有機設計性試驗

1、有機化學設計性試驗 實驗項目:對溴苯胺的全合成課程名稱:有機化學實驗實驗時間:2014年6月4日學生姓名:邵嘉旭專業(yè)班級:12級化學教育一班學號:20122401185指導老師:楊定喬老師以苯胺為起始原料合成對溴苯胺的實驗報告化學與環(huán)境學院邵嘉旭20122401185The starting material aminobenzene forsynthesis of p-bromoanilineSchool of Chemistry and Enviroment Jiaxu Shao20122401185摘要:對溴苯胺是非常重要的有機化工原料,其合成過程要經(jīng)歷硝化、還原、保護、溴代、去保護等多

2、個步驟。本實驗通過硝化反應制備中間體硝基苯,利用錫鹽酸法還原硝基苯得到中間體苯胺,利用乙酰化試劑與苯胺反應,合成中間體乙酰苯胺,利用親電取代反應合成中間體對溴乙酰苯胺,最后合成目標產(chǎn)物對溴苯胺。總產(chǎn)率29.77%。關(guān)鍵詞:對溴苯胺硝化保護乙?；铣葾bstract:P-bromoaniline is a very important organic chemical matenal. Sythesis process includes reduction,protection,bromination,deprotection and other steps.In this experiment

3、,aniline is the raw material.acetic acid made aniline acetylation to acetanilide.Bromine replace the acetanilide hydrogen generated on the bit by the electrophilic substitution and generate para-bromoacetanilide.At last,under acidic conditions Bromoacetanilide is turned into P-bromo-aniline-the targ

4、et product.The gross production rate is 29.77%.Keywords:P-bromoaniline bromination protection acetylation synthesis 1引言1.1制備對溴苯胺的意義對溴苯胺是非常重要的有機化工中間體,廣泛用于醫(yī)藥、染料、顏料等精細化工產(chǎn)品的合成,它在精細化工生產(chǎn)中處于不可替代的地位。在醫(yī)藥上,對溴苯胺作為醫(yī)藥中間體,所合成的藥物可用于治療氣喘、腎炎、增生病、神經(jīng)紊亂、帕金森等疾病。在染料中,用對溴苯胺作為原料能夠制備傳統(tǒng)的硫化和偶氮染料。同時還可以制備香豆素類熒光染料,這類染料是高檔熒光染料。對溴

5、苯胺還可作為抗污劑、抗氧劑、穩(wěn)定劑、石油添加劑等,在材料方面,對溴苯胺能之輩氰基聯(lián)苯型液晶材料,性能好,對光、熱的穩(wěn)定性很好,同時還具有良好的防濕性能。1.2對溴苯胺的制備方法目前苯胺生產(chǎn)工藝路線主要有硝基苯鐵粉還原法、苯酚氨化法和硝基苯催化加氫法,分別占苯胺總生產(chǎn)能力的5%、10%和85%,開發(fā)的新工藝路線中以苯直接胺化法較有前途,但與實現(xiàn)工業(yè)化還有一定距離。硝基苯加氫還原法是目前國內(nèi)外采用的主要生產(chǎn)方法。實驗室一般采取以下方法:以對硝基苯胺為原料,在硫酸中與亞硝酸鈉反應,生成重氮鹽,再在溴化亞銅的作用下,與氫溴酸反應,生成硝基溴苯,進一步在氫溴酸中用鐵粉還原而得;以苯為原料,在鐵粉的作用下

6、,與溴反應,生成溴苯,再與混酸(硫酸和硝酸反應,生成鄰硝基溴苯及對硝基溴苯(其中鄰位占35%,對位占65%,使二者分離,以對溴乙酰苯胺為原料,在氫氧化鈉溶液中,用水蒸氣回流而得。本實驗總反應如下:NHCOCH3CH3COOH 鋅粉+NH2NHCOCH 3Br2/HAcNHCOCH3Br NHCOCH3Br HClBrNH21.3實驗優(yōu)、缺點本實驗中合成對溴苯胺的方法,使用的試劑簡單易得,無須使用復雜的儀器,但反應時間稍長。以硝基苯為起始原料,在酸性條件下用金屬還原成苯胺,然后進行?；磻玫揭阴１桨?再將其溴化制得對溴乙酰苯胺,最后在酸性條件下,去保護生成目標產(chǎn)物。2實驗部分2.1實驗目的掌

