對溴苯胺的全合成

1、以苯胺為原料合成對溴苯胺化學(xué)與環(huán)境學(xué)院 摘要：對溴苯胺是非常重要的有機(jī)化工原料，本合成過程要經(jīng)歷還原、保護(hù)、溴代、去保護(hù)等多個步驟。本實(shí)驗以本實(shí)驗以10mL苯胺為初始原料，用醋酸將苯胺乙酰化制成乙酰苯胺，再用溴單質(zhì)親電取代乙酰苯胺對位上的氫生成對溴乙酰苯胺，最后在酸性條件下把對溴乙酰苯胺轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物對溴苯胺，稱量得到其質(zhì)量為1.86g.Abstract: 4-Bromoanlinesis very important organic chemical raw materials, its synthesis process go through reduction, protection,

2、bromination, to protect and a number of steps.In this experiment, 10mL as aniline the raw material. And then acetic acid made aniline acetylation to acetanilide. Brominereplace the Acetanilide hydrogen generated on the bit by the Electrophilic substitution and generate para-Bromoacetanilide.At last,

3、 under acidic conditions Bromoacetanilide is turned into bromo aniline-the target product.The mass of the target product is 1.86g.關(guān)鍵詞：苯胺 對溴苯胺 乙酰苯胺Key words：aniline 4-Bromoanlines acetanilide1.前言：乙酰苯胺是白色有光澤片狀結(jié)晶或白色結(jié)晶粉末，在水中再結(jié)晶析出呈正交晶片狀。無臭或略有苯胺及乙酸氣味。 呈中性或極弱堿性。在遇酸或堿性水溶液易分解成苯胺及乙酸。在苯環(huán)上比較容易發(fā)生親電取代反應(yīng)，和硝酸、鹵素等反應(yīng)

4、生成對應(yīng)的取代乙酰苯胺。目前，國內(nèi)生產(chǎn)芳香族胺類多采用酸性條件下的鐵粉還原法，堿性條件下的硫化堿還原法及中性條件下的Raney-Ni及貴金屬還原法。貴金屬（如Pt、Pd、Ru等）型催化還原法所用的催化劑價格較貴，成本高，雖然回收后可適當(dāng)降低成本，但工藝復(fù)雜，目前還不適合工業(yè)化生產(chǎn)。中性條件下的Raney-Ni還原法雖然產(chǎn)品產(chǎn)率高，催化劑可循環(huán)利用，工藝過程簡單，易操作，也基本無環(huán)境污染，適合工業(yè)化生產(chǎn)，但對實(shí)驗室的設(shè)備要求高，不適合學(xué)生在實(shí)驗室里進(jìn)行。本次實(shí)驗所用的是酸性條件下的錫還原法，此法同堿性條件下硫化堿還原法一樣對環(huán)境有較嚴(yán)重的污染，不適合可持續(xù)發(fā)展要求，但成本較低，設(shè)備要求也低，適合

5、學(xué)生在實(shí)驗室里進(jìn)行。本實(shí)驗通過多步反應(yīng)，先由苯胺制得中間體乙酰苯胺；中間體乙酰苯胺和乙酸發(fā)生親電取代反應(yīng)，得到對溴乙酰苯胺中間體，保護(hù)了氨基；對溴乙酰苯胺和溴在冰醋酸溶劑中發(fā)生親電取代反應(yīng)，得到對溴乙酰苯胺；對溴乙酰苯胺在酸性條件下去保護(hù)，最終得到乙酰苯胺。本實(shí)驗的實(shí)驗過程較復(fù)雜，需要經(jīng)過多步反應(yīng)，耗費(fèi)的時間也較長，產(chǎn)率較低。本次實(shí)驗的最終產(chǎn)率為19%。 實(shí)驗原理如下所示：為了得到對溴苯胺，在合成中采用了以下合成路線：具體原理如下：中間體乙酰苯胺的制備 乙酰苯胺為無色晶體，具有退燒鎮(zhèn)痛的作用，是較早使用的解熱鎮(zhèn)痛藥，因此俗稱“退熱冰”。乙酰苯胺也是磺胺類藥物合成中重要的中間體。胺的?；谟袡C(jī)

