有機實驗報告：對溴苯胺的全合成

1、對溴苯胺的全合成陳爍丹（華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院 20112401018）摘要 對溴苯胺是非常重要的有機化工原料，常被用作染料原料，如偶氮染料、喹啉染料等，醫(yī)藥及有機合成的中間體等。本實驗合成過程以硝基苯為 原料，經(jīng)歷制備苯胺、乙酰苯胺、對溴乙酰苯胺等中間體的過程，最終制得目標(biāo) 產(chǎn)物對溴苯胺。其合成過程經(jīng)歷硝化、還原、保護、溴代、去保護等多個步驟， 可以制得純度較高的對溴苯胺。同時，使用了芳烴硝化、硝基的還原、氨基的保 護與去保護、芳烴鹵代等方法。通過實驗可得，用此實驗方法制備對溴苯胺，操 作方法簡單，可控性強，相對于其他方法產(chǎn)率較高。關(guān)鍵詞合成；對溴乙酰苯胺；對溴苯胺The Total S

2、yn thesis of P-bromo-a nili neChen 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, KuiL in dyes, medic ine and syn thetic orga nic in termediates, etc. The syn thesis process of n itrobe nzene in as

3、 raw material, through preparation aniline, acetyl aniline, bromine acetyl aniline in termediates such as to the process, fin ally made of bromine an ili ne target product. The syn thesis process in clude n itrificati on, reduct ion and protect ion experie nee, bromin ati on, to protect the and so o

4、n many steps of the syn thesis 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 experime nt, the experime ntal method with the preparati

5、on of 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 對溴苯胺的合成方法多種多樣，通過查找文獻可以得到三種常用的對 溴苯胺合成方法。第一種是通過2,4,4,6- 四溴-2,5-環(huán)己烯-1-酮對芳香胺的區(qū)域?qū)Ｒ环磻?yīng)的方法合成目標(biāo)產(chǎn)物；第二種是通過超聲波輻射促進對溴 苯胺的合成；第三種是通過硝化、還原、保護、溴代、去保護等多個步驟

6、 合成目標(biāo)產(chǎn)物。其中，用第三種合成方法來合成對溴苯胺具有操作簡單、 可控性強等優(yōu)點。硝化反應(yīng)是制備芳香硝基化合物的主要方法，也是重要的親電取代反 應(yīng)之一，芳烴的硝化在濃硫酸與濃硝酸作用下較容易進行，芳烴的氫原子 被硝基取代，生成相應(yīng)的硝基化合物。芳香硝基化合物還原是制備芳胺的 主要方法，實驗室常用的方法是在酸性溶液中用金屬進行化學(xué)還原，具體 是使用錫-鹽酸來還原簡單的硝基化合物，也可以用鐵-醋酸法。苯胺很容易進行?；磻?yīng)，即氨基中的氫原子被?；〈?，這樣可以保護芳胺的 氨基。鹵素對苯環(huán)上的取代反應(yīng)屬親電取代反應(yīng)，苯環(huán)上如有取代基，則 按取代基的親電取代定位規(guī)則進行反應(yīng)。對溴乙酰苯胺在酸性條件

7、下去保 護生成目標(biāo)產(chǎn)物。本實驗的總反應(yīng)如下：1.HC12.SntF或NH3CHCOOHNHCOCHjHfRiJrBj：1實驗部分實驗1.1中間體苯胺的制備1.1.1實驗原理苯胺的實驗室制備如果用直接的方法將氨基（-NH2）導(dǎo)入苯環(huán)上是非常困難的，因此常經(jīng)過間接的方法來制備，芳香硝基化合物還原是制備苯胺的主要方法。實驗室常用的方法是在酸性溶液中用金屬進行化學(xué)還原。常用錫-鹽酸來還原簡單的硝基化合物，也可以用鐵-醋酸法。NH1 HC12.Sn(Fe)1.1.2儀器與試劑1.121 儀器錐形瓶、回流冷凝管、水蒸氣蒸餾裝置、直形冷凝管、尾接管、燒杯，抽濾瓶、布氏漏斗、水泵、水浴鍋1.1.2.2試齊 U

