有机实验报告：对溴苯胺的全合成

1、化学与环境学院有机设计性实验论文对溴苯胺的全合成 对溴苯胺的全合成陈烁丹（华南师范大学化学与环境学院 20112401018）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。本实验合成过程以硝基苯为原料，经历制备苯胺、乙酰苯胺、对溴乙酰苯胺等中间体的过程，最终制得目标产物对溴苯胺。其合成过程经历硝化、还原、保护、溴代、去保护等多个步骤，可以制得纯度较高的对溴苯胺。同时，使用了芳烃硝化、硝基的还原、氨基的保护与去保护、芳烃卤代等方法。通过实验可得，用此实验方法制备对溴苯胺，操作方法简单，可控性强，相对于其他方法产率较高。关键词 合成；对

2、溴乙酰苯胺；对溴苯胺The Total Synthesis of P-bromo-anilineChen ShuodanAbstract P-bromo-aniline is very important to the organic chemical raw materials, dyes were often used as raw materials, such as the azo dyes, KuiLin dyes, medicine and synthetic organic intermediates, etc. The synthesis process of nitroben

3、zene in as raw material, through preparation aniline, acetyl aniline, bromine acetyl aniline intermediates such as to the process, finally made of bromine aniline target product. The synthesis process include nitrification, reduction and protection experience, bromination, to protect the and so on m

4、any steps of the synthesis process, which can be made of high purity of aniline bromide.At the same time grasp aromatics nitrification, the reduction, and the nitro amino protection and to protect, halogenated aromatics methods.Through the experiment, the experimental method with the preparation of

5、bromine aniline, operate simple methods and the control is strong, the rate of the production is higherKeywords synthesis; P-bromoaniline; P-bromo-aniline前言 对溴苯胺的合成方法多种多样，通过查找文献可以得到三种常用的对溴苯胺合成方法。第一种是通过 2,4,4,6-四溴-2,5-环己烯-1-酮对芳香胺的区域专一反应的方法合成目标产物；第二种是通过超声波辐射促进对溴苯胺的合成；第三种是通过硝化、还原、保护、溴代、去保护等多个步骤合成目标产物。其

6、中，用第三种合成方法来合成对溴苯胺具有操作简单、可控性强等优点。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，具体是使用锡-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。本实验的总

7、反应如下： 1 实验部分实验1.1 中间体苯胺的制备1.1.1 实验原理苯胺的实验室制备如果用直接的方法将氨基（-NH2）导入苯环上是非常困难的，因此常经过间接的方法来制备，芳香硝基化合物还原是制备苯胺的主要方法。实验室常用的方法是在酸性溶液中用金属进行化学还原。常用锡-盐酸来还原简单的硝基化合物，也可以用铁-醋酸法。1.1.2 仪器与试剂1.1.2.1 仪器 锥形瓶、回流冷凝管、水蒸气蒸馏装置、直形冷凝管、尾接管、烧杯，抽滤瓶、布氏漏斗、水泵、水浴锅1.1.2.2 试剂表1 主要试剂原料名称 分子式 分子量锡粒 Sn 118.7硝基苯 C6H5NO2 123.11浓盐酸 HCl 36.47无

8、水氯化钙 CaCl2 110.98氢氧化钠 NaOH 40.01氯化钠 NaCl 58.44乙醚 C4H10O 74.121.1.3 实验装置 图1 回流装置 图2 水浴加热回流装置 图3 水蒸气蒸馏装置 图4 萃取 图5 分液 图6 蒸馏装置1.1.4 实验步骤、现象及分析实验步骤现象分析在100ml的圆底烧瓶中加入27锡粒，12ml（约14.76g）硝基苯，装上回流装置，仪器接口处涂上凡士林。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，使反应缓慢溶液为浅黄色透明液体硝基苯为黄色油状物，本实验是一个放热反应，每次