6、合成中有著重要的作用。作為一種保護(hù)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?，以降低胺對氧化降解的敏感性，使其不被反應(yīng)試劑破壞；同時氨基酰化后降低了氨基在親電取代反應(yīng)（特別是鹵化）中的反應(yīng)能力，使其由很強(qiáng)的第類定位基變?yōu)橹械葟?qiáng)度的第類定位基，使反應(yīng)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。伯胺、仲胺可用酰氯、酸酐或與冰醋酸加熱來進(jìn)行?；?，使用冰醋酸試劑易得，價格便宜，但需要較長的反應(yīng)時間，適合規(guī)模較大的制備。酸酐一般來說是比酰氯更好地?；噭?。如果在醋酸-醋酸鈉的緩沖溶液中進(jìn)行?；?，由于酸酐的水解比?；俾?慢得多，可以得到高純度的產(chǎn)物

7、。乙酰苯胺可由苯胺與乙?；噭?，如乙酰苯氯、乙酐、或者乙酸等直接作用來制備。反應(yīng)活性是乙酰氯>乙酸酐>乙酸。由于乙酰氯和乙酸酐價格較貴，本實(shí)驗選用純的乙酸（俗稱冰醋酸）作為乙?；噭?。反應(yīng)式如下： 冰醋酸與苯胺的反應(yīng)速率較慢，且反應(yīng)式可逆的，為了提高乙酰苯胺的產(chǎn)率，一般采用冰醋酸過量的方法，同時利用分餾柱將反應(yīng)中生成的水從平衡中移去。由于苯胺易氧化，加入少量鋅粉，防止苯胺在反應(yīng)過程中氧化。中間體對溴乙酰苯胺的合成 苯環(huán)鹵代反應(yīng)：鹵素對苯環(huán)上的取代反應(yīng)屬親電取代反應(yīng)。常用的催化劑有鐵、鋁、磷及其鹵化物等。由于苯環(huán)上有鄰對位定位基酰胺基，同時?；目臻g位阻比較大，因此反應(yīng)往往會選擇性生

8、成對位取代物，得到對溴乙酰苯胺。反應(yīng)如下：目標(biāo)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(hù)生成對溴苯胺，是常見的去保護(hù)方法。2.實(shí)驗部分2.1、實(shí)驗儀器及試劑該實(shí)驗所用基本裝置主要有如下：圖1 回流裝置 圖2 水蒸氣蒸餾裝置圖3 萃取裝置 圖4 蒸餾裝置圖5 分餾裝置 圖6 布氏漏斗抽濾裝置圖圖7 自動攪拌裝置 圖8 尾氣吸收裝置圖9 加液回流裝置中間體乙酰苯胺的制備儀器：圓底燒瓶、刺形分餾柱、直形冷凝管、接液管、量筒、燒杯、吸濾瓶、布氏漏斗、小水泵、保溫漏斗、電熱套試劑：苯胺（自制）、冰醋酸、鋅粉實(shí)驗步驟：在50ml 圓底燒瓶中放置10ml 新蒸餾過的苯胺（10.2g，0.11mol）、

9、15ml 冰醋酸（15.7g，0.26mol）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。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。在攪拌下趁熱將反應(yīng)物倒入盛有100ml 冷水的燒杯中，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300ml 水，置燒杯于石棉網(wǎng)上，加熱使粗產(chǎn)品溶解，稍冷后，加入0.5g 活性炭，并煮沸10min。在保溫漏斗中趁熱過濾除去活性炭，濾液冷卻，乙酰苯胺結(jié)晶析出，抽濾。晾干后稱量，計算產(chǎn)率。 該反應(yīng)所用儀器流程圖為：2.1.2中間