8、表1主要試劑原料名稱分子式分子量錫粒Sn118.7硝基苯C6H5NO2123.11濃鹽酸HCI36.47無水氯化鈣CaCl2110.98氫氧化鈉NaOH40.01氯化鈉NaCI58.44乙醚C4H10O74.121.1.3實驗裝置圖1回流裝置圖2水浴加熱回流裝置厳裁何itttSt*岀進烏由管圖4萃取圖3水蒸氣蒸餾裝置圖5分液圖6蒸餾裝置1.1.4實驗步驟、現(xiàn)象及分析實驗步驟現(xiàn)象分析在100ml的圓底燒瓶中加入 27錫粒，溶液為淺黃色透明硝基苯為黃色油12ml （約14.76g ）硝基苯，裝上回液體狀物，本實驗是一流裝置，儀器接口處涂上凡士林。量個放熱反應(yīng)，每次取60 ml濃鹽酸，分?jǐn)?shù)次從冷凝管

9、口加入濃鹽酸時都加入燒瓶并不斷搖動反應(yīng)混合物，若有一陣強烈的反反應(yīng)太激烈，瓶內(nèi)混合物沸騰時，將應(yīng)發(fā)生，要慎重緩原地?zé)糠湃肜渌衅?，使反?yīng)緩慢慢加入，及時振蕩當(dāng)所有的鹽酸加完后，將燒瓶置于沸反應(yīng)物不再呈現(xiàn)硝基苯為黃色油水浴中加熱30min，使還原趨于完全硝基苯的黃色，顏狀物，回流液中黃色加深而且分成，色油狀物消失，轉(zhuǎn)溶液分層，上層乳變?yōu)槿榘咨椭?，白色，下層黃色表明反應(yīng)已完成使反應(yīng)物冷卻至室溫，在搖動下慢慢 加入50沐aOH溶液使反應(yīng)物呈堿性剛加入NaOH溶 液時燒瓶中的溶 液大部分凝結(jié)為 白色固體狀，繼續(xù) 加入NaOH溶液， 燒瓶中的物質(zhì)變 成乳黃色渾濁液 體反應(yīng)物為苯胺與 錫鹽生成的配合

10、 物，加入過量 NaOH使配合物分 解,釋出游離的苯 胺將反應(yīng)瓶改為水蒸氣蒸餾裝置，進行水蒸氣蒸餾直至蒸出澄清液為止蒸出液為黃色透明液體，有部分乳白狀液體蒸出黃色液體為苯胺將餾出液放入分液漏斗中，分出粗苯胺，水層加入氯化鈉固體12-20g使其飽和后，用80ml乙醚分兩次萃取， 合并粗苯胺和乙醚萃取液，用粒狀氫氧化鈉干燥分液漏斗中的液體 分層，上層為黃色， 下層為白色乙醚萃取液在上 層，無色透明，下 層為白色黃色液體為苯胺少部分殘留的苯 胺被乙醚萃取，乙 醚密度小，在上層將干燥后的混合液小心地傾入干燥 的50ml蒸餾燒瓶中，在熱水浴上蒸去乙醚，收集到黃色產(chǎn)物苯胺蒸出液為無色透明 液體，蒸餾瓶中的

11、 溶液為黃色透明液 體乙醚沸點比苯胺 小,先被蒸發(fā)出 來，蒸餾瓶中剩下 沸點較咼的苯胺實驗1.2中間體乙酰苯胺的制備1.2.1實驗原理乙酰苯胺為無色晶體，具有退熱鎮(zhèn)痛作用，是較早使用的解熱鎮(zhèn)痛藥，因此俗稱“退熱冰”。乙酰苯胺也是磺胺類藥物合成中重要的中間體胺的酰基化在有機合成中有著重要的作用。 作為一種保護措施，一級和二級芳胺在合成中通常被轉(zhuǎn)化為它們的乙?；苌?，以降低對氧化降解的敏感性, 使其不被反應(yīng)試劑破壞；同時氨基?；蠼档土税被谟H電取代反應(yīng) （特別是鹵 化）中的活化能力，使其由很強的第I類定位基變?yōu)橹械葟姸鹊牡赨類定位基, 使反應(yīng)有多元取代變?yōu)橛杏玫囊辉〈?由于乙?；目臻g位阻

12、很大，往往選擇 性地生產(chǎn)對位取代物。伯胺、仲胺可用酰氯、酸酐或與冰醋酸加熱來進行?；褂帽姿嵩噭┮?得，價格便宜，但需要較長的反應(yīng)時間，適合于規(guī)模較大的制備。酸酐一般來說 的比酰氯更好的?；噭Ｈ绻诖姿?醋酸鈉的緩沖溶液中進行酰化，由于醋 酸的水解速率比?；俾事枚?，可以得到高純度的產(chǎn)物。乙酰苯胺可有由苯胺與乙酰化試劑，如乙酰氯、乙酐或乙酸等直接作用來制 備。反應(yīng)活性是乙酰氯乙酸酐乙酸。 由于乙酰氯和乙酸酐的價格較貴， 本實NHj驗選用純的乙酸（俗稱冰醋酸）作為乙?；噭?。反應(yīng)式如下:NHCOCHCHjCOOH冰醋酸與苯胺的反應(yīng)速率較慢,且反應(yīng)是可逆的，為了提高乙酰苯胺的產(chǎn)率,般采用