7、握芳烴硝化、硝基的還原、氨基的保護和去保護、芳烴鹵化方法;掌握重結(jié)晶及熔點測定技術(shù);初步掌握有機化合物全合成的概念。2.2實驗原理2.2.1中間體乙酰苯胺的制備采取氨基?；霓k法,一方面降低胺對氧化降解的敏感性,使其不被反應試劑破壞;另一方面降低氨基在親電取代反應中的活化能力,使其由很強的第類定位基變?yōu)橹械葟姸鹊陬惗ㄎ换?同時有助于選擇性地生成對位取代物。本實驗采用冰乙酸試劑?；?冰乙酸與苯胺的反應速率較慢且可逆,可采用冰乙酸過量和利用分餾柱移去反應生成的水的方式提高產(chǎn)率。加入少量鋅粉的目的是防止苯胺被氧化。NHCOCH3CH3COOH 鋅粉+NH22.2.2中間體對溴乙酰苯胺的制備鹵素對苯

8、環(huán)上的取代屬于親電取代反應,常用的催化劑有鐵、鋁、磷及其鹵化物等。苯環(huán)上有乙酰氨基,乙酰氨基是鄰對位取代基團,由于空間位阻大,主要產(chǎn)物是對溴乙酰苯胺。NHCOCH 3Br2/HAcNHCOCH3Br2.2.3目標產(chǎn)物對溴苯胺的合成乙酰氨基酸性條件下不穩(wěn)定,可在酸性條件下去保護,生成對溴苯胺。是常見的去保護基的方法。NHCOCH3Br HClBrNH22.3實驗相關(guān)參數(shù)2.3.1對溴苯胺的物理化學性質(zhì)對溴苯胺的物化性質(zhì)結(jié)構(gòu)式H2N Br相對分子量172.03密度 1.4970(液體,99.6熔點66.4沸點沸點時分解貯存對光和空氣敏感,密封避光保存性狀從60%乙醇中析出者為正交晶系雙錐體針狀結(jié)晶

9、溶解情況不溶于水。除冷石油醚外,易溶于乙醇和乙醚等大多數(shù)有機溶劑毒性LD50(mg/kg有毒,其毒性較氯苯胺類更嚴重,可經(jīng)表皮吸收;具有溶血性、能引起膀胱癌2.3.2實驗試劑相關(guān)參數(shù)名稱相對分子質(zhì)量狀態(tài)熔點(沸點(密度(g/cm3溶解度硝基苯123液體 5.7210.9 1.203不溶于水苯胺93.13液體-6.3184.1 1.0217不溶于水乙醚74.12液體-116.234.510.7137錫粒118.71顆粒固體231.932602 5.769/7.365氫氧化鈉40粒狀溶液3221557 2.130冰醋酸60.05液體117.9 1.0492混溶鋅粉65.37固體419.59087.

10、14不溶活性炭12.00固體乙酰苯胺135.16固體114.3304 1.21900.56(25 95%乙醇46.07液體-114.378.40.789混溶對溴乙酰苯胺214固體167168353.4 1.717溶于苯、氯仿、乙酸乙酯,略溶于醇,微溶于熱水,不溶于冷水液溴159.80液體-7.258.78 3.119 4.16亞硫酸氫鈉104.06液體150 1.48溶鹽酸36.46液體-114.8108.6 1.20溶對溴苯胺172固體66.4 1.497不溶于水,易溶于乙醇和乙醚2.3.3實驗儀器錐形瓶;圓底燒瓶;回流冷凝管;水蒸氣蒸餾裝置;刺形分餾柱;直形冷凝管;溫度計;抽濾瓶;布氏漏斗

