对溴苯胺的全合成

1、对溴苯胺的全合成摘要 对溴苯胺是非常重要的有机化工原料，常被用作染料原料，如偶氮染料、喹啉染料等，医药及有机合成的中间体等。本次实验通过硝化、还原、保护、溴代、去保护等多个步骤的合成过程，制备对溴苯胺。此合成过程以硝基苯为原料，制备中间体苯胺、乙酰苯胺、对溴乙酰苯胺等过程，最终制得目标产物对溴苯胺。此方法可以制得纯度较高的对溴苯胺，与此同时掌握芳烃硝化、硝基的还原、氨基的保护与去保护、芳烃卤代等方法，熟悉重结晶及熔点测定技术，初步掌握有机合成化合物全合成的概念。关键词 全合成；对溴苯胺；对溴乙酰苯胺；引言对溴苯胺是非常重要的有机化工原料，它是染料原料（如偶氮染料、喹啉染料等）、医药及有机合成中

2、间体。本次实验通过以硝基苯为起始原料合成对溴苯胺，过程要经历硝化、还原、保护、溴代、去保护等多个步骤，掌握芳烃硝化、硝基的还原、氨基的保护与去保护、芳烃卤化方法，熟悉掌握重结晶、趁热过滤和减压过滤等操作技术及巩固熔点测定技术，初步了解有机合成化合物全合成的概念。1 实验原理硝化反应是制备芳香硝基化合物的主要方法，也是重要的亲电取代反应之一，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

3、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。本实验总的反应如下：1.1 苯胺的制备实验室主要通过将硝基化合物还原间接地制备芳胺，常用的方法是在酸性溶液中用金属进行化学还原，可用锡-盐酸还原法。1.2 苯胺的酰基化胺的酰基化在有机合成中有着重要的作用。作为一种保护措施，一级和二级芳胺在合成中通常被转化成它们的乙酰基衍生物，以降低胺对氧化降解的敏感性，使其不被反应试剂破坏；同时氨基酰化后降低了氨基在亲电取代反应（特别是卤化）中的活化

4、能力，使其由很强的第类定位基变为中等强度的第类定位基，使反应由多元取代变为有用的一元取代，由于乙酰基的空间位阻很大，往往选择性地生成对位取代物。伯胺、仲胺可用酰氯、酸酐或与冰醋酸加热来进行酰化，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。酸酐一般来说是比酰氯更好的酰化试剂。如果在醋酸-醋酸钠的缓冲溶液中进行酰化，由于酸酐的水解速率比酰化速率慢得多，可以得到高纯度的产物。乙酰苯胺可由苯胺与乙酰化试剂，如乙酰氯、乙酐或乙酸等直接作用来制备。反应活性是乙酰氯乙酸酐乙酸。由于乙酰氯和乙酸酐的价格较贵，本实验选用纯的乙酸（冰醋酸）作为乙酰化试剂。反应式如下：冰醋酸与苯胺的反

5、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很中移去。由于苯胺易氧化，加入少量锌粉，防止苯胺在反应中氧化。1.3 苯环卤代反应卤素对苯环上的取代反应属于亲电取代反应。常用的催化剂有铁、铝、磷及其卤代物等。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。方程式如下：1.4 对溴乙酰苯胺的脱酰化对溴乙酰苯胺在酸性条件下去保护生成对溴苯胺，其反应式如下：2 实验试剂及仪器2.1 实验试剂锡粒、硝基苯、浓盐酸、50%NaOH 溶液、氯化钠固体、乙醚、NaOH 固体、冰醋酸、锌粉、活性炭、95%乙醇、溴、亚硫酸氢钠、20%氢氧化

6、钠溶液、物质熔点沸点溶解性硝基苯5.7210.9难溶于水，易溶于乙醇、乙醚、苯和油苯胺6.3184稍溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂乙酰苯胺114.3 304微溶于冷水，溶于热水、甲醇、乙醇、乙醚、氯仿、丙酮、甘油和苯等，不溶于石油醚对溴乙酰苯胺167-168对溴苯胺66.4沸点时分解不溶于水，易溶于乙醇和乙醚2.2 实验仪器50ml、100ml 圆底烧瓶、直形冷凝管、量筒、锥形瓶、尾接管、分液漏斗、刺形分馏柱、温度计、烧杯、布氏漏斗、表面皿、电动搅拌器、恒压滴液漏斗、250ml 三口烧瓶、回流冷凝管、水蒸气蒸馏装置、接液管、抽滤瓶、循环水泵、保温漏斗、电热套、水浴锅、量杯、100ml 三口

7、烧瓶、75°弯头2.3 实验装置2.3.1 苯胺的制备图1. 回流搅拌装置图2. 水蒸气蒸馏装置图3. 萃取粗苯胺图4. 蒸馏装置2.3.2 乙酰苯胺的制备图5. 分馏装置图6. 加热溶解粗乙酰苯胺2.3.3 乙酰苯胺的溴化图7. 乙酰苯胺的溴化2.3.4 对溴乙酰苯胺的水解图8. 对溴乙酰苯胺的水解3 实验步骤3.1 苯胺的制备(1) 在100ml 的圆底烧瓶中加入30g 锡粒，16ml（约19.68g）硝基苯，装上回流装置（如图1），量取60ml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

