对溴苯胺的全合成.doc

作者： 20102401062 10化学师范5班对溴苯胺的全合成（广州市华南师范大学化学与环境学院）摘要 对溴苯胺是非常重要的有机化工原料，其合成要经历硝化、还原、保护、溴代、去保护等多个步骤。实验的过程中容易产生爆炸（硝化）、所需的反应温度高、空气污染严重（溴气和二氧化氮等），仍有需要改进的地方。关键词 对溴苯胺 硝化 溴代The total synthesis of 4-Bromoanilines Yanjun Zhang, Junjie LuoSchool of Chemistry and Environment, South China Normal University , GuangzhouAbstract 4-Bromoanilines is very important to the organic chemical raw materials, to experience the synthesis of nitrification, reduction, protection, bromination, and to protect the and so on many steps. The course of experiment easy to produce explosion (nitration), the reaction temperature is high, the air pollution (bromine gas and nitrogen dioxide, etc), there are still areas in need of improvement.Keyword 4-Bromoanilines nitrification bromination溴代苯胺是一类很重要的化工中间体,在医药、染料、颜料等精细化工产品的合成中应用广泛。本文主要是分析实验条件和实验结果。实验过程一、实验目的（1）掌握芳烃硝化、硝基的还原、氨基的保护与去保护、芳烃卤化反应。（2）掌握重结晶及熔点测定技术。（3）初步掌握有机化合物全合成的概念。二、实验原理硝化反应是制备芳香硝基化合物的主要方法，也是重要的亲核取代反应之一，芳烃的硝化在浓硫酸与浓硝酸作用下较容易进行，芳烃的氢原子被硝基取代，生成相应的硝基化合物。芳香硝基化合物还原是制备芳胺的主要方法，实验室常用的方法是在酸性溶液中用金属进行化学还原，最常用的方法是使用锡-盐酸来还原简单的硝基化合物，也可以用铁-醋酸法。苯胺很容易进行酰基化反应，即氨基中的氢原子被酰基取代，这样可以保护芳胺的氨基。卤素对苯环上的取代反应属亲电取代反应，苯环上如有取代基，则按取代基的亲电取代定位规则进行反应。对溴乙酰苯胺在酸性条件下去保护生成目标产物。三、仪器和试剂仪器清单 电子天平、铁架台、圆底烧瓶、锥形瓶、电热套、刺形分馏柱、蒸馏头、温度计、温度计套管、直形冷凝管、接引管、玻璃棒、烧杯、量筒、水浴锅、布氏漏斗、抽滤瓶、循环水多用真空泵、表面皿、磁力搅拌器、磁力搅拌子、三口烧瓶、恒压滴液漏斗、普通漏斗、回流冷凝管、胶头滴管等。药品清单 苯胺，冰醋酸，锌粉，活性炭，液溴，95%乙醇，20%氢氧化钠溶液，浓盐酸，亚硝酸钠，冷苯，5%氢氧化钠溶液等。四、实验试剂及产物物理常数物质分子量密度熔点沸点性质描述硝基苯123.111.205(15/4) 5.7210.9 无色或微黄色具苦杏仁味的油状液体。难溶于水，密度比水大； 易溶于乙醇、乙醚、苯和油。遇明火、高热会燃烧、爆炸。与硝酸反应剧烈。硝基苯由苯经硝酸和硫酸混合硝化而得。作有机合成中间体及用作生产苯胺的原料。苯胺93.1281.02 （20/4）6.3184加热至370分解。稍溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。暴露于空气中或日光下变为棕色。可用水蒸气蒸馏，蒸馏时加入少量锌粉以防氧化。提纯后的苯胺可加入 1015ppm的NaBH4，以防氧化变质。乙酰苯胺135.1652 1.2190(15/4) 114.3304 白色有光泽片状结晶或白色结晶粉末，是磺胺类药物的原料，可用作止痛剂、退热剂、防腐剂和染料中间体。可燃，呈中性或极弱碱性。遇酸或碱性水溶液易分解成苯胺及乙酸。物质分子量密度熔点沸点性质描述对溴乙酰苯胺214.05921.717167169353.4 at 760mmHg 溶于苯、氯仿、乙酸乙酯，略溶于醇，微溶于热水，不溶于冷水；是一种浅黄色晶体或粉末状晶体对溴苯胺172.03 1.4970（液体，99.6） 66.4 沸点时分解从60%乙醇中析出者为正交晶系双锥体针状结晶。 