对溴苯胺合成

对溴苯胺的全合成对溴苯胺的全合成摘要：本文给出了一种合成对溴苯胺的方法，以硝基苯为起始原料，逐步合成三个中间体：苯胺、乙酰苯胺、对溴乙酰苯胺，最后合成得到目标产物对溴苯胺。合成过程要经过还原、保护、溴代、去保护多个步骤，涉及水蒸气蒸馏、重结晶、趁热过滤等基本操作技术。关键词：硝基苯；对溴苯胺；全合成1.引言对溴苯胺是一种重要的染料原料，如偶氮染料、哇琳染料等，它也是有机合成和医药合成的重要中间体。对溴苯胺的相对分子质量为172.03，熔点为66.4℃，不溶于水，易溶于乙醇和乙醚。有毒，其毒性较苯胺更强，可经过皮肤吸收，具有溶血性，能引起膀胱癌。关于对溴苯胺的合成已经有一些报道。例如，利用催化加氢法进行制备，以W-4型Raney-Ni为催化剂，双氰胺为脱溴抑制剂(助催化剂)，甲醇为溶剂，以对溴硝基苯催化加氢[1]还原制备对溴苯胺。还有利用超声波辐射促进对溴苯胺的合成，在室温下超声波环境中合[2]成制备对溴苯胺的中间体对溴乙酰苯胺,然后水解重结晶得到对溴苯胺。本文提供了一种适合在普通实验室操作的合成对溴苯胺的方法，使用的试剂简单易得，无须使用复杂的仪器，但反应时间稍长。以硝基苯为起始原料，在酸性条件下用金属还原成苯胺，然后进行酰基化反应得到乙酰苯胺，再将其溴化制得对溴乙酰苯胺，最后在酸性条件[3]下去保护生成目标产物。2.原理部分2.1中间体苯胺的制备芳胺的制取不可能用任何方法将－NH2导入芳环上，而是经过间接的方法来制取。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介质中用金属进行化学还原，可以得到相应的芳香族伯胺。常用的还原剂有铁－盐酸、铁－醋酸、锡－盐酸等。反应式如下：2.2中间体乙酰苯胺的制备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）中的活化能力，使其由很强的第一类定位基变为中等强度的第二类定位基，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。乙酰苯胺可通过苯胺与冰醋酸，醋酸酐或乙酰氯等乙酰化试剂作用制得。本实验用冰醋酸作乙酰化试剂，价格便宜，操作简便。反应式如下：2.3中间体对溴乙酰苯胺的制备苯环卤代反应：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。反应式如下：2.4目标产物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。反应式如下：3.实验部分3.1中间体苯胺的制备3.1.1仪器和试剂主要仪器：锥形瓶，圆底烧瓶，回流冷凝管，水蒸气蒸馏装置。主要试剂：锡粒，硝基苯，浓盐酸，氢氧化钠，氯化钠，乙醚。3.1.2实验方法1.苯胺的制备在100mL圆底烧瓶中，放置9g锡粒、4mL硝基苯，装上回流冷凝管，量取20ml浓盐酸，分数次从冷凝管口加入烧瓶内并不断振摇反应混合物。加毕，将烧瓶置于沸水浴中加热30min。然后冷却至室温，摇动下慢慢加入50%氢氧化钠溶液。2.苯胺的分离将反应瓶改为水蒸汽蒸馏装置，进行水蒸汽蒸馏，至馏出液变清，将镏出液放入分液漏斗中。水层加入氯化钠3~5g使其饱和，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。将干燥后的混合液转至50mL干燥的蒸馏瓶中，热水浴蒸去乙醚，改用空气冷凝管蒸馏，⑥收集180～185℃馏分即可，产量2.3~2.5g。第2/6页3.2中间体乙酰苯胺的制备3.2.1仪器和试剂主要仪器：圆底烧瓶、刺形分馏柱、温度计、接液管、直形冷凝管、试管、酒精灯、石棉网、烧杯、保温漏斗，吸滤瓶，布氏漏斗，小水泵。主要试剂：苯胺，冰醋酸，锌粉，活性炭。3.2.2实验方法在50ml圆底烧瓶中，放置10ml（约10.2g，0.11mol）新蒸馏过的苯胺和15ml（约15.7g，0.26mol）冰醋酸及少许锌粉。装上分馏柱，插入温度计，如图3所示。小火加热回流约1h，保持温度计读数约105℃。反应结束，搅拌下，趁热将反应物倒入盛有100ml冷水烧杯中，冷却抽滤，用冷水洗涤粗产品。将粗产品移至500ml烧杯中，加入300ml水，加热溶解。稍冷后，加入0.5g活性炭，煮沸10min。在保温漏斗中趁热过滤，滤液冷却，析出结晶。抽滤。晾干称重，计算产率。3.3中间体对溴乙酰苯胺的制备3.3.1仪器和试剂主要仪器：电动搅拌器，水浴锅，250ml三颈瓶，恒压滴液漏斗，温度计，量杯，烧杯，抽滤瓶，布氏漏斗。主要试剂：乙酰苯胺，溴，冰醋酸，乙醇，亚硫酸氢钠。3.3.2实验方法在250mL三口瓶上配置电动搅拌器、温度计、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（如图所示）。向三口瓶中加入7g乙酰苯胺和30mL乙醇，将2.62g溴溶解于6ml冰醋酸中，一边搅拌一边慢慢地将溴-冰醋酸滴加至乙酰苯胺醇溶液中，滴加速度以棕红色的溴色较块褪去为宜。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℃，在搅拌一段时间，直到反应混合物液面不再有红棕色蒸气溢出为止。