苯乙胺的合成與拆分

1、實(shí)驗(yàn)三 1劉卡特反應(yīng)(R.leuchart reaction)外消旋苯乙胺、萘乙胺系列合成2外消旋苯乙胺和萘乙胺的拆分研究以下是“外消旋a-苯乙胺的合成與拆分”實(shí)驗(yàn)參考講義。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并完成以a-萘乙酮或-萘乙酮為原料的合成及外消旋產(chǎn)物的拆分。一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）通過(guò)苯乙酮與甲酸銨反應(yīng)生成a-苯乙胺，學(xué)習(xí)醛、酮與伯胺的反應(yīng)Leuchart反應(yīng)。 （2）通過(guò)制備a-苯乙胺學(xué)習(xí)活蒸氣水蒸氣蒸餾和減壓蒸餾操作。（3）學(xué)習(xí)用化學(xué)方法將外消旋的化合物拆分為其對(duì)映異構(gòu)體。（4）學(xué)習(xí)用旋光儀測(cè)定化合物的旋光性。（5）學(xué)習(xí)使用數(shù)字顯微熔點(diǎn)儀。 (6) 學(xué)習(xí)試劑、溶劑的回收再利用，培養(yǎng)綠色

2、化學(xué)理念。2具體要求（1）認(rèn)真預(yù)習(xí)、完成預(yù)習(xí)報(bào)告（包括實(shí)驗(yàn)流程圖）。（2）按講義要求完成實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄。（3）產(chǎn)品上交時(shí)要有完整的物理數(shù)據(jù)，如比旋光度、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等。（4）認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括思考題。（5）按要求如期保質(zhì)保量完成所有規(guī)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。二、反應(yīng)原理1劉卡特反應(yīng)(R.leuchart reaction)醛、酮與甲酸和氨（或伯、仲胺），或與甲酰胺作用發(fā)生還原胺化反應(yīng)，稱為劉卡特反應(yīng)。反應(yīng)通常不需要溶劑，將反應(yīng)物混合在一起加熱（100180ºC）即能發(fā)生。選用適當(dāng)?shù)陌罚ɑ虬保┛梢院铣刹?、仲、叔胺。反?yīng)中氨首先與羰基發(fā)生親核加成，接著脫水生成亞胺，亞胺隨后被還原生成胺。與

3、還原胺化不同，這里不是用催化氫化，而是用甲酸作為還原劑。反應(yīng)過(guò)程如下：苯乙酮在高溫下與甲酸銨反應(yīng)得到（±）-a-苯乙胺： （±）-苯乙胺2（±）-a-苯乙胺的拆分原理用化學(xué)方法拆分外消旋體，其原理是用旋光性試劑把外消旋的對(duì)映異構(gòu)體變成可分離的非對(duì)映異構(gòu)體混合物，再利用非對(duì)映異構(gòu)體的物理性質(zhì)不同，將其分離。常用的方法是利用有旋光性的有機(jī)酸(或有機(jī)堿)與外消旋的有機(jī)堿(或有機(jī)酸)反應(yīng)得到兩種非對(duì)映異構(gòu)體的鹽的混合物，再利用它們?cè)谀撤N溶劑中的溶解度不同，用分步結(jié)晶法將它們分離。本實(shí)驗(yàn)采用L-(+)-酒石酸與（±）-a-苯乙胺反應(yīng)，產(chǎn)生兩個(gè)非對(duì)映異構(gòu)體的鹽的混合

4、物，這兩個(gè)鹽在甲醇中的溶解度有顯著差異，可以用分步結(jié)晶法將它們分離開(kāi)來(lái)，然后再分別用堿對(duì)這兩個(gè)已分離的鹽進(jìn)行處理，就能使(+)、(-)-a-苯乙胺分別游離出來(lái)，從而獲得純的(+)-a-苯乙胺及(-)-a-苯乙胺。反應(yīng)如下：三、主要儀器和試劑1主要儀器旋光儀、數(shù)字顯微熔點(diǎn)儀、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、水蒸氣蒸餾裝置、減壓蒸餾裝置、電磁攪拌器、電熱套、升降臺(tái)、合成用常規(guī)玻璃儀器。2主要試劑和溶劑 苯乙酮(30g) 甲酸銨(50g) L-(+)-酒石酸(20g) 鹽酸(30ml) 無(wú)水硫酸鎂 甲苯(100ml) 甲醇(300ml) 乙醚(100ml) 粒狀氫氧化鈉(50g)四、實(shí)驗(yàn)步驟1外消旋a-苯乙胺的制備在1