13、冰醋酸過量的方法，同時利用分餾柱將反應(yīng)生成的水從平衡中移去。由 于苯胺易氧化，加入少量鋅粉，防止苯胺在反應(yīng)過程中氧化。1.2.2儀器與試劑1.2.2.1 儀器圓底燒瓶、刺形分餾柱、直形冷凝管、接液管、量筒、溫度計、燒杯、抽濾瓶、布氏漏斗、水泵1.2.2.2試齊 U表2主要試劑原料名稱分子式分子量冰醋酸C2H4O260.05鋅粉Zn65.39活性炭123實驗裝置12.011圖7分餾裝置圖9加熱溶解裝置124實驗步驟、現(xiàn)象及分析實驗步驟現(xiàn)象分析在50 ml圓底燒瓶中加入上步驟反應(yīng)制加熱過程苯胺經(jīng)反應(yīng)生成乙酰苯備出的苯胺、15ml冰醋酸及0.1 g鋅粉，中，圓底燒胺裝上分餾裝置，插上溫度計，將圓底燒

14、瓶中的溶液瓶在石棉網(wǎng)上用小火加熱回流，保持溫由淺黃色逐鋅粉可防止苯胺氧化，只度計讀數(shù)于105°C約1h，反應(yīng)生成的水漸加深進而要少量即可，過多則會生及少量醋酸被蒸出，當(dāng)溫度下降則表明變成淺綠色成不溶于水的氫氧化鋅反應(yīng)已經(jīng)完成分餾溫度不宜過高，以免鋅粉溶解大量乙酸被蒸出而降低產(chǎn)率一段時間后反應(yīng)到達終點時水已經(jīng)溫度計溫度被大部分蒸干，但又沒達下降到乙酰苯胺的沸點，進而導(dǎo)致溫度下降，也表示反蒸出液為透應(yīng)完成明無色，有刺激性氣味乙酸揮發(fā)有刺激性氣味在攪拌下趁熱將反應(yīng)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)品有大量白色固體析出乙酰苯胺不溶于水，在水 中析出將粗產(chǎn)品移至250

15、 ml燒杯中，加入加熱后粗產(chǎn)乙酰苯胺的熔點為100ml水，置燒杯于石棉網(wǎng)上，加熱品溶解，溶114C，但在重結(jié)晶時，使粗產(chǎn)品溶解，稍冷后，加入1.0 g液上表面有乙酰苯胺在83 C時熔化活性灰，并煮沸10min。將溶液趁熱少許油滴成液體，乙酰苯胺層中含抽濾除去活性炭， 濾液冷卻，乙酰苯有水，故油狀物為未溶于胺結(jié)晶析出，抽濾后得到乙酰苯胺的抽濾后得到水而已熔化的乙酰苯胺晶體無色片狀晶體不可以在沸騰的溶液中 加入活性炭，以免引起暴 沸無色片狀晶體為乙酰苯胺實驗1.3中間體對溴乙酰苯胺的制備1.3.1實驗原理苯環(huán)鹵代反應(yīng)：鹵素對苯環(huán)上的取代反應(yīng)屬親電取代反應(yīng)。常用的催化劑有鐵、鋁、磷及鹵化物等。苯環(huán)上

16、如有取代基，則按取代基的親電取代定位規(guī)則進 行反應(yīng)。1.3.2儀器與試劑1.3.2.1 儀器電動攪拌器、250ml三口燒瓶、恒壓滴液漏斗、溫度計（100C、200C）、抽濾瓶、布氏漏斗1.322試劑表3主要試劑原料名稱分子式分子量溴Br2159.832乙醇C2H6O46.07亞硫酸氫鈉NaHS03104.061.3.4實驗步驟、現(xiàn)象及分析實驗步驟現(xiàn)象分析在250ml三口燒瓶上配置電動攪拌器、溫乙酰苯胺攪拌器與三口燒瓶度計和恒壓滴液漏斗，并在恒壓滴液漏斗溶于乙醇連接處的密圭寸性要上連接氣體吸收裝置，以吸收反應(yīng)中產(chǎn)生后溶于為好，以防止溴化氫從的溴化氫。在100ml錐形瓶中，將上步驟黃色透明瓶口溢出