将反应混合物倾入盛有100mL冷水的烧杯中（如果产物带有黄色，可加入亚硫酸氢钠水溶液使黄色恰好褪去）。减压过滤收集产物，并用冷水充分洗涤，干燥，得到白色针状晶体。3.4目标产物对溴苯胺的合成3.4.1仪器和试剂主要仪器：第3/6页100mL三口烧瓶，恒压滴液漏斗，75°弯头，尾接管，锥形瓶，试纸，抽滤瓶，布氏漏斗。主要试剂：对溴乙酰苯胺，乙醇，浓盐酸，20%氢氧化钠溶液。3.4.2实验方法在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5.8g对溴乙酰苯胺，13.5mL95%乙醇和三粒沸石，加热至沸，自滴液漏斗慢慢滴加7.7mL浓盐酸。加毕，回流30min，加入22.5mL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，自然晾干。（可用乙醇—水重结晶）。4.结果与讨论4.1中间体苯胺的制备4.1.1实验结果产品外观：黄色液体（含较多未反应的硝基苯）产品质量：0.2g理论产量：3.71g产率：η=0.2g÷3.72g×100%=5.4%4.1.2问题讨论1．实验产率低的原因？反应物内的硝基苯与盐酸互不相溶，而这两种液体与固体锡粒的接触机会很少，所以反应效率低，产量少，产率低。2．如何判断硝基苯、盐酸与锡粒的反应已完全？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。3．往镏出液加食盐的原因？由于产物苯胺在水中有一定的溶解度。加入食盐使水层饱和，这样溶解在水中的大部分苯胺就成油状物析出，可减少损失。4．实验中用粒状NaOH干燥而不用CaCl2的原因？因为CaCl2会与苯胺形成分子化合物。5．如果最后制得的苯胺中混有硝基苯应如何处理？可以加盐酸使苯胺成盐溶解将硝基苯分离除去,再碱化而复回。4.2中间体乙酰苯胺的制备4.2.1实验结果产品外观：无色晶体产品质量：13.2g第4/6页理论产量：14.85g产率：η=13.2g÷14.85g×100%=88.9%4.2.2问题讨论1．实验中加入锌粉的目的是什么？防止苯胺在反应中被氧化。但锌粉的量要合适，锌粉加入量不够，导致苯胺被氧化成红棕色液体；锌粉加入过多，会出现不溶于水的氢氧化锌。2.为什么温度保持在105℃左右？主要由原料CH3COOH（b.p.118℃）生成物水（b.p.100℃）的沸点所决定。控制在105℃这样可以保证原料CH3COOH充分反应而不被蒸出，生成的水立即移走促使反应向生成物方向移动，有利于提高产率。3.为什么要用新蒸馏的苯胺？苯胺该如何储存？苯胺极易被空气中的氧气氧化，由无色透明液体变为黄色至红棕色，生成苯醌，偶氮盐等，继而会影响乙酰苯胺的质量，故最好用新蒸馏的苯胺。因此苯胺需要保存在棕色试剂瓶中并置于阴暗处。远离火种、热源。库温不超过30℃，相对湿度不超过80％。避光保存。包装要求密封，不可与空气接触。4．制备乙酰苯胺的还有哪些方法？有什么特点？在水或碳酸钾溶液中用乙酐和苯胺为原料合成乙酰苯胺。这个方法比用苯胺和冰醋酸加[4]热回流的效果好，产率和纯度都较高，且操作简单，省时经济。4.3中间体对溴乙酰苯胺的制备4.3.1实验结果产品外观：白色晶体产品质量：5.95g理论产量：11.1g产率：η=5.95g÷11.1g×100%=53.6%4.3.2问题讨论1．为什么滴溴时滴速不易过快？如果滴速过快，反应太剧烈会导致一部分溴来不及参与反应就与溴化氢一起逸出，也可能会产生二溴代产物。2.乙酰苯胺的一溴代产物为什么以对位异构体为主？乙酰胺基是邻对位取代基，但由于乙酰氨基的位阻较大，所以生成一溴代物以对位异构体为主。而且，在实验中，采用将溴滴加到乙酰苯胺中的方法，使溴少于乙酰苯胺，避免了溴进入邻位。3.在溴化反应中，反应温度的高低对反应结果有什么影响？溴的沸点较低，为59.47℃。反应开始时将温度控制在45℃，如果温度过高，则溴不参与反应而会发生蒸发，跟溴化氢一起逸出，使反应产率降低；如果温度过低，则反应速率较慢，溴挥发散失，也会使反应产率降低。第5/6页4.4目标产物对溴苯胺的合成4.4.1实验结果产品外观：黄白色固体产品质量：2.8g理论产量：4.66g产率：η=2.8g÷4.66g×100%=60.1%4.4.2问题讨论1．为什么浓盐酸的滴加速度不宜太快？滴加速度太快，会有大量氯化氢气体逸出，使盐酸浓度降低，是反应产率降低。5.结论本文给出了一种以硝基苯为起始原料合成对溴苯胺的方法，此方法无需复杂仪器，而且原料简单易得，反应原理浅显易懂，但反应时间较长，总共耗时13小时。在全合成的过程中，中间体苯胺较难成功制备，反应产率很低，这是本方法最大的问题所在。为使反应继续进行，另取新蒸苯胺进行反应。之后制取的乙酰苯胺产率较高。但是对溴乙酰苯胺的产率不高，溴化方法有待改善。最后成功制得对溴苯胺，而且产率尚算可观。本方法理论上简单可行，但是，关于提高中间体苯胺和对溴乙酰苯胺的产率仍然有待研究。•参考文献[1]鲁莉华，李英春.催化加氢法制备对溴苯胺[J].青岛科技大学学报，2005,26（3）.[2]李康兰，张力.超声波辐射促进对溴苯胺的合成