5、00ml三口燒瓶中加入30g苯乙酮、50g甲酸銨及幾粒沸石，溫度計(jì)插入溶液中，裝分水回流裝置。用電熱套緩緩加熱，混合物先熔成兩層，至150155ºC時(shí)逐漸變?yōu)榫?。沸騰下有水、苯乙酮及碳酸銨餾出，同時(shí)不斷產(chǎn)生泡沫放出氨氣和二氧化碳?xì)怏w。待溫度達(dá)180ºC1，將分水器中的上層全部返回反應(yīng)瓶，然后控溫180185ºC繼續(xù)反應(yīng)2h。 反應(yīng)混合物冷卻后轉(zhuǎn)入分液漏斗，加入30ml水洗滌反應(yīng)混合物，以除去甲酸銨和甲酰胺。分出油層（粗N-甲酰-a-苯乙胺）放入原來(lái)的燒瓶中，水相每次用10ml甲苯萃取兩次（萃取什么？），甲苯萃取液與油相合并，加入30ml濃鹽酸和幾粒沸石慢慢加熱回

6、流4050min。充分冷卻后，用分液漏斗分出有機(jī)層（未反應(yīng)完全的苯乙酮和其它中性物質(zhì)2），水層每次用10ml甲苯萃取兩次（又是萃取什么？），將甲苯萃取液與上述有機(jī)層合并,倒入廢液回收瓶。將水相轉(zhuǎn)入500ml圓底燒瓶，冷水浴冷卻下，通過(guò)普通漏斗小心加入事先準(zhǔn)備好的氫氧化鈉溶液（25g氫氧化鈉溶解于50ml水），進(jìn)行水蒸氣蒸餾3，收集餾出液至弱堿性（大約200ml）為止。將餾出液上層分于一100ml分液漏斗中，水相每次用20ml甲苯萃取3次，合并萃取液于以上100ml分液漏斗（有何現(xiàn)象？試加以解釋。），有機(jī)相用粒狀氫氧化鈉干燥過(guò)夜。將干燥后的萃取液轉(zhuǎn)入100ml圓底瓶中(NaOH保留給下一組同學(xué)用

7、)4，蒸出甲苯5，然后改用空氣冷凝管蒸餾，收集180190ºC餾分，產(chǎn)品總重約16g，為無(wú)色透明油狀液體。塞好瓶口（用橡膠塞）6，以備拆分實(shí)驗(yàn)使用。2（±）-a-苯乙胺的拆分(1) S-(-)-a-苯乙胺-L-(+)-酒石酸鹽選適當(dāng)?shù)娜萜?(最好是茄形瓶，以便晶體轉(zhuǎn)移) 放入與（±）-a-苯乙胺等摩爾的L-(+)-酒石酸，加入甲醇（按每0.1mol（±）-a-苯乙胺加200ml甲醇計(jì)算），加熱回流使酒石酸全部溶解，稍冷，用潔凈的吸管往熱的酒石酸溶液中慢慢加入制備好的（±）-a-苯乙胺7。加畢，如有晶種，加一粒晶種，微熱回流使溶液清澈透明8，將溶

8、液靜置慢慢冷卻，24h以上，析出白色棱狀結(jié)晶（假如析出的是針形結(jié)晶，重新加熱溶解，冷卻至棱形結(jié)晶析出）。為確保S-(-)-a-苯乙胺-L-(+)-酒石酸鹽純凈，而不粘有R-(+)-a-苯乙胺-L-(+)酒石酸鹽，過(guò)濾前先不要攪動(dòng)晶體，將清澈母液經(jīng)一普通漏斗轉(zhuǎn)入圓底瓶中，加少量冷甲醇于盛有晶體的容器中，洗滌晶體后，用希氏漏斗抽濾，洗滌晶體的甲醇濾到以上盛母液的圓底瓶中并再用少量冷甲醇洗滌結(jié)晶（母液保留），紅外燈下干燥產(chǎn)品，稱重保存。分別測(cè)定其熔點(diǎn)與旋光度， S- (-)-a-苯乙胺-L-(+)-酒石酸鹽mp.179182ºC（分解），aD = +13 （H2O 5%）。母液保留用作獲得