8、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）。现象：反应物呈黄色油状物，回流加热后，黄色油状物消失，转变为乳白色油珠。分析及结论：表明此过程的反应已完全，硝基苯已还原成苯胺。(2) 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（如图2），进行水蒸气蒸馏直至蒸出澄清为止。现象：加入50%NaOH溶液时，溶液凝固，继续滴加NaOH及搅拌，固体开始溶解。水蒸气蒸馏，得到乳白色的液滴。分析及结论：初步分离出粗苯胺。(3) 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

9、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。现象：溶液分层，上层是淡黄色油状物，下层是饱和食盐水。分析及结论：粗苯胺是上层淡黄色油状物。(4) 将干燥后的混合液小心地倾入干燥的50ml蒸馏烧瓶中（如图4），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。现象：加热至184-186时，溜出乳白色液滴。分析及结论：该乳白色液滴为纯的苯胺，产量为11.87g。3.2 乙酰苯胺的制备(1) 在50ml 圆底烧瓶中放置10ml 新蒸馏过的苯胺（12.0g，0.11mol）、18ml 冰醋酸（15.7g，0.26mol）及少许锌粉（约0.1g），

10、装上一分馏柱，插上温度计（如图5），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。现象：保持温度计读数于105，溜出无色透明液滴，温度下降时停止加热。分析及结论：反应生成的水及少量醋酸被蒸出，生成乙酰苯胺。(3) 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。现象：有大量白色固体析出。分析及结论：制得粗乙酰苯胺。(4) 将粗产品移至500ml 烧杯中，加入300ml 水，置烧杯于石棉网上（如图6），加热使粗产品溶解，稍冷后，加入0.5g 活性炭，并煮

11、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。现象：粗产品大部分溶解，搅拌后，有少量油状液滴残余，加入活性炭吸附颜色，冷却后得到雪白色的乙酰苯胺晶体。分析及结论：称量的乙酰苯胺晶体的量为16.85g。3.3 乙酰苯胺的溴化(1) 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（如图7），以吸收反应中产生的溴化氢。在100ml 锥形瓶中，将16.85g 乙酰苯胺溶解于70.0ml 乙醇中，将6.3g 溴溶解于14.4ml 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，

12、滴加速度以棕红色的溴色较快褪去为宜。现象：逐滴滴加溴滴，在搅拌下，棕红色的溴色较快褪去，溶液呈浅黄色。分析及结论：乙酰苯胺在溴和冰醋酸的作用下生成对溴乙酰苯胺。(2) 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。现象：在搅拌下将反应物慢慢加至冷水中，有固体析出，重结晶后有白色针状晶体。分析及结论：白色针状晶体对溴乙酰苯

13、胺的量为7.28g。3.4 对溴乙酰苯胺的水解(1) 在100ml 三口烧瓶上，配置回流冷凝管和恒压滴液漏斗（如图8），向三口烧瓶中加入7.28g（0.03mol）对溴乙酰苯胺、17ml95%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。(2) 加毕，回流30min，加入25ml 水使反应混合物稀释。现象：溶液呈现淡黄色，反应温和。分析及结论：对溴乙酰苯胺在酸的作用下生成对溴苯胺。(3) 将回流装置改为蒸馏装置（如图4），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

14、。现象：白色固体析出。分析及结论：用乙醇-水重结晶，提纯对溴苯胺，对溴苯胺的量为3.70g。4 实验结果讨论与分析4.1 实验结果产物理论产量/g实际产量/g产率/%备注苯胺14.8811.8779.8%浅黄色透明液体乙酰苯胺17.4716.8596.4%白色固体对溴乙酰苯胺26.727.2827.2%纯白色针状晶体对溴苯胺5.853.7063.2%白色略带浅棕色粉末状固体4.2 熔点的测定物质理论熔点起始熔点全熔熔点对溴苯胺66.461.267.04.3 结果分析4.3.1 苯胺的制备苯胺的制备实验是一个放热反应，并且也是一个非均相反应（油/水/固三相）当每次加入硝基苯时均有一阵猛烈的反应发

15、生，所以在实际操作中须注意控制反应温度，防止温度过高或聚热而引起冲料，要充分振荡，保持瓶内反应物之间充分接触。反应物内的硝基苯与盐酸互不相溶，而这两种液体与固体铁粉接触机会很少，因此充分振摇反应物，是使还原作用顺利进行的操作关键。硝基苯为黄色油状物 ，如果回流液中，黄色油状物消失，而转变成乳白色油珠，表示反应已完全。反应完后，圆底烧瓶上粘附的黑褐色物质，用1:1盐酸水溶液温热除去。进行水蒸气蒸馏，那么苯酚、不挥发盐以及高分子量的联苯胺、氧化偶氮都留在残液中，而馏出液是苯胺和硝基苯。在20时每100gH2O中可溶解3.4g苯胺，根据盐析原理，加氯化钠使溶液饱和，则析出苯胺。用氢氧化钠作干燥剂，以

