n z e n e ，d y e s t u f f , p h a r m a c e u t i c a l ，s y n t h e s i s y 7 6 3 5 6 6 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名： 酗扭 1 0 。，年6 月2 曰 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：雠2 。f 年6 月厶目 南京理工大学硕士学位论文n - ( j - 氨基- 4 甲氧基苯基) 乙酰胺的合成 1 前言 n ( 3 一氨基一4 甲氧基苯基) 乙酰胺( c 9 h 1 2 n 2 0 2 ，3 - a m i n o - 4 - m e t h o x y a c e t a n i l i d e ) 是 合成偶氮染料和药物的重要中间体化合物，如以此为原料合成4 一乙酰氨基一2 ，( n ，n 一 双乙醇氨基) 苯甲醚，以及制各分散蓝系列颜料以及分散深蓝h l g 的偶氮染料结构 组分【l l ，目前的工业制备方法环境污染严重，不满足环境经济的要求，因此探讨n ( 3 ， 氨基4 甲氧基苯基) 乙酰胺清洁合成方法和工艺，满足工业生产和环境发展需求显示 出重要经济意义和社会效益。 1 1n - ( 3 氨基- 4 - 甲氧基苯基) 乙酰胺的合成进展 国内外研究发展表明目前合成n ( 3 一氨基4 甲氧基苯基) 乙酰胺的主要途径有二 种，分别以4 硝基氯苯和2 ，4 一二硝基氯苯为基本原料1 2 “，经过多个单元反应进行。 由于所应用的二种基础原料具有工业合理经济性，目前的研究重点国内外都集中在降 低环境污染的工艺改进和探索方面。如建立常温常压下的还原单元反应，j y o t h i 等利 用n i a l 水滑石母体制作成n i o a 1 2 0 3 催化剂，能较有效地还原硝基和羰基化合物， 并且对不同的反应物具有不同的化学选择性。反应在温和的条件下于k o h 的异丙醇 溶液中回流数小时，达到9 5 苯胺( 相对于硝基苯) 产率，并且催化剂可再生利用l l 。 g o w d a 研究了硝基化合物在有机酸中在n i 的催化下的选择还原性i l i f 。全合成所涉及 的许多其它基本单元反应，也有许多研究进展，如用相转移催化剂合成对硝基苯甲醚， 聚乙二醇，季铵盐，冠醚都是较为常用的相转移催化剂，其中对冠醚的研究较多，1 9 7 2 年p e d e r s o n 及f r e n s d o r f f 在大环多醚物及其络合物综述论文中，列举了早期应用冠醚 化合物作为相转移催化剂的实例。用水合肼还原硝基化合物也有许多研究进展，同样 催化剂也是影响反应的重要因素。水合肼还原研究初期采用的催化剂主要为贵金属 ( p t 、p d 、r u 等) ，a y y n a g e r 对不同的贵金属催化剂进行比较，发现选用不同的催化 剂其催化效果明显不同。r a n e yn i 的催化效果比p d c 好，在较低的反应温度下即 可获得较好的收率；而r a n e yn i 中加入痕量p t 催化效果得到明显改善，大大缩短了 还原反应的时间。 1 2 论文主要研究内容 课题主要集中解决两方面的问题，一是研究探索芳环甲氧基化单元反应，论证用 相转移催化剂替代高压，大溶剂量下的甲氧基化反应。二是研究探索硝化单元反应的 合理技术工艺和新的方法。替代硝硫混酸强酸硝化剂，建立应用醋酐、硝酸盐等硝化 南京理工大学硕士学位论文 n 一( 3 - 氧基+ 4 一甲氧基苯基) 乙酰胺的合成 剂的制备方法，减少现有大量酸对环境的污染。另外在进行目标产物全合成中所涉及 的单元反应进行合理的方法探索以提高反应性和选择性，讨论反应机理，为工业应用 提供依据。具体研究内容为： ( 1 ) 由对硝基氯苯合成对硝基苯甲醚：以对硝基氯苯、氢氧化钠、甲醇为原料， 相转移催化新方法合成对硝基苯甲醚。 ( 2 ) 由对硝基苯甲醚合成对氨基苯甲醚：以对硝基苯甲醚为原料，用水合肼还 原合成对氨基苯甲醚，探讨不同催化剂的影响。 ( 3 ) 由对氨基苯甲醚合成对乙酰氨基苯甲醚：以醋酸或醋酸酐为酰化剂来合成。 ( 4 ) 2 - 硝基- 4 乙酰氨基苯甲醚的合成：以对乙酰氨基苯甲醚通过硝化反应来合 成2 ，硝基4 一乙酰氨基苯甲醚。优化讨论传统的浓硝酸硝化、混酸硝化法以及探索醋 酸酐和硝酸盐等新的硝化方法。 ( 5 ) n ( 3 氨基4 甲氧基苯基) 乙酰胺的合成：由2 硝基4 乙酰氨基苯甲醚经过水 合肼还原反应合成n ( 3 一氨基4 甲氧基苯基) 乙酰胺。 