10、體對溴乙酰苯胺的合成儀器：電動攪拌器、水浴鍋、100mL三口燒瓶、恒壓滴液漏斗、溫度計、燒杯、抽濾瓶、布氏漏斗試劑：乙酰苯胺（自制）、溴、冰醋酸、乙醇實(shí)驗步驟：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，以吸收反應(yīng)中產(chǎn)生的溴化氫。在100ml 錐形瓶中，將5.80g 乙酰苯胺溶解于25.0ml 乙醇中, 將2.18g 溴溶解于5ml 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

11、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，得到白色針狀晶體 該反應(yīng)所用儀器流程圖為：目標(biāo)產(chǎn)物對溴苯胺的合成儀器：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、布氏漏斗試劑：對溴乙酰苯胺（自制）、乙醇、濃鹽酸、20%氫氧化鈉溶液。實(shí)驗步驟：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4.22g對溴乙酰苯胺、15ml95%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

12、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，自然晾干。 該反應(yīng)所用儀器流程圖為：【注釋】中間體乙酰苯胺的制備1 玻璃儀器必須干燥。2 苯胺因為氧化而顏色較深，使用前要重新蒸餾。因為苯胺的沸點(diǎn)較高，蒸餾時選用空氣冷凝管冷凝，或采用減壓蒸餾。3 鋅粉的作用是防止苯胺氧化，只要少量即可。加得過多，會出現(xiàn)不溶于水的氫氧化鋅。4 反應(yīng)時分餾溫度不能太高，以免大量乙酸蒸出而降低產(chǎn)率。5 冰醋酸具有強(qiáng)烈刺激性，要在通風(fēng)櫥內(nèi)取用。6 切不可在沸騰的

13、溶液中加入活性炭，以免引起暴沸。7 趁熱過濾時，也可采用抽濾裝置。但布氏漏斗和吸濾瓶一定要預(yù)熱。濾紙大小要合適，抽濾過程要快，避免產(chǎn)品在布氏漏斗中結(jié)晶。8 若讓反應(yīng)液冷卻，則乙酰苯胺固體析出，沾在燒瓶壁上不易倒出。中間體對溴乙酰苯胺的合成1 攪拌器與三口燒瓶連接處的密封性要好，一防止溴化氫從瓶口逸出2 溴具有強(qiáng)腐蝕性和刺激性，必須在通風(fēng)櫥中；量取，操作時應(yīng)帶上乳膠手套3 滴溴時滴速不宜過快，否則會反應(yīng)太劇烈，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，用時也可能產(chǎn)生二溴代產(chǎn)物目標(biāo)產(chǎn)物對溴苯胺的合成1 滴加濃鹽酸不宜太快2 對溴苯胺易氧化，不能烘干3.實(shí)驗結(jié)果與討論3.1 結(jié)果及計算表2產(chǎn)品

14、產(chǎn)量及產(chǎn)率 原料苯胺乙酰苯胺對溴乙酰苯胺用量10mL5.78g4.22g產(chǎn)物 乙酰苯胺 對溴乙酰苯胺 對溴苯胺理論產(chǎn)量14.85g9.16g3.39g實(shí)際產(chǎn)量5.78g4.22g1.86g產(chǎn)率40%46%55%總產(chǎn)率10.12%3.2.實(shí)驗討論3.2.1乙酰苯胺的合成（1）乙酰苯胺的制備方法的概述 1 使用冰醋酸試劑易得，價格便宜，但需要較長的反應(yīng)時間，適合于規(guī)模較大的制備。冰醋酸與苯胺的反應(yīng)速率較慢，且反應(yīng)是可逆的，為了提高乙酰苯胺的產(chǎn)率，一般采用冰醋酸過量的方法，同時利用分餾柱將反應(yīng)中生成的水從平衡中移去。由于苯胺易氧化，加入少量鋅粉，防治苯胺在反應(yīng)過程中氧化