16、除去微量水和酸性物质，再通过蒸馏得到产品苯胺；本实验用粒状NaOH干燥，原因是CaCl2与苯胺形成的分子化合物。 4.3.2 苯胺的酰基化久置的苯胺色深有杂质，会影响乙酰苯胺的质量，故最好用新蒸的苯胺。另一原料乙酸酐也最好用新蒸的。加入锌粉的目的，是防止苯胺在反应过程中被氧化，生成有色的杂质，通常加入后反应液颜色会从黄色变无色，但不宜加得过多，因为被氧化的锌生成氢氧化锌为絮状物质会吸收产品。产物之一水和原料醋酸的沸点相差很小，所以用分馏的方法分出水，可用10 mL量筒作为分馏接收器，量筒置于盛有冷水的烧杯中，收集乙酸和水的总体积约2.25 mL。不应将活性炭加入沸腾的溶液中，否则会引起暴沸，会

17、使溶液溢出容器。反应物冷却后，固体产物立即析出，沾在瓶壁不易理处，故须趁热在搅动下倒入冷水中，以除去过量的醋酸及未作用的苯胺（它可成为苯胺醋酸盐而溶于水）。用水重结晶乙酰苯胺在溶解过程中会出现油状物，此油状物不是杂质。乙酰苯胺的熔点为114，但当乙酰苯胺用水重结晶时，往往于83就熔化成液体，这时在水层有溶解的乙酰苯胺，在熔化的乙酰苯胺层中含有水，故油状物为未溶于水而已熔化的乙酰苯胺，所以应继续加入溶剂，直至完全溶解。4.3.3 乙酰苯胺的溴化对溴乙酰苯胺的产率过低，可能的原因是乙酰苯胺与溴和冰醋酸的反应时间不够充分，大部分的乙酰苯胺还没有被溴代，造成对溴乙酰苯胺的产率相对于前面两个实验的产率较

18、低。滴溴时的滴速过快，也会造成一部分溴来不及参与反应就与溴化氢一起逸出，同时滴速过快，也会造成反应过于剧烈。4.3.4 对溴苯胺的合成对溴乙酰苯胺在酸性条件下去保护生成对溴苯胺，这是常见的去保护基的方法。在实验过程中，滴加浓盐酸的速度不宜太快，否则可能造成水解不彻底，反应无法完全进行。对溴苯胺的产率不高，一方面，可能是由于回流加热的时间不够长，反应没有完全进行；另一方面，在用乙醇-水进行重结晶的时候，损失了一部分的对溴苯胺，使得对溴苯胺的产率较低。5 实验总结对于本次有机设计实验“对溴苯胺的全合成”，我做了如下的实验总结：首先，这次的有机设计性实验与以往所做的有机实验相比，实验明显高了一个层次

19、，以往的实验，都是一个个独立的经典实验，教材书中已经为我们列好了实验原理，实验方法，实验步骤，基本上都不需要自己去思考如何去做，我们只需要掌握好实验原理，按照书本的实验步骤去做就可以完成实验了，实验现象、实验数据也不会差很多。但是，对于这次设计性实验，我们需要花更多时间去查阅文献，从各种不同的实验方法中选择出最合理的，并根据实际情况对其作出修正，如实验试剂所需要的量以及实验所需要的反应时间等等。这不但要求我们要对各种实验方法的原理都有所了解，而且更又要对所选的实验方法的操作步骤以及可能出现的问题都要有所准备。显然，这与科研立项也是一样的，一样地去通过查阅文献，修改实验方案，在问题中前进，这才是

20、实验中应有的乐趣。其次，本次实验的综合要求很高，四个连续的实验才能制取到我们所需要的目标产物，在这样的实验中，既是考验了我们做科研实验的耐心和毅力，同时也让我们明白了，很多有机物的合成都不是一步到位的，很多时候，我们应该多角度去思考问题。例如，合成过程中氨基的保护与去保护，需要我们思考为什么必须进行氨基的保护？如果不进行保护，会出现怎么样的一种状况？又如，在第一步苯胺的制备过程中，我们所需要的硝基苯的量应该是多少，才能够使对溴苯胺全合成实验完整地做下去，而不至于得不到产物？这些都需要我们在进行实验之前必须准备的。然后，在此次试验中，我也认识到“欲速则不达，研究需要耐心”。很多有机实验，通常需要很长的反应时间，反应才能充分进行，反应时间的长短很可能会影响产物的性质和产量，因此，在实验过程中，实验者不应该只追求速度而不考虑实际反应时间，实验者应该要有刻苦专研的精神和足够的耐心去完成整个实验过程，否则不仅做不出成果，同时也浪费了实验时间。最后，在此由衷感谢杨老师的实验指导。在老师的指导下，我们小组实验才得以顺利完成。6 References1 杨定乔. 对溴苯胺的全合成 M 有机化学实验 ，p