南京理工大学硕士学位论文 n - ( 3 一氨基- 4 一甲氧基苯基) 乙酰胺的合成 2 实验部分 2 1 对硝基苯甲醚的合成 对硝基苯甲醚又称对硝基茵香醚( p n i t r o a n i s o l e ) ，是合成药物、染料和颜料的中 间体，需求量较大。目前的工业制备方法是对硝基氯苯在一定压力下，大量无机碱催 化下与大量溶剂中进行异相甲氧基化反应，因此长期以来不少化学工作者对合成对硝 基苯甲醚进行研究探讨 1 2 - 1 7 】。 建立在认知上，相转移催化剂在异相反应中具有重要的积极特性，能有效加速分 别处于不互溶的两种溶剂中的反应，使实际参加反应的负离子转移到有机相中，将大 大提高了反应效率【l ”。 现阶段相转移催化剂有很多种类，主要使用的有以下几种： ( 1 ) 聚乙二醇 聚乙二醇( 又称聚氧乙烯) 具有来源丰富、价廉、无毒、化学稳定性好、反应温和、 操作方便、相转移能力强、产品收率高、质量好等优点伸。2 们。 ( 2 ) 季铵盐 季铵盐虽不大稳定，使用过程中容易乳化，但它是研究得最早、应用较广的一类 相转移催化剂【2 l - 30 1 。 ( 3 ) 冠醚 冠醚化合物在1 9 6 7 年首次报道以来，就被应用在当时发现不久的相转移催化反 应。1 9 7 2 年p e d e r s o n 及f r e n s d o r f f 在大环多醚物及其络合物综述论文中【3 ”，列举了 早期应用冠醚化合物作为相转移催化剂的实例冠醚能应用于有机合成，主要是由于 它有二个特性一个是它能与阳离子起络合作用，能使无机盐或碱金届以离子对形式 溶解于有机溶剂，甚至能溶于非极性溶剂二是当无机盐被溶解化时，在溶液中存在 的抗衡离子具有很大活性，它是溶剂化( 水合) 程度很低的“裸露”阴离子 综上所述，聚乙二醇，季铵盐，冠醚都是较为常用的相转移催化剂。考虑到冠醚 价格比较昂贵，用于生产成本过高，季铵盐虽然不够稳定，但是研究较早有一定基础， 且容易取得，价格相对便宜，因此将在实验中研究利用季铵盐作为相转移催化剂的甲 氧基化反应，探索最佳物料比及最佳反应条件，重点研究相转移催化剂的使用量对反 应的影响。 2 1 1 主要仪器和试剂 所用试剂为化学纯以上烷基取代的季铵盐相转移催化剂自制。z f 1 三用紫外 分析仪，g c l 2 2 型气相色谱，和b r u k e rt e n s o r2 7 红外光谱仪。 3 南京理工大学硕士学位论文n - ( 3 - 氨基一4 - 甲氧基苯基) 乙酰胺的合成 2 1 2 实验方法 在装有电动搅拌器，温度计和回流冷凝管的2 5 0m l 的四口烧瓶中，加入对硝基 氯苯及定量催化剂，加入甲醇，加热搅拌至甲醇回流，滴加一定浓度的n a 0 h 水溶 液，升至8 5 ，保温反应。加水1 0 0m l ，搅拌冷却，结晶，洗涤至中性，烘干，产 物熔点5 0 5 5 2 0 ，得率9 6 2 ，纯度9 9 6 。 2 2 对氨基苯甲醚的合成 对氨基苯甲醚( 对甲氧基苯胺或对茴香胺) 为无色晶体，熔点5 7 2 ，沸点2 4 3 ， 溶于乙醇和乙醚。对氨基苯甲醚是染料、医药和香料的重要中间体。可用于生产冰染、 还原和活性等近2 0 种染料。医药上用于生产阿的平、伯喹等药物【3 2 。3 3 】。工业制各方 法是铁粉还原法和n a 2 s 还原法还原对硝基氯苯【3 4 - 3 6 】。由于铁屑法原料易得价格便宜， 对设备的要求低，成本较低，所以工业中应用较广，但是工艺流程长、三废多，对环 境污染大，因此代之以清洁生产工艺势在必行。现阶段研究较多的是金属催化加氢法 和水合肼法。 ( 1 ) 催化加氢法 用液相催化加氢技术还原硝基芳烃制备芳胺，转化率高，质量好，三废少，是一 种清洁工艺技术。工业上芳烃硝基化合物加氢还原按有机反应物料的状态可分为气相 加氢法及液相加氢法。气相加氢法是以气态反应物进行的加氢还原，实际上为气固反 应，此法仅适用于沸点较低、容易气化或在蒸发温度时仍能保持稳定状态的芳硝基化 合物的还原。该法要求芳硝基化合物的沸点要较低，苯胺的制各是气相催化加氢的典 型实例。液相加氢法是在液相介质中进行的加氢还原，一般采用固体催化剂，以氢气 还原芳硝基化台物，实质上为气液固三相反应【37 1 。 传统的加氢反应一般需要高温高压下进行，能耗大，对设备要求高，催化剂选择 性和稳定性会受到影响，为提高选择性和稳定性而加入的各种助剂会造成后处理的困 难及生产成本的增加1 3 踟。用分子氢对芳硝基化合物液相催化加氢可使反应在常压和 4 0 8 0 的条件下进行，所用铂系金属催化剂( 铱、铂、把) 活性高、选择性强。该法 与传统的催化加氢法相比，反应条件温和、无需催化剂过滤、废液排放更少，产品收 率在9 8 以上，成本消耗比传统的催化加氢降低1 0 一3 0 。