17、制備的乙酰苯胺溶解于15ml乙醇中，將1.40 g溴（3.1g/ml ）溶解于3ml冰醋酸中，加入溴后滴加的溴與乙酰苯一邊攪拌一邊慢慢地將溴-冰醋酸溶液滴溶液的棕胺反應(yīng)，顏色退去。加至乙酰苯胺的醇溶液中，滴加速度以棕紅色很快滴加時速度不可過紅色的溴色較快褪去為宜。滴加完畢，在褪去，反應(yīng)快，否則反應(yīng)太劇45 C浴溫下，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1h ,然后將浴 溫提高至60 C,再攪拌一段時間， 直到反 應(yīng)混合物液面不再有紅棕色蒸氣溢出為 止完畢后，溶 液顏色為 淡黃色烈，會導(dǎo)致一部分溴 來不及反應(yīng)就與溴 化氫一起溢出，也可 能會產(chǎn)生二溴代產(chǎn) 物在攪拌下將反應(yīng)物慢慢加至100ml冷水中，此時即有固體析出。若有

18、黃色，可加 入飽和的亞硫酸氫鈉水溶液洗滌，使溶液 黃色恰好褪去。減壓過濾得到白色針狀晶 體析出白色固體白色固體為對溴乙酰苯胺飽和的亞硫酸氫鈉 水溶液的作用是除 去過量的溴實驗1.4目標(biāo)產(chǎn)物對溴苯胺的制備1.4.1實驗原理對溴乙酰苯胺在酸性條件下去保護生成對溴苯胺，這是常見的去保護基方 法。其反應(yīng)式如下：NHCOCHjNHt142儀器與試劑1.4.2.1 儀器三口燒瓶、恒壓滴液漏斗、蒸餾彎頭、尾接管、錐形瓶、pH試紙、抽濾瓶、布氏漏斗1.422試劑表4主要試劑原料名稱分子式分子量乙醇C2H6O46.07濃鹽酸HCI36.46氫氧化鈉NaOH39.997沸石143實驗裝置圖13回流裝置圖14蒸餾裝

19、置144實驗步驟、現(xiàn)象及分析實驗步驟現(xiàn)象分析在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步驟制備的對 溴乙酰苯胺、5ml 95臨醇和三粒沸石，加熱至 沸，向滴液漏斗慢慢滴加3.5 ml濃鹽酸，加畢， 回流30min對溴乙酰 苯胺溶解 于乙醇中，溶液為黃 色對溴乙酰苯胺能溶于乙醇加入9ml水使反應(yīng)混合物稀釋溶液稍微渾濁對溴苯胺不溶于 水，剛開始稀釋， 乙醇濃度降低，有一少部分對溴苯胺析出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20ml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，抽濾后得到灰白色的晶 體，質(zhì)量為1.01g，產(chǎn)

20、率為4.9%析出灰白色固體對溴苯胺不溶于 水，在堿性條件下 析出晶體2結(jié)果與討論2.1實驗結(jié)果表5實驗數(shù)據(jù)記錄和備注實際產(chǎn)量/g理論產(chǎn)量/g產(chǎn)率備注苯胺7.7711.1669.9%淺黃色透明液體乙酰苯胺3.7411.2833.2%白色片狀晶體對溴乙酰苯胺2.245.9337.8%白色針狀晶體對溴苯胺1.011.8056.1%灰白色晶體經(jīng)過數(shù)據(jù)的處理，得出了各個步驟的產(chǎn)量和產(chǎn)率，本實驗的總產(chǎn)率為：69.9 %X 33.2 %x 37.8 %X 56.1 % =4.92 %,在全合成過程中，制備乙酰苯胺和對溴乙酰苯胺的產(chǎn)率較低，導(dǎo)致最終實驗的總產(chǎn)率較低，但是所得晶體的顏色與所查文獻相符合，所以，本