9、加入浓盐酸时都有一阵强烈的反应发生，要慎重缓慢加入，及时振荡当所有的盐酸加完后，将烧瓶置于沸水浴中加热30min，使还原趋于完全反应物不再呈现硝基苯的黄色，颜色加深而且分成，溶液分层，上层乳白色，下层黄色 硝基苯为黄色油状物，回流液中黄色油状物消失，转变为乳白色油珠，表明反应已完成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刚加入NaOH 溶液时烧瓶中的溶液大部分凝结为白色固体状，继续加入NaOH 溶液，烧瓶中的物质变成乳黄色浑浊液体 反应物为苯胺与锡盐生成的配合物，加入过量NaOH使配合物分解，释出游离的苯胺将反应瓶改为水蒸气蒸馏装置，进行水蒸气蒸馏直至蒸出澄清液为

10、止蒸出液为黄色透明液体，有部分乳白状液体蒸出黄色液体为苯胺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12-20g使其饱和后，用80ml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分液漏斗中的液体分层，上层为黄色，下层为白色乙醚萃取液在上层，无色透明，下层为白色黄色液体为苯胺少部分残留的苯胺被乙醚萃取，乙醚密度小，在上层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，收集到黄色产物苯胺蒸出液为无色透明液体，蒸馏瓶中的溶液为黄色透明液体乙醚沸点比苯胺小，先被蒸发出来，蒸馏瓶中剩下沸点较高的苯胺实验1.2 中间体乙酰苯胺的制备1.2.1实验原理乙酰

11、苯胺为无色晶体，具有退热镇痛作用，是较早使用的解热镇痛药，因此俗称“退热冰”。乙酰苯胺也是磺胺类药物合成中重要的中间体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为它们的乙酰基衍生物，以降低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，使反应有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，往往选择性地生产对位取代物。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

12、备。酸酐一般来说的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，由于醋酸的水解速率比酰化速率慢得多，可以得到高纯度的产物。乙酰苯胺可有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（俗称冰醋酸）作为乙酰化试剂。反应式如下：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生成的水从平衡中移去。由于苯胺易氧化，加入少量锌粉，防止苯胺在反应过程中氧化。1.2.2仪器与试剂1.2.2.1仪器 圆底烧瓶、刺形分馏柱、直形冷凝管、接液管、

13、量筒、温度计、烧杯、抽滤瓶、布氏漏斗、水泵1.2.2.2试剂表2 主要试剂原料名称 分子式 分子量冰醋酸 C2H4O2 60.05锌粉 Zn 65.39活性炭 C 12.0111.2.3实验装置 图7 分馏装置 图8 抽滤装置 图9 加热溶解装置1.2.4实验步骤、现象及分析实验步骤现象分析在50ml圆底烧瓶中加入上步骤反应制备出的苯胺、15ml冰醋酸及0.1g锌粉，装上分馏装置，插上温度计，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加热过程中，圆底烧瓶中的溶液由浅黄色逐渐加深进而变成浅绿色锌粉溶解一段时间后温度

14、计温度下降蒸出液为透明无色，有刺激性气味苯胺经反应生成乙酰苯胺锌粉可防止苯胺氧化，只要少量即可，过多则会生成不溶于水的氢氧化锌分馏温度不宜过高，以免大量乙酸被蒸出而降低产率反应到达终点时水已经被大部分蒸干，但又没达到乙酰苯胺的沸点，进而导致温度下降，也表示反应完成乙酸挥发有刺激性气味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，用冷水洗涤粗产品有大量白色固体析出乙酰苯胺不溶于水，在水中析出将粗产品移至250ml烧杯中，加入100ml水，置烧杯于石棉网上，加热使粗产品溶解，稍冷后，加入1.0g活性炭，并煮沸10min。将溶液趁热抽滤除去活性炭，滤液冷却，乙酰苯胺结晶析出，抽滤后