因此反应条件的温和 化也是液相催化加氢技术的一个发展方向。如j y o t h i 等利用的n i a 1 水滑石母体制作 的n i o a 1 2 0 3 催化剂能够在常温常压下有效的还原硝基和羰基化合物，并且对不同 的反应物具有不同的化学选择性。因此新型催化剂的开发研究也是今后催化加氢技术 进步发展的关键。单一的贵金属催化剂如n i 、p d 、p t 等虽然活性较高，但选择性 差，常常会引发副反应而影响收率。复合催化剂的研究与开发将有助于改善这一状况， 南京理丁大学硕士学位论文n 一( 3 一氨基- 4 - 甲氧基苯草) 乙酰胺的合成 如国外采用合金膜催化剂生产苯胺，镀上一层0 1 1 0 0g m 厚的合金膜为制取苯胺的 催化剂，硝基苯转化率为1 0 0 3 9 1 。 ( 2 ) 水合肼法 水合肼又称水合联氨，是无色强碱性液体，熔点小于4 0 ，沸点1 1 8 5 ，与水 和乙醇混溶，不溶于乙醚和氯仿。有强的还原作用和腐蚀性，能侵蚀玻璃、橡胶、皮 革、软木等。可用作抗氧剂、还原剂、显色剂、化学分析试剂，是制作发泡剂、农药、 医药、香料、火箭燃料的重要原料，是应用十分广泛的有机化工原料【4 0 1 。 水合肼还原法具有清洁、常压进行、安全、后处理简单、转化率高等特点，其收 率与催化氢化法相当，而且不还原硝基物分子中的氰基，水合肼不过量的情况下也不 还原偶氮基；将在多用途间歇式常压反应器内小批量精细化工产品的生产方面具有发 展前景。 胼还原芳硝基物是一种特殊的催化还原法，即肼在催化剂存在下为还原反应提供 氢源。早在6 0 年代初即有人开始水合肼的催化还原研究f 4 ”，但由于水合肼价格较高 且采用贵金属作催化剂，阻碍了其发展。近年由于人们的生态和经济意识不断增强， 水合肼催化硝基物还原又成为研究热点 4 2 4 3 1 ，研究的重点主要集中在价廉、可循环使 用的催化剂开发、硝基物分子结构对还原反应的影响以及硝基物水合肼还原动力学等 方面。过去由于水合肼和贵金属催化剂相对高的价格】，因而阻碍了该方法在工业范 围的应用。这些年来，人们一直在寻找一种更好的催化剂，以便最大限度地发挥肼的 还原作用。h a m 和j a , r l g 曾经研究了肼在还原芳香硝基化合物时蒙脱土的催化活性时 发现，在蒙脱土存在下。肼很容易还原芳香硝基化合物到相应的胺，并得到很高的产 率。例如，对硝基氯苯到对氯苯胺的转化率为9 5 j o s h i 和m u k e s h 认为使用金属 催化剂可引起产物脱卤及取代反应。并提出使用杂多酸催化剂代替上述金属催化剂可 避免这些副反应的发生。 七十年代，一些化学工作者注意到铁的化合物对于催化氢转移显示了一定的活 性这激励人们对此进行了一系列研究h i r a s h i m a 和m i y a t a 于1 9 7 5 年报道了不同 取代基芳香硝基化台物在f e ( i i i ) c 催化剂上用肼还原的研究1 4 ”。随后，m i y a t a 等人 研究了几种铁的氧化物和氢氧化物( a f e o o h ，0 一f e o o h ，f e 3 0 4 ，n f e 2 0 3 ，y f e 2 0 3 ) 颗粒的大小对于硝基甲苯的肼还原催化活性的影响，发现b f e o o h 是最有效的催化 剂。1 9 8 1 年，a y y a n g a r 等人研究了不同溶剂对于氢氧化氧铁催化下肼还原活性的影 响。他们发现，在混合溶剂中，还原反应几乎不发生，而在甲醇或乙醇中，该催化剂 可达到最佳催化效果。l a u w i n e r 等人指出，在适宜的条件下，使用f e c l 3 与n a o h 作 用产生的氢氧化氧铁沉淀作为催化剂，肼可以还原含有偶氮及卤素等取代基的芳香硝 基化合物到相应的胺。该催化剂的活性高于m i y a t a 使用的1 3 f e o o h ，可使对硝基氯 苯到的转化率达到9 8 。研究还发现，还原反应的速度取决于附加取代基的性质和 南京理工大学硕士学位论文n 一( 3 - 氨基4 甲氧基苯基) 乙酰胺的合成 位置而不取决于硝基基团。吸电子取代基可以增加反应速度，而给电子取代基将减缓 反应速度。这些可以用h a m m e t t 方程很好地加以描述。b e n a 等人在前人研究的基础 上，通过活性测试、穆斯鲍尔谱、x 一射线衍射和n 2 物理吸附等手段，系统地研究了 几种铁的氧化物和氢氧化物在水合肼还原取代芳香硝基化合物过程中的催化活性。他 们发现l a u w i n e r 等制备的催化剂与其它催化剂相比显示了最高的活性，主要是由于 该催化刑具有较大b e t 表面积( 2 5 0 3 0 0m 2 g ) ，从而使催化剂的活性中心数增加。 