21、次實驗所制備的產(chǎn)品純度較高。2.2實驗結(jié)果的分析2.2.1酸性的選擇本實驗的每一個步驟都用到酸，因此，酸性的選擇對本實驗的具有重要作用： 中間體苯胺的制備中，如果用直接的方法將氨基（-NH2）導(dǎo)入苯環(huán)上非?？?難，因此，本步驟采用了在酸性條件下用金屬錫進行化學(xué)還原，得到硝基苯。同 時，反應(yīng)完后，圓底燒瓶上粘附的黑褐色物資，用1:1鹽酸水溶液溫?zé)岢ィ恢苽湟阴１桨窌r，可由苯胺和酰氯、酸酐或與冰醋酸加熱來進行酰化，但由于冰 醋酸易得，則采用了純的乙酸作為乙?；噭Ｓ捎诒姿崤c苯胺的反應(yīng)速率較 慢，且反應(yīng)時間是可逆的，為了提高乙酰苯胺的產(chǎn)率，則采用酸過量的方法。因 此，酸在本步驟中作用極為重要；利

22、用親電取代反應(yīng)，使得溴在乙酰苯胺上發(fā) 生取代反應(yīng)而合成對溴乙酰苯胺，酸性中的H+增加了溴離子的親電性；在對溴 苯胺的合成過程中，要在酸性條件下對對溴乙酰苯胺中的溴進行保護，生成對溴苯胺，但是滴加濃鹽酸的速度不宜太快。222溫度的控制在對溴苯胺的全合成過程中，要準(zhǔn)確控制各步驟的溫度：制備苯胺的實驗 是一個放熱反應(yīng)，要用冰水來散熱，以防反應(yīng)過于劇烈，導(dǎo)致溶液爆沸，同時， 一部分的硝基苯會被還原成琨，導(dǎo)致產(chǎn)率降低；在制備乙酰苯胺時，要保證原 料CH3COOH(b.p.118C)和生成物水(b.p.lOOC )充分反應(yīng)而不被蒸出，同時可以 使生成的水立即移走，促使反應(yīng)向生成物方向移動，應(yīng)控制溫度在10

23、5C左右，提高反應(yīng)效率；在制備對溴乙酰苯胺時，是采用溴的親電取代反應(yīng)，使得乙酰 苯胺的對位連有溴原子。經(jīng)資料得到，化合物的支鏈越多，其結(jié)構(gòu)越不緊湊熔點 越低，因此在反應(yīng)過程中，溫度不能過高，否則會使得溴和乙酸被蒸發(fā)出來，從 而使得反應(yīng)產(chǎn)率降低。2.2.3產(chǎn)率低的原因2.2.3.1由硝基苯制備對溴苯胺的實驗，總反應(yīng)產(chǎn)率低，其可能原因有如下： 該反應(yīng)的反應(yīng)步驟多，中間產(chǎn)物損失多，導(dǎo)致產(chǎn)率較低； 該反應(yīng)所有的反應(yīng)物都加倍，因而有可能反應(yīng)時間不夠長，導(dǎo)致反應(yīng)不完全。可通過適當(dāng)延長反應(yīng)時間，可使產(chǎn)率提高一些； 全合成反應(yīng)經(jīng)歷的時間比較長，中間體存放過程中不可避免地有一 小部分會被氧化，導(dǎo)致樣品的損失。2

24、.2.3.2反應(yīng)過程中影響產(chǎn)率的因素有：由硝基苯制備苯胺時，在滴加濃鹽酸的過程中，要不斷搖晃，使反 應(yīng)完全，因為硝基苯和鹽酸與固體錫粒接觸機會很少，因此要充分 振搖。若反應(yīng)液沸騰，應(yīng)將反應(yīng)瓶浸入冷水中片刻，減緩反應(yīng)的進 行，使反應(yīng)充分和完全，以提高產(chǎn)率； 硝基苯與錫粒、鹽酸反應(yīng)后一定要用 NaOH容液調(diào)溶液PH反復(fù)用 pH試紙測定溶液的pH值直至溶液穩(wěn)定地呈堿性，否則在酸性條件 下可能無法得到產(chǎn)物； 已制備的苯胺在空氣中可能被氧化而造成一定的產(chǎn)量損失。同時可 以通過加入鋅粉防止苯胺在反應(yīng)過程中被氧化，生成有色的雜質(zhì)， 但不宜加得過多，因為被氧化的鋅生成氫氧化鋅為絮狀物質(zhì)會吸收 產(chǎn)品，同樣會影響產(chǎn)率； 用苯胺制備乙酰苯胺時，反應(yīng)時分餾的溫度最好要控制在105C,這是由醋酸與水的混合物的共沸點決定的，若是溫度過高，則會使 大量的乙酸蒸出而降低產(chǎn)率。若溫度過低，則不能將生成的水及時 蒸出，使反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，同樣會影響產(chǎn)率； 用苯胺和冰醋酸制備乙酰苯胺時，反應(yīng)速率較慢而且反應(yīng)是可逆的， 一般采用比醋酸