15、得到乙酰苯胺的晶体加热后粗产品溶解，溶液上表面有少许油滴抽滤后得到无色片状晶体乙酰苯胺的熔点为 114，但在重结晶时，乙酰苯胺在83时熔化成液体，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不可以在沸腾的溶液中加入活性炭，以免引起暴沸无色片状晶体为乙酰苯胺实验1.3 中间体对溴乙酰苯胺的制备1.3.1实验原理苯环卤代反应：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、磷及卤化物等。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。1.3.2 仪器与试剂1.3.2.1仪器 电动搅拌器、250ml三口烧瓶、恒压滴液漏斗、温度计（100、200）、抽滤瓶、布氏漏斗1.

16、3.2.2试剂表3 主要试剂原料名称 分子式 分子量溴 Br2 159.832乙醇 C2H6O 46.07亚硫酸氢钠 NaHSO3 104.061.3.3 实验装置 图10 电动搅拌滴加回流反应器 图11 抽滤装置1.3.4实验步骤、现象及分析实验步骤现象分析在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，将上步骤制备的乙酰苯胺溶解于15ml乙醇中，将1.40g溴（3.1g/ml）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

17、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乙酰苯胺溶于乙醇后溶于为黄色透明加入溴后溶液的棕红色很快褪去，反应完毕后，溶液颜色为淡黄色搅拌器与三口烧瓶连接处的密封性要好，以防止溴化氢从瓶口溢出滴加的溴与乙酰苯胺反应，颜色退去。滴加时速度不可过快，否则反应太剧烈，会导致一部分溴来不及反应就与溴化氢一起溢出，也可能会产生二溴代产物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。减压过滤得到白色针状晶体析出白色固体白色固体为对溴乙酰苯胺饱和的亚硫酸氢

18、钠水溶液的作用是除去过量的溴实验1.4 目标产物对溴苯胺的制备1.4.1实验原理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方法。其反应式如下：1.4.2仪器与试剂1.4.2.1仪器 三口烧瓶、恒压滴液漏斗、蒸馏弯头、尾接管、锥形瓶、pH试纸、抽滤瓶、布氏漏斗1.4.2.2试剂表4 主要试剂原料名称 分子式 分子量乙醇 C2H6O 46.07浓盐酸 HCl 36.46氢氧化钠 NaOH 39.997沸石1.4.3实验装置 图13 回流装置 图14 蒸馏装置1.4.4实验步骤、现象及分析实验步骤现象分析在100ml三口烧瓶上，配置回流冷凝管和恒压滴液漏斗，向三口烧瓶中加入上步骤

19、制备的对溴乙酰苯胺、5ml 95%乙醇和三粒沸石，加热至沸，向滴液漏斗慢慢滴加3.5ml浓盐酸，加毕，回流30min对溴乙酰苯胺溶解于乙醇中，溶液为黄色对溴乙酰苯胺能溶于乙醇加入9ml水使反应混合物稀释溶液稍微浑浊对溴苯胺不溶于水，刚开始稀释，乙醇浓度降低，有一少部分对溴苯胺析出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20ml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，抽滤后得到灰白色的晶体，质量为1.01g，产率为4.9%析出灰白色固体对溴苯胺不溶于水，在碱性条件下析出晶体2 结果与讨论2.1 实验结果表5 实验数据记录和备注 实际产量/g 理论产量

20、/g 产率 备注苯胺 7.77 11.16 69.9 浅黄色透明液体乙酰苯胺 3.74 11.28 33.2 白色片状晶体对溴乙酰苯胺 2.24 5.93 37.8 白色针状晶体对溴苯胺 1.01 1.80 56.1 灰白色晶体 经过数据的处理，得出了各个步骤的产量和产率，本实验的总产率为：69.933.237.856.1=4.92，在全合成过程中，制备乙酰苯胺和对溴乙酰苯胺的产率较低，导致最终实验的总产率较低，但是所得晶体的颜色与所查文献相符合，所以，本次实验所制备的产品纯度较高。2.2 实验结果的分析2.2.1 酸性的选择本实验的每一个步骤都用到酸，因此，酸性的选择对本实验的具有重要作用：