9、R-(+)-a-苯乙胺。將S-(-)-a-苯乙胺-L-(+)-酒石酸鹽保存，使用時(shí)可用堿將S -(-)-a-苯乙胺游離出來(lái)。(2) R-(+)-a-苯乙胺粗品（設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)） 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。處理以上母液，從中得到R-(+)-a-苯乙胺粗品（為何稱為粗品？），實(shí)驗(yàn)室提供20%NaOH，乙醚，無(wú)水MgSO4。測(cè)所得到的R-(+)-a-苯乙胺粗品的旋光度，計(jì)算其%ee值和R構(gòu)型及S構(gòu)型各占的百分比。五、注釋1 緩慢加熱否則影響產(chǎn)率。2 若分層不明顯，可加入少量水。3 水蒸氣蒸餾的各接口應(yīng)涂抹凡士林，以防粘連。4 干燥用過(guò)的氫氧化鈉可再配成水溶液，用于水蒸氣蒸餾前的中和。5 可蒸餾后再用。6 游離胺易吸收

10、空氣中的二氧化碳形成碳酸鹽，故應(yīng)塞好瓶口隔絕空氣。7 熱溶液加（±）-a-苯乙胺能得到較好的鹽晶體，但加胺時(shí)容易起泡使溶液沖出，應(yīng)格外小心。8 如有沉淀要進(jìn)行熱過(guò)濾除取。六、實(shí)驗(yàn)技術(shù)1. 水蒸氣蒸餾技術(shù)水蒸氣蒸餾是一種常用于分離、提純有機(jī)物的技術(shù)。當(dāng)水與不溶性有機(jī)物一起受熱時(shí)，兩者的飽和蒸氣壓之和等于外壓時(shí)就會(huì)沸騰，此時(shí)有機(jī)物蒸氣與水蒸氣便同時(shí)被蒸出。水蒸氣蒸餾一般應(yīng)用于以下幾種情況：一是混合物中有大量固體或樹(shù)脂狀物，不適合于采用其它通常的方法分離；二是混合物中含有焦油狀物，難于采用其它通常的的方法分離；三是有機(jī)物的沸點(diǎn)較高，常壓蒸餾時(shí)易于分解。通常要求采用水蒸氣蒸餾的有機(jī)物在100

11、ºC時(shí)應(yīng)有不太?。ㄒ话悴恍∮?333.2 Pa）的蒸氣壓，以便有利于操作。(1) 水蒸氣蒸餾的裝置水蒸氣蒸餾裝置A 電爐 B.水蒸氣發(fā)生器 C.安全管 D. T形管 E.安全閥 F.導(dǎo)氣管G.克萊森接頭(Y型管) H. 蒸餾燒瓶 I. 彎頭 J.冷凝器 K.尾接管 L.接受器水蒸氣蒸餾裝置一般由水蒸氣發(fā)生器、蒸餾燒瓶、直形冷凝管和接收器等組成。水蒸氣發(fā)生器通常為銅制容器，也可由白鐵皮制成，還可以圓底燒瓶代用。(2) 水蒸氣蒸餾應(yīng)注意的事項(xiàng) 安全措施不可少。在裝置中的安全閥E，既便于及時(shí)排放冷凝水，又可當(dāng)系統(tǒng)受阻壓力增高時(shí)作放空，使系統(tǒng)與大氣相通。 安全操作應(yīng)謹(jǐn)慎。裝置系統(tǒng)安裝完畢后一

12、定要先檢查系統(tǒng)氣密性是否良好，有否漏氣。一切妥當(dāng)后，先將被蒸餾的物料裝入蒸餾燒瓶H（一般不超過(guò)燒瓶容積的1/3），再將水蒸氣發(fā)生器B裝入水（不超過(guò)其容積的1/2），打開(kāi)安全閥E，而后再加熱水蒸氣發(fā)生器。當(dāng)有蒸氣從T形管冒出后，旋緊安全閥E，將蒸氣導(dǎo)入燒瓶開(kāi)始進(jìn)行水蒸氣蒸餾。操作時(shí)應(yīng)隨時(shí)注意安全管C上液柱的高度，防止系統(tǒng)堵塞。萬(wàn)一發(fā)生堵塞，馬上打開(kāi)T形管上的螺旋夾E。隨時(shí)調(diào)節(jié)火力控制餾速（以每秒23滴為宜）。停止蒸餾時(shí)應(yīng)先打開(kāi)安全閥E，再撤去火源，以防物料倒吸。2. 減壓蒸餾及技術(shù)的有關(guān)知識(shí) 減壓蒸餾是分離與提純有機(jī)物常用的方法之一。一些高沸點(diǎn)的有機(jī)物或在常壓蒸餾時(shí)未達(dá)到沸點(diǎn)即已發(fā)生分解、氧化或