温度对此反应也存在较大影响，在3 2 8k 实验温度下，催化剂循环使用八次未发现失 活，只是观察到催化剂的颗粒增大了。当反应温度从3 2 8k 增加到3 7 3k 时，引起催 化剂颗粒增加并产生q f e o o h ，导致其催化活性显著降低。 2 2 1 主要仪器和化学试剂 所用试剂为分析纯以上，对硝基苯甲醚自制。z f l 三用紫外分析仪，g c l 2 2 气相色谱仪和b r u k e rt e n s o r2 7 型红外光谱仪。 2 2 2 实验方法 实验中采用无水a 1 c 1 3 ，f e c l 3 1 6 h 2 0 和0 氢氧化氧铁三种催化剂进行水合肼的 还原反应，考察不同特性催化剂的影响。 向反应烧瓶中加入适量的甲醇溶剂，称取适量的催化剂加入到反应器中，再向四 口烧瓶中加入适量的对硝基苯甲醚，加热搅拌，温度升高到甲醇开始回流，向反应混 合物中滴加适量的水合肼，滴加水合肼的时间约为1h ，升温至甲醇回流，t l c 跟踪 反应。反应结束后蒸去甲醇，洗至中性，烘干，称重。产物熔点5 7 0 5 8 0 ，得率 9 5 1 ，纯度9 9 5 。 2 3 对乙酰氨基苯甲醚的合成 对乙酰氨基苯甲醚，又名对甲氧基乙酰苯胺，白色结晶性粉末，微有苦味，易燃， 熔点1 3 0 1 3 2 ，不溶于冷水，能溶于乙酸、乙醇、氯仿，低毒。用于制造分散深 蓝h g l ，分散藏青2 g l ，枣红g p 色基；也用作医药中间体。对氨基苯甲醚的酰化 有下列几种方法【4 6 1 ：用冰醋酸进行乙酰化是一个可逆反应，反应温度高，反应一段时 间后还需要向外蒸出稀醋酸，补加冰醋酸后再加热继续进行乙酰化，既有回流，又有 蒸馏，设备复杂，操作繁琐，否则反应难以彻底。用羧酸酐做酰化剂是一个不可逆反 应，不用除去反应生成的羧酸。最常用的是乙酐，由于它比较活泼，在2 0 9 0 反 应即可顺利进行，乙酐的用量一般过量5 1 0 。室温下乙酐的水解速度很慢，乙 酐与活泼芳胺的酰化速度要比乙酐的水解反应速度快的多，因此，反应可在水中进行。 6 南京理t 大学硕士学位论文 n - ( 3 - 氪基- 4 甲氧摹苯基) 乙酰胺的合成 当芳胺长时间与过量的乙酐共热时，除一酰化产物外，可得到一定量的二酰化产物。 然而在水的存在下，二酰化物通常是不稳定的，将水解脱去一个酰基。若在乙酐中加 入少量的醋酸，将会缩短反应时间，产物的得率也有所提高。 2 3 1 所用药品和主要仪器 所用试剂为化学纯以上，对氨基苯甲醚自制。z f 一1 三用紫外分析仪，w a t e r s6 0 0 高效液相色谱仪和b r u k e rv e c t o r 型红外光谱仪。 2 3 2 合成方法 乙酰化反应是比较容易实施，反应时间短，速度快，反应在加入酰化剂之后，在 7 0 左右保温2 0m i n ，反应即可完成。对乙酰氨基苯甲醚的合成方法很多，本实验 中也采用了下列两种合成方法：直接用醋酸酐酰化，和用醋酸、醋酸酐酰化。 ( 1 ) 醋酸酐酰化法：在带有回流冷凝管、温度计的三口烧瓶中加入o 0 5m o l 原 料对氨基苯甲醚，加热搅拌升温到5 0 ，向其中缓缓加入一定量的醋酸酐，升温到 7 0 ，保温，t l c 跟踪反应确定反应时间。 ( 2 ) 醋酸、醋酸酐酰化法：在带有回流冷凝管、温度计的三口烧瓶中，加入0 0 5 m o l 的对氨基苯甲醚，醋酸，搅拌加热升温到5 0 ，向其中加入一定量醋酐，升温 到7 0 保温，t l c 跟踪反应。产物熔点1 3 1 0 1 3 2 0 ，得率9 5 5 ，纯度9 9 4 。 2 42 一硝基一4 一乙酰氨基苯甲醚的合成 2 - 硝基一4 一乙酰氨基苯甲醚，又称3 一硝基4 甲氧基乙酰苯胺，熔点1 5 3 。2 一硝 基4 一乙酰氨基苯甲醚是有机合成原料，可用于制造染料和医药产品，是一种染料和 医药中间体。 2 硝基一4 乙酰氨基苯甲醚是由对乙酰氨基苯甲醚经硝化反应制得。从十九世纪到 现在，硝化反应发展已经历时两个多世纪，出现了许多种硝化方法1 4 7 5 ，工业硝化方 法主要有以下几种：稀硝酸硝化，一般用于含有强的第一位定位基的芳香族化合物的 硝化，反应在不锈钢或搪瓷设备中进行，硝酸约过量l o 一6 5 ；浓硝酸硝化，这 种硝化方法往往要用过量很多倍的硝酸，除此之外，这种方法还存在着很多当面的缺 点，反应中生成的水使硝酸的浓度降低，以致硝化反应速度不断下降或中止，而且硝 酸的氧化能力也随着其浓度的降低而增强，有时会发生侧链氧化反应，所以硝酸的实 际应用受到限制。 工业上最常用的是硝硫混酸做硝化剂，其中硝酸是硝化荆，硫酸为强质子酸，可 以大大提高其硝化能力。硫酸的作用在于它是一个活化剂。 