15、（2）乙酸用量對乙酰苯胺收率的影響 4 其他條件不變，反應(yīng)時間4.5h，考察乙酸用量對乙酰苯胺收率的影響，結(jié)果見表3理論上，乙酸用量增加有利于乙酰苯胺收率的提高。從表3可看出，隨乙酸用量增加，產(chǎn)品收率增加，當(dāng)乙酸用量超過1.5mol時，乙酰苯胺收率降低。這是由于乙酰苯胺產(chǎn)品溶于過剩的乙酸中，不能形成結(jié)晶，造成產(chǎn)品損失。為解決此問題，改進(jìn)了工藝，采取3次加入過量的乙酸，乙酸的總加量為2.0mol，在回流反應(yīng)結(jié)束后，蒸出過剩的乙酸，取得了很好的效果（3）乙酰苯胺的微波合成法研究 5在反應(yīng)試劑用量條件相同的情況下，有表4可知，用微波法反應(yīng)時間更短、反應(yīng)收率更高。表4 微波輻射和常規(guī)加熱法對比(4)其

16、他實(shí)驗條件和實(shí)驗現(xiàn)象的討論在制備中間體乙酰苯胺的實(shí)驗中，反應(yīng)溫度控制在105，這是由醋酸與水的混合物的共沸點(diǎn)決定的。若溫度過低，水不能蒸餾完全，醋酸不能完全從醋酸與水的共沸物中釋放出來，降低了產(chǎn)率；若溫度過高，大量的醋酸和水同時被蒸出，也會降低產(chǎn)率。實(shí)驗結(jié)果表明，收集到的蒸餾液比理論值要多，就是因為大量的醋酸被蒸餾出，在一定程度上降低了產(chǎn)品產(chǎn)率。苯胺可與乙酰氯、乙酸酐或乙酸等乙?；噭┓磻?yīng)得到乙酰苯胺，且反應(yīng)活性乙酰氯>乙酸酐>乙酸。本實(shí)驗用純的乙酸作為乙酰化試劑，是因為乙酰氯和乙酸酐價格昂貴，反應(yīng)活性大，難以控制。3.2.2對溴乙酰苯胺的合成 （1）對溴乙酰苯胺的制備方法的概述

17、苯環(huán)鹵代反應(yīng)：鹵素對苯環(huán)上的取代反應(yīng)屬親電取代反應(yīng)。常用的催化劑有鐵、鋁、磷及其鹵化物。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)。本實(shí)驗沒有使用催化劑，所以反應(yīng)時間相對較長。反應(yīng)機(jī)理如下所示： 形成活性較強(qiáng)的親電試劑親電試劑進(jìn)攻苯環(huán)形成中間體-絡(luò)合物-絡(luò)合物失去質(zhì)子，苯環(huán)恢復(fù)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，即生成取代產(chǎn)物（2）其他實(shí)驗條件和實(shí)驗現(xiàn)象的討論乙酰苯胺的一溴取代產(chǎn)物主要是對位取代，這是因為-NHCOCH3基團(tuán)是鄰對位取代基，從鄰位進(jìn)攻受-NHCOCH3基團(tuán)的阻礙作用空間位阻較大，不利于反應(yīng)進(jìn)行，所以乙酰苯胺的一溴取代以對位取代為主。反應(yīng)過程中要控制好溫度，溫度過低，由于乙酰苯胺是活性居中的芳香族化合物，導(dǎo)致實(shí)驗時間過長；溫度過高，反應(yīng)過于劇烈，使一部分溴來不及反應(yīng)就和溴化氫一起逸出，同時也可能會生成二溴代物，降低產(chǎn)量。3.2.3對溴苯胺的合成（1）對溴苯胺的制備方法的概述對溴乙酰苯胺在酸性條件下去保護(hù)生成對溴苯胺，這是常見的去保護(hù)基的方法。反應(yīng)式如下：（2）其他實(shí)驗條件和實(shí)驗現(xiàn)象的討論對溴乙酰苯胺在酸性條件下水解得到的是鹽