13、聚合的有機(jī)物，分離與提純時(shí)常采用減壓蒸餾技術(shù)。 減壓蒸餾又稱真空蒸餾，它是在低于0.1Mpa（通稱1個(gè)大氣壓）下進(jìn)行蒸餾的技術(shù)。因?yàn)橐后w的沸點(diǎn)是隨外界壓力的降低而降低的，所以對(duì)于那些高沸點(diǎn)的有機(jī)物或在常壓蒸餾時(shí)未達(dá)沸點(diǎn)即已發(fā)生分解、氧化、聚合的有機(jī)物，可以借助于真空降壓系統(tǒng)，通過(guò)降低系統(tǒng)壓力以降低被蒸餾液體的沸點(diǎn)，達(dá)到順利分離與提純之目的。(1) 減壓蒸餾裝置 減壓蒸餾的真空降壓系統(tǒng)可用自來(lái)水水泵，也可用油泵或水循環(huán)式真空泵，它們都是通過(guò)抽氣達(dá)到減壓的目的。一般來(lái)說(shuō)，水循環(huán)式真空泵或油泵的真空度會(huì)更大一些，好的油泵的真空度可達(dá)到13Pa ( 0.1mmHg )；水泵的真空度隨水壓而異 ，用同樣

14、的水泵，水壓愈大，真空度愈高，通常可達(dá)到1063Pa3333Pa ( 825 mmHg )。其具體裝置如下圖： 減壓蒸餾裝置(2) 減壓蒸餾裝置的裝配與操作注意事項(xiàng) 減壓蒸餾裝置基本上由蒸餾、減壓（抽氣）和保護(hù)等三部分組成。蒸餾的裝置與常壓蒸餾中所用裝置基本相同，只是為了防止因暴沸或產(chǎn)生泡沫使反應(yīng)液進(jìn)入冷凝管而通常采用克氏蒸餾頭。減壓的裝置一般包括泵（真空源）、壓力計(jì)（通常用水銀壓力計(jì)）。保護(hù)的裝置一般包括緩沖用的安全瓶（簡(jiǎn)稱緩沖瓶）、冷卻阱（多用冰-水或冰-鹽為冷卻劑）和吸收塔等，用于冷凝、吸收水蒸氣和揮發(fā)性的有機(jī)溶劑，以防止污染泵油、腐蝕油泵機(jī)件、降低油泵抽氣時(shí)的真空度。用水泵則不用冷卻阱

15、與吸收塔等。 操作時(shí)首先要調(diào)節(jié)、測(cè)定減壓系統(tǒng)的降壓效果可否達(dá)到預(yù)期的真空度，達(dá)不到預(yù)期的真空度應(yīng)調(diào)換真空源。 安裝好系統(tǒng)、加入蒸餾液、打開(kāi)真空泵前應(yīng)先打開(kāi)緩沖瓶上的旋塞，開(kāi)動(dòng)電磁攪拌（如用帶螺絲夾的毛細(xì)管，旋緊螺絲夾）。開(kāi)泵后再逐漸關(guān)閉緩沖瓶上的旋塞，使真空泵開(kāi)始抽真空。 減壓蒸餾系統(tǒng)的蒸餾操作尤應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：待蒸餾的液體不超過(guò)蒸餾燒瓶體積的1/3；燒瓶進(jìn)入浴液不超過(guò)2/3；一般浴液溫度應(yīng)控制在比燒瓶中液體預(yù)期的沸點(diǎn)高2030ºC；以餾出液每秒1滴的速度為宜。 整個(gè)減壓蒸餾過(guò)程要密切觀察并隨時(shí)記錄時(shí)間、壓力、蒸餾的沸點(diǎn)、浴液溫度、餾出液速度等數(shù)據(jù)。隨時(shí)進(jìn)行真空度和浴液溫度的調(diào)節(jié)以達(dá)