南京理工夫学硕士学位论文n - ( 3 一氨基一4 - 甲氧摹苯基) 乙酰胺的台成 强硝化剂通常由硝酸或二氧化氮与活性添加剂( 硫酸，三氯化铝) 组成。活化硝 化剂是一些酸度函数很高的化学物质，他们能使硝化剂中的氮原子的亲电性和配价不 饱和性最高，极限情况是强化生成n 0 2 + 为其特点。硫酸就是这样一种活化剂，而且 是上述活化剂中最廉价而最容易获得的一种。硫酸在混酸中的作用又在于它是一种强 吸水剂，它能与硝化反应生成的水结合成为硫酸的水台物，使硝酸不被水稀释，甚至 使硝酸不含水，避免硝酸做酸式电离，从而提高硝酸的利用率。 虽然硝硫混酸廉价易得，在工业上广泛采用，但是也有很多缺点，如：大量使用 硫酸产生的有机废酸和废水，因强酸性造成仪器设备腐蚀严重，由于放热和副反应存 在爆炸等操作不安全因素。因此必须寻求更为安全和高效的绿色硝化剂，很多类似的 工作也在进行。 硝酸乙酸酐也是一种常用的硝化剂，其硝化能力很强，可以顺利的将很多芳基 化合物硝化成一硝基化合物，用其硝化苯甲醚，乙酰苯胺等物质时，可以提高邻对位 产物的比率，实验室常用硝酸一乙酸酐硝化剂研究芳香族化合物的硝化动力学和选 择性。用硝酸一乙酸酐硝化烯烃，可以得到硝基醇的乙酸酯。硝酸乙酸酐体系酸 度降低，不易使被硝化物质子加成而酸解，适于做胺类的硝化剂。 硝酸盐与乙酸，乙酸酐的混合物具有中等的硝化能力，可以硝化苯以及含有邻对 位定位基的芳香族化合物，如苯胺，氯苯，甲苯，萘等，产品通常为一硝基化合物。 此外，有些硝酸盐如硝酸铋，硝酸铝等易水解放出硝酸，其水溶液有一定硝化能力， 在一定条件下，可以硝化脂肪族和芳香族化合物。 有机硝酸酯也可用做硝化剂，可以便反应在完全无水的介质中进行，这种硝化反 应可分别在碱性介质中或酸性介质中进行。近期以来，在碱性介质中用硝酸酯对活性 亚甲基化合物进行硝化的研究工作还是引人注目的，因为它可以用来硝化那些通常不 能在酸性条件下进行硝化的化合物，如一些酮，酰胺，甲酸酯以及杂环化合物等，在 碱性介质或酸性介质中通常用硝酸乙酯做硝化剂进行硝化。 此外，氮的氧化物。如三氧化二氮，五氧化二氮等也有一定的硝化能力。 2 4 1 所用药品和主要仪器 所用的试剂均为分析纯以上。z f 一1 型三用紫外分析仪，w a t e r s6 0 0 型高效液相 色谱仪，b r u k e rt e n s o r2 7 型红外光谱仪。 2 4 2 实验方法 ( 1 ) 以发烟硝酸做硝化剂，以二氯甲烷为溶剂。具体试验步骤为：在带有回流 冷凝管、温度计的四口烧瓶中，加入定量的溶n - 氯乙烷( 或三氯甲烷) 和原料对乙 南京理工大学硕士学位论文n ( 3 氨基- 4 甲氧萆；苯基) 乙酰胺的合成 酰氨基苯甲醚，冰水浴，然后向其中滴加一定量的9 8 的发烟硝酸，滴加硝酸的过程 中温度控制在一定值，滴加完毕后保温8h ，加入适量水，常压蒸馏，蒸出溶剂，结 束反应。 ( 2 ) 以发烟硝酸做硝化剂，甲基磺酸为催化剂，以乙酸，乙酸酐为溶剂。具体 试验步骤为：在带有回流冷凝管、温度计的四口烧瓶中，加入定量的溶剂和对乙酰氨 基苯甲醚，然后向其中滴加一定量的9 8 的发烟硝酸，滴加硝酸的过程中温度控制在 一定值，滴加完毕后保温8h 后，常压蒸馏，蒸出溶剂，结束反应。 ( 3 ) 以硝酸盐为硝化剂。乙酸和乙酸酐为溶剂。在带有回流冷凝管、温度计的 四口烧瓶中，加入定量的溶剂和硝酸盐，水浴溶解后。加入原料，保温反应7h ，旋 转蒸发一定量溶剂后，乘热到入冰水中并搅拌，水洗至中性得黄色固体，烘干，称重， 测熔点。 ( 4 ) 在带有回流冷凝管、温度计的四口烧瓶中，以一定浓度的硫酸为溶剂将对 乙酰氨基苯甲醚溶解，然后向其中滴加适量的一定浓度的硝酸，原料溶解和滴加硝酸 的过程中反应温度保持在规定值，保温，反应时间用t l c 跟踪确定。产物熔点1 5 2 ，0 1 5 3 0 。c ，得率9 8 0 ，纯度9 9 1 。 2 5n 一( 3 - 氨基一4 一甲氧基苯基) 乙酰胺的合成 n ( 3 氨基4 一甲氧基苯基) 乙酰胺是合成偶氮染料的重要中间体，可以用来合成4 一 乙酰氨基2 ( n ，n 双乙醇氨基) 苯甲醚，也是制各分散蓝s - 3 g l 、c i 分散蓝7 9 ，c 1 分散蓝3 0 1 ，c i 分散蓝5 8 等分散颜料的重要的中间体和分散深蓝h l g 的偶合组分。 目前，国内生产该染料的年产量达5 0 0 0 吨左右，约占分散染料总产量的一半。 以2 硝基4 乙酰氨基苯甲醚为原料，经还原反应得n - ( 3 一氨基一4 一甲氧基苯基) 乙 酰胺，常用的还原方法有硫化钠还原法、催化加氢还原法、强碱介质还原法、铁屑还 原法。以硫化钠还原2 硝基一4 乙酰氨基苯甲醚，最大的缺点是在该还原溶液中，乙 酰氨基容易发生水解反应，而且产生大量的废水，且废水成份复杂，难以处理。