11、;電動攪拌器;250ml三口燒瓶;恒壓滴液漏斗。2.3.4實驗試劑苯胺(10mL,10.2g、冰醋酸(15mL,15.7g、鋅粉(0.1g、活性炭(0.5g乙酰苯胺(自制,10.5g、溴(4g、冰醋酸(9mL、乙醇對溴乙酰苯胺(自制,6.42g、乙醇(95%,15mL、濃鹽酸(8.5mL、氫氧化鈉溶液(20%2.4實驗裝置2.4.1乙酰苯胺的制備 2.4.2對溴乙酰苯胺的制備 磁力攪拌器2.4.3對溴苯胺的合成 2.4.4產(chǎn)物的鑒定 2.5實驗步驟2.5.1中間體乙酰苯胺的制備實驗步驟實驗現(xiàn)象在50ml圓底燒瓶中放置苯胺(6.92g、12ml冰醋酸及少許鋅粉(約0.1g,裝上一分餾柱,插上溫度

12、計,用小量筒收集蒸出的水和乙酸。燒瓶中的溶液呈淺黃色油狀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104約1h,反應生成的水及少量醋酸被蒸出,當溫度下降則表明反應已經(jīng)完成。在攪拌下趁熱將反應物倒入盛有100ml冷水的燒杯中,冷卻后抽濾,用冷水洗滌粗產(chǎn)品。(1加熱后反應物微沸回流,有氣泡產(chǎn)生,鋅粒逐漸溶解;(2隨著溫度上升,顏色先逐漸加深,隨后顏色復變淺。(3第一滴餾出液溫度:104,溫度穩(wěn)持在105-111之間(4約1h后,反應溫度開始下降,反應完成;加冷水后,杯底迅速析出白色的片狀晶體;在攪拌下趁熱將反應物倒入盛有100ml冷水的燒杯中,冷卻后抽濾,用冷水洗滌粗產(chǎn)品。加冷水后,杯底

13、迅速析出白色的片狀晶體;粗產(chǎn)品用水重結(jié)晶:將粗產(chǎn)品移入500ml燒杯中,加100ml水,置燒杯于(1加入100ml水時,大量固體不溶;加熱時固體逐漸溶解,同時液面產(chǎn)生透石棉網(wǎng)上加熱至沸騰,使粗產(chǎn)品溶解。稍冷后加入少量活性炭,用玻棒攪勻,煮沸5-10分鐘,趁熱過濾,除去不溶性雜質(zhì)和活性碳。充分冷卻濾液,析出乙酰苯胺結(jié)晶。減壓過濾,盡量抽干母液。結(jié)晶用少量冷水洗滌,重新抽干。明油珠;(2趁熱抽濾后得到透明澄清的溶液,在室溫下靜置冷卻,析出大量淡黃色晶體。2.5.2中間體對溴乙酰苯胺的制備實驗步驟實驗現(xiàn)象在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,

14、以吸收反應中產(chǎn)生的溴化氫。在100ml錐形瓶中,將上一步的產(chǎn)物乙酰苯胺4.95g 溶解于20.0ml乙醇中,將2.0g溴溶解4.2ml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。向燒瓶內(nèi)滴加溴與乙酸的混合液,瓶內(nèi)產(chǎn)生少量紅棕色氣霧,且溶液的紅棕色很快褪去,溶液由橙紅色逐漸變成黃色;且隨著反應進行,溶液顏色慢慢變淺;滴加完畢,在45浴溫下,繼續(xù)攪拌反應1h,然后將浴溫提高至60,再攪拌一段時間,直到反應混合物液面不再有紅棕色蒸氣溢出為止。在攪拌下將反應物慢慢加至100ml冷水中,此時即有固體析出。若有黃色,可加入飽和的亞硫氫鈉水溶液洗

15、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,用乙醇重結(jié)晶,得到白色針狀晶體。(1在攪拌下把淺黃色溶液倒入水中,析出大量白色晶體;(2重結(jié)晶得到白色晶體2.5.3目標產(chǎn)物對溴苯胺的合成實驗步驟實驗現(xiàn)象在100ml三口燒瓶上,配置回流冷凝管和恒壓滴液漏斗,向三口燒瓶中加入上一步驟產(chǎn)物7.38g對溴乙酰苯胺、18ml95%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。加畢,回流30min,加入25ml水使反應混合物稀釋。燒瓶內(nèi)溶液呈黃色,滴加濃鹽酸后,溶液顏色略有變淺;隨著氫氧化鈉的加入,溶液中產(chǎn)生白色渾濁。隨著堿性的增強,溶液混濁量增加,直至pH試紙測定溶液呈