21、中间体苯胺的制备中，如果用直接的方法将氨基（-NH2）导入苯环上非常苦难，因此，本步骤采用了在酸性条件下用金属锡进行化学还原，得到硝基苯。同时，反应完后，圆底烧瓶上粘附的黑褐色物资，用1:1盐酸水溶液温热除去；制备乙酰苯胺时，可由苯胺和酰氯、酸酐或与冰醋酸加热来进行酰化，但由于冰醋酸易得，则采用了纯的乙酸作为乙酰化试剂。由于冰醋酸与苯胺的反应速率较慢，且反应时间是可逆的，为了提高乙酰苯胺的产率，则采用酸过量的方法。因此，酸在本步骤中作用极为重要；利用亲电取代反应，使得溴在乙酰苯胺上发生取代反应而合成对溴乙酰苯胺，酸性中的H+增加了溴离子的亲电性；在对溴苯胺的合成过程中，要在酸性条件下对对溴乙酰

22、苯胺中的溴进行保护，生成对溴苯胺，但是滴加浓盐酸的速度不宜太快。2.2.2 温度的控制在对溴苯胺的全合成过程中，要准确控制各步骤的温度：制备苯胺的实验是一个放热反应，要用冰水来散热，以防反应过于剧烈，导致溶液爆沸，同时，一部分的硝基苯会被还原成琨，导致产率降低；在制备乙酰苯胺时，要保证原料CH3COOH(b.p.118)和生成物水(b.p.100)充分反应而不被蒸出，同时可以使生成的水立即移走，促使反应向生成物方向移动，应控制温度在105左右，提高反应效率；在制备对溴乙酰苯胺时，是采用溴的亲电取代反应，使得乙酰苯胺的对位连有溴原子。经资料得到，化合物的支链越多，其结构越不紧凑熔点越低，因此在反

23、应过程中，温度不能过高，否则会使得溴和乙酸被蒸发出来，从而使得反应产率降低。2.2.3 产率低的原因2.2.3.1由硝基苯制备对溴苯胺的实验，总反应产率低，其可能原因有如下： 该反应的反应步骤多，中间产物损失多，导致产率较低； 该反应所有的反应物都加倍，因而有可能反应时间不够长，导致反应不完全。可通过适当延长反应时间，可使产率提高一些； 全合成反应经历的时间比较长，中间体存放过程中不可避免地有一小部分会被氧化，导致样品的损失。2.2.3.2反应过程中影响产率的因素有： 由硝基苯制备苯胺时，在滴加浓盐酸的过程中，要不断摇晃，使反应完全，因为硝基苯和盐酸与固体锡粒接触机会很少，因此要充分振摇。若反

24、应液沸腾，应将反应瓶浸入冷水中片刻，减缓反应的进行，使反应充分和完全，以提高产率； 硝基苯与锡粒、盐酸反应后一定要用NaOH溶液调溶液PH，反复用pH试纸测定溶液的pH值直至溶液稳定地呈碱性，否则在酸性条件下可能无法得到产物； 已制备的苯胺在空气中可能被氧化而造成一定的产量损失。同时可以通过加入锌粉防止苯胺在反应过程中被氧化，生成有色的杂质，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，同样会影响产率； 用苯胺制备乙酰苯胺时，反应时分馏的温度最好要控制在105，这是由醋酸与水的混合物的共沸点决定的，若是温度过高，则会使大量的乙酸蒸出而降低产率。若温度过低，则不能将生成的水及时蒸出，使反应向逆反应方向进行，同样会影响产率； 用苯胺和冰醋酸制备乙酰苯胺时，反应速率较慢而且反应是可逆的，一般采用比醋酸过量的方法同时也要利用分馏柱将反应生成的水从平衡中除去，