铁粉 在电解质溶液中将硝基还原成氨基，是最常见方便的方法，工艺简单，适用面较广， 副反应少，对设备要求低，操作较安全等优点。但是产生大量的铁泥，对环境污染很 大，无发展前景。强碱对仪器设备的腐蚀很大，对生产设备的要求很高，所以并不被 工业上所采用。催化加氢还原法需使用贵金属作催化剂。水合肼方法具有清洁、常压 进行、安全、后处理简单、转化率高等特点，而且不还原硝基物分子中的氰基，尤其 适合多用途间歇式常压反应器内小批量精细化工产品的生产。 南京理工大学硕士学位论文n - ( 3 一氨基一4 一甲氧基苯基) 乙酰胺的台成 2 5 1 所用药品和主要仪器 所用试剂为分析纯以上。z f 1 型三用紫外分析仪，w a t e r s6 0 0 型高效液相色谱仪 b r u k e rt e n s o r2 7 型红外光谱仪。 2 5 2 实验方法 本实验中采用无水f e c l 3 6 h 2 0 进行水合肼的还原反应，并比较对硝基苯甲醚和 2 硝基4 ，乙酰氨基苯甲醚两种硝基物的结构对反应的影响。 向反应器中加入适量的甲醇作溶剂，准确称取适量的催化剂加入到反应器中，再 加入适量的2 一硝基4 乙酰氨基苯甲醚，加热搅拌，待温度升高到甲醇回流时，向反 应装置中滴加适量的水合肼，滴加水合肼的时间约为1h ，保温在甲醇回流温度，t l c 跟踪反应完成。产物熔点1 0 2 0 1 0 3 0 ，得率9 3 4 ，纯度9 9 2 。 南京理工丈学硕士学位论文n 一( 3 氨基4 一甲氧基苯基) 乙酰胺的合成 3 结果与讨论 3 1 对硝基苯甲醚的合成 3 1 1 相转移催化剂的反应原理 本实验中运用了相转移催化剂，在相转移催化剂的作用下，将水相中的c h s o 转移到有机相中和对硝基氯苯发生亲核取代反应： n a o h + c h 3 0 h ；毫c h 3 0 n a + h 2 0 c h 3 0 。+ q + c l 一；兰c h 3 0 q + + c l - ( 其中q + 为季铵盐阳离子) c l 弋 n 0 2 + c h ，o q n o 卜c h 3 0 h + q + c i 3 1 2 甲醇对反应收率的影响 在一定条件下，考察加入不同甲醇量下对反应的影响，结果见表3 1 。 表3 1甲酵对反应收率的影响 注：反应条件为1 9 7 9 对硝基氯苯，1 0g 催化剂，3 7 5g3 5 n a o h 水溶液。 表3 1 表明，随着甲醇量的增加，纯度有所上升；随着甲醇量的增加。产物在甲 醇中的溶解量也不断增加，因此原料与甲醇的合适的量( 摩尔) 比为1 ：1 6 3 。 3 1 3n a 0 h 水溶液的浓度对反应的影响 在其他条件相同的情况下，考察n a o h 水溶液的质量浓度对反应的影响，结果见 表3 2 。 j j 南京理工大学硕士学位论文n ( 3 - 氨基一4 甲氧基苯基) 乙酰胺的合成 表3 2n a o h 水溶液的浓度对反应的影响 注：反应条件为1 9 7g 对硝基氯苯，1 0g 催化剂，6 5g 甲醇，1 0 5gn a o h 。 表3 2 说明，增加n a o h 的浓度能使对硝基苯甲醚的纯度大幅提高，由丁c h 3 0 。 和对硝基氯苯发生亲核取代反应，反应速率取决于c h 3 0 。的浓度，因此随着n a o h 浓度的增加，甲醇和n a o h 反应生成更多c h 3 0 一，使反应正向进行。此外随着n a o h 浓度增加，使水相减少，甲醇在水相中的浓度增加，也使得反应向生成c h 3 0 一的方 向进行。 n a 0 h 浓度4 0 ，得率较好，这是随着n a o h 浓度增加容易引发副反应，生成偶 氮化物： c - 弋) 一m 弋 r n 0 2 + r 2 m n 耐a o h r ， n 一q 啪一， 因此对硝基氯苯与甲醇醚化反应中，由于反应体系的碱性和甲醇碱溶液的还原 性，伴随着发生对硝基氯苯的水解和偶联等副反应，适当的控制碱度有利于抑制副反 应的发生。 3 1 4n a 0 h 的量对反应的影响 在其他条件相同的情况下，称取不同质量的n a o h 配成4 0 的水溶液，结果见 表3 _ 3 。 南京理t 大学硕士学位论文n - ( 3 - 氨基一4 - 甲氧基苯基) 乙酰胺的台成 表3 3n a o h 的鼍对反应的影响 注：反应条件为1 9 7 9 对硝基氯苯，1 0g 催化剂，6 5 9 甲醇。 表3 3 说明，增加n a o h 的量能提高产物的纯度和得率，由于醇钠是比n a o h 更 强的碱，因此为了产生更多的醇钠，n a o h 过量有利。