16、堿性;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。(1加熱過程中,粗產(chǎn)品溶解;(2冷卻后溶液分層,上層有黃色油狀液滴,下層無色,加入少量水后有晶體析出。2.6結(jié)果討論2.6.1結(jié)果產(chǎn)物產(chǎn)物外觀反應物理論產(chǎn)量實際產(chǎn)量產(chǎn)率熔點乙酰苯胺白色有光澤片狀晶體10.2g14.85g12.88g86.73%111-113對溴乙酰苯胺白色粉末狀晶體 3.5g 5.55g 4.62g83.24%165-169對溴苯胺棕色的粉末狀 4.62g 3.71g 1.53g41.24%64-66總產(chǎn)率:29.77%2.6.2結(jié)果分析

17、制備乙酰苯胺、對溴乙酰苯胺產(chǎn)率較高,但由于最終目標產(chǎn)物產(chǎn)率只有41.24%,故認為前兩種產(chǎn)物中含有少量雜質(zhì)。認為原因如下:1、產(chǎn)物轉(zhuǎn)移不完全:實驗中,反應結(jié)束后,將產(chǎn)品重圓底燒瓶中轉(zhuǎn)移至燒杯隨后轉(zhuǎn)移至布氏漏斗抽濾再移至燒杯溶解最后用布氏漏斗抽濾。在這個過程中部分產(chǎn)品殘留在容器中無法完全轉(zhuǎn)移。2、活性炭會吸附少量產(chǎn)品:活性炭除了吸附色素外,也會吸附少量乙酰苯胺,導致結(jié)晶時產(chǎn)率降低有機化學設計性實驗 以苯胺為起始原料合成對溴苯胺 邵嘉旭 化學教育一班 20122401185 3、滴加溴的速度過快：乙酰苯胺的醇溶液與溴-冰醋酸在攪拌下反應，生成 鄰對位的一溴代物和溴化氫氣體。由于鄰位位阻大，因此產(chǎn)物

18、以對溴乙酰苯胺為 主。在將溴滴加到乙酰苯胺里面時，滴加速度不能過快，否則反應太過劇烈， 會 導致一部分溴來不及參與反應就與溴化氫一起逸出， 用時也可能會產(chǎn)生二溴代產(chǎn) 物。 2.7 結(jié)論 本實驗操作較為繁瑣，耗時較長，所用試劑均有一定的毒性和危險性。但此 實驗試劑較為常見，有益于在實驗室進行此次實驗。本次實驗耗時 13h，最終得 到目標產(chǎn)物對溴苯胺質(zhì)量為 1.53g，產(chǎn)率為 41.24%，通過熔點測定，基本符合文 獻參考值，說明所的產(chǎn)物雖然產(chǎn)率不高，但較為純正 3 心得體會 這次實驗是整一學年中做過的最長的，長達十三小時，也讓我理解，有機合 成較為復雜，經(jīng)過的中間體越多，其間發(fā)生的副反應也越多，就越難得到目標產(chǎn) 物。經(jīng)過一年的有機化學的學習以及有機化學實驗的操作，極大地鍛煉了我的耐 心，也培養(yǎng)了我嚴謹對待每一個實驗步驟。由于每次的實驗步驟都十分繁瑣， 也 培養(yǎng)了我課前要預習，查文獻。大量的反應原理也促使我更好地學習理論知識， 并將其運用到實驗中。 通過一年的有機化學實驗學習，我也學會了在生活中處理問題時必須有細 心、嚴謹、探索的精神，還有做實驗科學求真的精神，才能更加地完善自己， 不 斷學習不斷進步。 同時也感謝楊老師這一學年的指導，老師您風趣幽默，能將很復雜的有機原 理講授的非常有趣。 同時在平時實驗嚴格要求我們， 也培養(yǎng)