16、到最佳蒸餾效果。 減壓蒸餾開(kāi)始時(shí)的操作順序是打開(kāi)真空泵調(diào)好真空度通冷凝水加熱。減壓蒸餾結(jié)束時(shí)的操作順序恰好相反，先撤去熱浴關(guān)閉冷凝水體系冷后慢慢打開(kāi)緩沖瓶上的活塞內(nèi)外壓力平衡后關(guān)閉真空泵。3. 顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)定熔點(diǎn)（微量熔點(diǎn)測(cè)定法）這類儀器型號(hào)較多，但共同特點(diǎn)是使用樣品量少（23顆細(xì)小結(jié)晶），可觀察晶體在加熱過(guò)程中的變化情況，能測(cè)量室溫至300ºC樣品的熔點(diǎn)，其具體操作如下：在干凈且干燥的蓋玻片上放微量晶體（過(guò)大的晶體應(yīng)研細(xì)后取23小粒，否則熔程增長(zhǎng)）并蓋一片蓋玻片，放在加熱臺(tái)上。調(diào)節(jié)反光鏡、物鏡和目鏡，使顯微鏡焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)樣品，開(kāi)啟加熱器，先快速后慢速加熱，溫度快升至熔點(diǎn)時(shí)，控制溫度

17、上升的速度為每分鐘12ºC，當(dāng)樣品結(jié)晶棱角開(kāi)始變圓時(shí)，表示熔化已開(kāi)始，結(jié)晶形狀完全消失表示熔化已完成?？梢钥闯鰳悠纷兓娜^(guò)程，如結(jié)晶的失水、多晶的變化及分解。在使用這種儀器前必須仔細(xì)閱讀使用指南，嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行。七、思考題1 實(shí)驗(yàn)中有三次甲苯萃取，其目的分別是什么？2 用HCl水解后，進(jìn)行水蒸氣蒸餾以前為什么要加入NaOH溶液？3 測(cè)定R-(+)-a-苯乙胺粗產(chǎn)物的旋光度，根據(jù)其aD和文獻(xiàn)值計(jì)算其%e.e.值。4 若要使用S-(-)-a-苯乙胺，將怎樣處理S-(-)-a-苯乙胺-L-(+)-酒石酸鹽（用實(shí)驗(yàn)流程圖表示）？ 八、參考文獻(xiàn)1 北京大學(xué)化學(xué)系，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，北京大學(xué)出

18、版社，1990.22 吳泳等，大學(xué)化學(xué)新體系實(shí)驗(yàn)，科學(xué)出版社，1999.83 李兆隴，陰金香，林天舒，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，清華大學(xué)出版社，2001.44 曾昭瓊，曾和平等，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（第三版），高等教育出版社，2000.55 蘭州大學(xué)，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系有機(jī)化學(xué)教研室，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（第二版），1994.46 鄒明珠，張寒琦，中級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，吉林大學(xué)出版社，2000.77 北京大學(xué)化學(xué)系有機(jī)化學(xué)教研室，有機(jī)化學(xué)詞典，科學(xué)出版社，1987a-苯乙胺的制備與拆分實(shí)驗(yàn)儀器清單（204-206，1#, 4#, 7#, 10#, 13#, 19#, 22#, 28#, 31#, 37#, 40#, 46#, 49#

19、, 55#, 58#, 64#, 67#, 70#）名稱規(guī) 格（擺放位置）數(shù)量單價(jià)(元)名稱規(guī) 格（擺放位置）數(shù)量單價(jià)(元)直形冷凝管220/19 # X 2（抽屜）150/ 14 # X21129.0024.00分液漏斗250ml（中格）100ml1123.5021.50空氣冷凝管220/19 # X 2（抽屜）129.00加料漏斗110.00蒸餾頭19 # X 3（抽屜）132.00普通錐形瓶250ml（中格）100 ml50 m2115.004.003.70真空接受管19 # X 2 （抽屜）118.00分水器10 ml /19 # X 2（抽屜）129.00溫度計(jì)0-300 o C（抽屜）0-100 0 C114.502.80希氏漏斗19 #（中格）120.00乳缽8cm（下格）15.50量筒50 ml10 ml117.504.00培養(yǎng)皿（下格）11.50樣品瓶3空心塞19 # （紙盒）14#229.007.00普通漏斗6cm（下格）3cm114.003