同时考虑到n a o h 用量太大会 增加成本，故确定在原料与n a o h 的量( 摩尔) 比为1 ：2 1 0 。 3 1 5 催化剂用量对反应的影响 表3 4 催化剂用最对反应的影响 注：反应条件为1 9 7g 对硝基氯苯，6 5g 甲醇，2 6 3g 浓度4 0 的n a o h 水溶液。 表3 4 说明，在催化剂用量达到1 0g 时能具有好的反应结果。当催化剂用量 不足时，有大量的反应物剩余且产率不高，这是因为由甲醇生成的c h 3 0 和由n a o h 水解产生的o h 。都能和催化剂的阳离子部分q + 形成离子对进入有机相与对氯硝基 苯发生亲核取代反应，但根据软硬酸碱理论，q + 应优先和c h 3 0 结合，而o h 留在 水相中不易与对硝基氯苯发生反应。因此相转移催化剂能促进醚化和抑制水解的发 生。 3 1 6 加料方式对反应的影响 主要讨论两种加料方式，( 1 ) 将对硝基氯苯、甲醇、催化剂加入到四口烧瓶中， 加热待对硝基氯苯溶解后，再向烧瓶中滴加已经配好的氢氧化钠水溶液；( 2 ) 在四口 烧瓶中加入甲醇、催化剂、己配制好的氢氧化钠水溶液，加热搅拌，等温度升到一定 值再向烧瓶中加入原料对硝基氯苯，保温反应。本实验主要讨论了氢氧化钠浓度为 4 5 、4 0 两种浓度下，对硝基氯苯、甲醇、氢氧化钠三者的物质的量比1 ：1 6 3 ：2 1 0 南京理t 大学硕士学位论文n - ( 3 氨基4 甲氧基苯基) 己酰胺的台成 的实验条件下，加料方式对对硝基苯甲醚的得率的影响。实验结果见表3 5 。 表3 5 不同加料方式对反应的影响 注：加料方式1 表示滴加已配好的氢氧化钠水溶液：2 表示对硝基氯苯加入混合溶液中 表3 5 表明，加料方式2 使得纯度和得率都有明显的下降，这是因为方式2 中加 料开始时氢氧化钠溶液的局部浓度过大，使得生成过多的偶氮化物。其次，由于该反 应是一个放热反应，如果将原料对硝基氯苯加入氢氧化钠溶液中，反应相当剧烈，实 验过程中反应温度不能稳定控制在所需的温度，反应过程中反应本身放出的热量不能 及时散开，当原料的用量非常大时，反应时放出来的热量不能散去会导致热量聚集， 温度急剧升高，发生危险的可能性很大。 3 1 7 反应机理的讨论 芳香族亲核反应发生有以下几种类型和特性：( 1 ) 具有邻对位的吸电子基团的芳 烃有利于发生反应；( 2 ) 强碱催化的反应形成芳炔中间体进行反应：( 3 ) 重氮盐的氮 被亲核试剂置换的反应。以下是几种典型的反应机理： s n 2 ： s n l ： 苯炔： x + y ! 萨生扩y + x - 。 y 一 + x 。一c - y 4 。0 9 南京理工大学硕上学位论文 n - ( 3 - 氨摧4 - 甲氧基苯基) 乙酰胺的合成 双喜+ y _ - - o + x - + h y 一双h y + 双三 其中，s n l 历程反应速率对底物是动力学一级，不依赖亲核试剂y 的浓度，而表 3 2 和3 3 中改变n a o h 的浓度及物质的量，反应速率改变很大，因此不是s n l 历程。 但对重氮盐来说，这个机理很重要。 苯炔的反应历程，需要用比通常使用的碱碱性更强，进入的基团并不是占据离去 基团空出的位置。这己通过1 - 1 4 c 一氯代苯与氨化钾的反应很好的证实。因此若按此反 应历程进行，反应产物应有对硝基苯甲醚和邻硝基苯甲醚两种物质生成，而产物中只 有对硝基苯甲醚一种物质，未检测到邻硝基苯甲醚化合物，不可能是苯炔反应历程。 在s n 2 历程中，第一步是决定速率的，在这种情况下，进攻试剂与底物作用成键， 产生中间体，然后离去基再离去。在甲氧基化的反应中，是由c h s o 。和对硝基氯苯发 生亲核取代反应，反应速率取决于c h 3 0 。的浓度，因此随着n a o h 浓度和物质的量 的增加，甲醇和n a o h 反应生成更多c h 3 0 ，使反应正向进行：此外随着n a o h 浓 度增加，使水相减少，甲醇在水相中的浓度增加，也使得反应向生成c h 3 0 的方向 进行因此s n 2 反应历程能较好地解释实验所产生的结果。 3 1 。8 规模实验 在1 9 7g 对硝基氯苯、1 0g 催化剂、6 5g 甲醇、1 0 5g 氢氧化钠配成4 0 的 氢氧化钠水溶液的基础上进行放大实验，加料方式采用滴加的方式，薄层分析跟踪反 应。分别对该实验进行了2 倍、4 倍、8 倍、1 2 倍和1 6 倍的放大实验，结果见表3 6 。 表3 6 规模实验 从表3 7 可以看出，在此工艺条件下，对硝基苯甲醚得率随着放大倍数变大稳步 升高，纯度也达到了9 9 以上，达到本实验合成对硝基苯甲醚的要求。下图是对放 大8 倍的产物取样作的g c 分析，从该图谱中可以看出反应物已经完全转化，目标产 物对硝基苯甲醚的纯度达9 9 6 ，其中含有很少量的杂质。 