不溶于水，易溶于乙醇和乙醚。 五、实验步骤1、苯胺的制备在100ml 的圆底烧瓶中加入9g 锡粒，4ml（约4.92g）硝基苯，装上回流装置，量取20ml 浓盐酸，分数次从冷凝管口加入烧瓶并不断摇动反应混合物，若反应太激烈，瓶内混合物沸腾时，将原地烧瓶放入冷水中片刻，使反应缓慢。当所有的盐酸加完后，将烧瓶置于沸水浴中加热30min，使还原趋于完全（此时反应物不再呈现硝基苯的黄色）。使反应物冷却至室温，在摇动下慢慢加入50%NaOH 溶液使反应物呈碱性，然后将反应瓶改为水蒸气蒸馏装置（如下图），进行水蒸气蒸馏直至蒸出澄清液为止。将馏出液放入分液漏斗中，分出粗苯胺，水层加入氯化钠固体3-5g 使其饱和后，用20ml 乙醚分两次萃取，合并粗苯胺和乙醚萃取液，用粒状氢氧化钠干燥。将干燥后的混合液小心地倾入干燥的50ml 蒸馏烧瓶中，在热水浴上蒸去乙醚，然后改用空气冷凝管，在石棉网上加热，收集180-185的馏分，产量约2.3-2.5g（产率约63%-65%）。2、乙酰苯胺的制备在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。3、乙酰苯胺的溴化在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3.50g 乙酰苯胺溶解于15.0ml 乙醇中，将1.31g 溴溶解于3ml 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，用乙醇重结晶，得到白色针状晶体。4、对溴乙酰苯胺的水解在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6.42g（0.03mol）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，用乙醇-水重结晶，自然晾干。六、实验结果与讨论1、苯胺的制备 （1）苯胺制备的方法概述工业上还原芳香硝基化合物的方法主要有金属还原法、硫化碱还原法、催化加氢还原法和电化学还原法等。 金属还原法是利用金属作为还原剂，芳香硝基化合物发生还原反应得到芳胺，而金属自身被氧化。这种方法具有产品选择性高、质量好的优点，但主要缺点是会产生大量的含盐废水和废渣。随着环保意识的增强，现在很多国家都采用电化学还原法，如英国、美国，在我国目前主要是采用催化加氢法和铁粉还原法。1 （2）如何提高该反应的产率？提高反应的温度表1 不同条件对硝基苯选择还原制备苯胺的影响 2EntryPCO2/MPaT/t/minConv(NB)/%60.150602870.160602080.1806034从表中可以看到体系的温度是影响次还原反应的重要因素。从60到80，苯胺的产率有所增加。（本实验用CO2代替浓盐酸，60时CO2在水中的溶解度降低，所以产率比50降低。） 温度身高，硝基苯在水中的溶解度增加，且高温时各物质间的传质较快，所以反应速率加快。控制原料的投入比例 2从表中可以类推实验中加入的硝基苯和锡在符合一定的比例的情况下，可以得到最大产率。2、乙酰苯胺的制备（1）乙酰苯胺的制备方法的概述 3 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微波加热不同于常规加热，它是微波能直接作用于介质分子，是直接加热，具有加热迅速、受热体系均匀、热效率高，便于控制，产品质量高等特点。微波加热将是取代目前许多既耗能、又费时，造成环境污染等传统方法的一项新技术。从绿化化学的原理出发，应尽可能少地使用能源，而微波加热技术从热效率和经济效益上考虑正符合这一要求。63.对溴乙酰苯胺的制备（1）对溴乙酰苯胺的制备方法的概述 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。本实验没有使用催化剂，所以反应时间相对较长。氯或溴分子在这一反应中显然是亲电试剂，即作为正离子而进攻苯环的。但氯或溴本身不能与苯其取代反应，必须经路易斯酸的活化才能使氯或溴分子异裂。因此，卤化的第一步是卤素与苯环形成化合物，在路易斯酸如三氯化铁的协助下进一步生成络合物。7 形成活性较强的亲电试剂亲电试剂进攻苯环形成中间体-络合物-络合物失去质子，苯环恢复稳定结构，即生成取代产物结论：提高本实验产率的方法： 在苯胺制备的过程中提高反应温度，控制硝基苯与铁的投入比例。 在乙酰苯胺的制备中：分多次加入过量的乙酸（总量确定），在回流反应结束后，蒸出过剩的乙酸。 用微波法反应时间更短、反应收率更高。 常用的催化剂有铁、铝、磷及其卤化物。使用催化剂可以加快反应的速率。参