南京理工夫学硕士学位论文 n 一( 3 - 氧基- 4 一甲氧基苯基) 乙酰胺的合成 。；：i； 3 i 9 产物的结构表征 图3 1 对硝基苯甲醚的g c 图 以对硝基氯苯为原料进行甲氧基化反应，所形成的产物对硝基苯甲醚的i r 分析 结果见下图。 图3 2 样品的i r 谱图 1 5 0 0 5 3c l l l 。1 和1 5 9 6 0 5c m ，芳环特征吸收；8 4 5 5 2c m ，芳环对位取代吸收 峰；1 3 3 3 6 4c m - 1 , 1 5 6 6 2 5 c m ，。n 0 2 特征吸收，2 8 3 8 2 3c m 。和2 9 3 0 9 5c m ，o c h 3 ( c 1 6 南京理工大学硕士学位论文n - f 3 - 氪摧一4 - 甲氧基苯摹) 乙酰胺的合成 一h ) 特征吸收；1 2 5 5 9 3c m ，芳醚( c o ) 的特征吸收。 3 2 对氨基苯甲醚的合成 3 。2 1 水合肼还原法的反应原理 2 + 3n 2 h 4 h 2 0 旦! 里三兰二堕蛀2 肼还原芳香硝基化合物的方法，实际上是一种特殊的催化还原法，即肼在催化剂 存在下分解出氢气进而还原硝基基团目前，对水合肼还原的机理还研究的很不够， 本实验主要讨论无水a i c l 3 ，f e c l 3 6 h 2 0 和1 3 氢氧化氧铁三种催化剂对还原的催化 效果。 3 2 2 无水a 1 c 1 。催化剂 表3 7 无水a i c l 3 做催化荆对反应的影响 该反应用8 5 的水合肼，原料和水合肼的物质的量之比为l ：4 0 ，滴加时间为1 h 。从得率和纯度分析可以看出，还原产物很少，绝大部分还是原料( 其中原料熔点 为5 0 0 5 2 0 ，产物熔点为5 7 0 5 8 0 ) ，效果不及没有填加任何催化剂时的。这 说明无水a 1 c 1 3 没有催化作用，此外滴加水合胼时有大量的白雾生成，这可能是无水 a i c l 3 遇水时生成的酸雾，而水合肼是强碱性，整个反应体系也为碱性，因此加入无 水a i c l 3 反而抑制了反应的发生。由此可见无水a 1 c 1 3 不适合作为此反应催化剂。 南京理工人学硕士学位论文n - ( 3 氨基- 4 - 甲氧基苯基) 乙酰胺的台成 3 2 3 f e c l 。6 h 2 0 做催化剂 3 2 3 1 水合肼的量对反应的影响 表3 8 水合肼的最对反应的影响 注：量比为原料和水合肼酌物质的量之比。 该反应用8 5 的水合肼，0 1gf e c l 3 6 1 - 1 2 0 ，滴加时阳j 为1h 。随着水合肼物质 的量增加，得率和纯度都提高，当原料和水合肼的物质的量之比为1 ：4 时达到最佳 工艺条件。 3 2 3 2 滴加时间对反应的影响 表3 9 水合肼的量对反应的影响 注：量比为原料和水合肼的物质的量之比。 表3 8 滴加水合肼的时间为lh ，表3 9 的滴加时间为0 5h ，两相对比可知滴加 水合肼的速度过快，对产率和纯度的影响很大，因此滴加速度控制在1h 。 3 2 3 3 催化剂用量对反应的影响 该反应用8 5 的水合肼，原料和水合肼的物质的量之比为1 ：4 0 ，滴加时间为 1 小时。增加催化剂的用量对反应贡献很大其中当催化剂用量为0 0 7 5g 和0 1 0g 时，反应时间分别为4h 和5 5h ( t c l 跟踪) 时反应已进行完全，考虑到o ，1 0g 时 产率和纯度都最高，而该催化剂相对于其他贵金属催化剂成本低廉，所以催化剂的用 量定为0 1 0g 。较好的条件为n ( 原料) ：n ( 水合肼) ：n ( f e c l 3 6 h 2 0 ) = l ：4 ：0 0 1 3 。 南京理工大学硕士学位论文n ( 3 - 氨基- 4 - 甲氧嬉苯基) 乙酰胺的合成 3 2 4b 一氢氧化氧铁做催化剂 3 2 4 1 催化剂的制备 将8 0gf e c l 3 6 h 2 0 溶于1 0 0m l 蒸馏水中，逐滴加入2 0m o l 1 的n a o h 溶液， 产生红棕色沉淀，调p h 至7 8 ，在2h 内将此混合物温度慢慢升至6 0 ，并在该 温度下恒温1 2h ，过滤，洗涤，在6 0 下干燥，研磨。最后催化剂为红棕色粉状颗 粒。反应方程式如下 f e c i ，- 6 h 2 0 + 3 n a o h f e ( o h ) 3 + 3 n a c l + 6 h 2 0 入 f e ( o h ) 3 兰pf e o o h + h o 3 2 4 2 水合肼的量对反应的影响 表3 11 水台肼的量对反应的影响 注：量比为原料和水合肼的物质的量之比。 该反应用8 5 的