苯佐卡因的合成試驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)五苯佐卡因的合成一、實(shí)驗(yàn)原理苯佐卡因化學(xué)名稱為對(duì)氨基苯甲酸乙酯，白色晶體粉末。通常由對(duì)硝基甲苯出發(fā)，經(jīng)氧化、酯化、還原而得：j以對(duì)甲笨胺為唳科合方茶生卡因本次試驗(yàn)以對(duì)甲苯胺為原料來合成對(duì)氨基乙?；陌罚琀i/第一步，?；?。本次試驗(yàn)以對(duì)甲苯胺為原料來合成對(duì)氨基乙?；陌?，Hi/第一步，酰化。以乙酸酐為酰化試劑，將氨基?；玫綄?duì)甲基乙酰苯胺。芳胺?；淖饔茫孩俦Ｗo(hù)氨基，使其不被氧化劑破壞。②降低了氨基對(duì)苯環(huán)的致活作用。氨基為強(qiáng)致活基團(tuán)，而乙酰氨基為中等致活基團(tuán)。③酰氨基的空間位阻作用有利于在其對(duì)位發(fā)生親電取代反應(yīng)。在合成的最后步驟，可通過在酸、堿催化下將酰胺水解，使氨基重新復(fù)原。第二步，氧化。以KMnO4為氧化劑，將對(duì)甲基乙酰苯胺氧化為對(duì)乙酰氨基苯甲酸鉀。氧化反應(yīng)中，紫色的KMnOj被還原為棕色的MnO2沉淀，同時(shí)溶液中OH-離子生成。為了避免溶液堿性變得太強(qiáng)導(dǎo)致酰胺水解，需加入適量的作緩沖劑，通過生成Mg(OH)2沉淀消耗OH-離子(控制溶液酸度pH~9.0)在水溶液中，KMnO4與不溶于水的有機(jī)物進(jìn)行的氧化反應(yīng)屬于韭均相反應(yīng)，反應(yīng)速度比較慢，需要適當(dāng)加熱和充分?jǐn)嚢?。具體實(shí)驗(yàn)操作時(shí)通常先將反應(yīng)體系預(yù)熱到反應(yīng)溫度并加以保持，然后在充分?jǐn)嚢柘路峙尤隟MnO4溶液，為了避免積料，每加入一份KMnO4溶液都要待反應(yīng)液紫色褪去后再加另一批，加料完畢后要繼續(xù)加熱攪拌一段時(shí)間使反應(yīng)完全。第三步，水解。在鹽酸溶液中加熱回流，將對(duì)乙酰氨基苯甲酸水解為對(duì)氨基苯甲酸鹽酸鹽水解反應(yīng)后將水解液冷卻至室溫后，用氨水仔細(xì)調(diào)節(jié)酸度至出現(xiàn)對(duì)氨基苯甲酸沉淀（等電點(diǎn)pH約為4.7?4.9）。由于調(diào)節(jié)酸度時(shí)不容易恰好到對(duì)氨基苯甲酸等電點(diǎn)，致使沉淀很少或得不到沉淀，后續(xù)實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行，改進(jìn)的方法是水解后直接將水解液用冰水浴充分冷卻，析出對(duì)氨基苯甲酸鹽酸鹽結(jié)晶，濾出后干燥，可直接用于下步的酯化反應(yīng)。第四步，酯化。在濃硫酸催化下，對(duì)氨基苯甲酸（或其鹽酸鹽）與乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)，生成對(duì)氨基苯甲酸乙酯的硫酸鹽，反應(yīng)后用碳酸鈉中和，得到苯佐卡因。二、儀器與試劑磨口玻璃儀器，機(jī)械攪拌器，磁攪拌器，分液漏斗，廣泛pH試紙。對(duì)甲苯胺（大口瓶裝的固體試劑），乙酸酐，三水合乙酸鈉，無水乙醇，乙醚，高錳酸鉀，七水合硫酸鎂，濃硫酸，濃鹽酸，飽和碳酸鈉溶液，草酸（用于清洗沾有二氧化錳污漬的燒杯）。三、實(shí)驗(yàn)步驟1、酰化在小燒杯中加入8.2g（0.06mol）三水合乙酸鈉和20mL水，溫?zé)崛芙?，得到乙酸鈉水溶液。在250mL燒杯中加入4.3g（0.04mol）對(duì)甲苯胺和80mL水，攪拌下滴加4.2mL（0.05mol）濃鹽酸（不能一次性加入，否則放熱產(chǎn)生大量酸霧），然后加熱至50℃左右（若溶液顏色較深，可用活性炭脫色），加入5.6mL（0.06mol）乙酸酐，并立即加入所配制的乙酸鈉溶液，攪拌，析出白色沉淀，冷卻后抽濾，用少量冷水洗滌，抽濾后的濕產(chǎn)品直接用于下步氧化反應(yīng)。對(duì)甲基乙酰苯胺mp154℃。注意事項(xiàng)①量取乙酸酐時(shí)，為了避免乙酸酐水解，應(yīng)使用干燥的量簡。②對(duì)甲苯胺微溶于水，與鹽酸反應(yīng)生成溶于水的對(duì)甲苯胺鹽酸鹽，得到均一相水溶液，建立均相反應(yīng)環(huán)境，但此時(shí)因氨基被質(zhì)子化不再具有親核能力，不能與乙酸酐發(fā)生酰化反應(yīng)，因此必須降低酸度使對(duì)甲苯胺游離出來。加入乙酸鈉的作用是提高溶液pH值（最終為乙酸-乙酸鈉環(huán)境），建立對(duì)甲苯胺鹽酸鹽與對(duì)甲苯胺的平衡體系，游離出來的對(duì)甲苯胺分子隨即被?；＂奂尤胍宜狒罅⒖碳尤胍宜徕c溶液的目的是使對(duì)甲苯胺盡快游離出來與乙酸酐進(jìn)行?；磻?yīng)，否則乙酸酐就會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)失去活性。④使用乙酸酐為?；噭r(shí)，適當(dāng)加熱可促進(jìn)?；磻?yīng)進(jìn)行。2、氧化稱取11.2g（0.071mol）KMnO4于250mL燒杯中，加入120mL水，攪拌溶解，加熱至85℃左右。將得到的對(duì)甲基乙酰苯胺濕產(chǎn)品放入500mL大燒杯中，加入200mL水和15g（0.06mol）MgSO4-7H2O,用平板加熱器加熱至85℃左右并保持溫度，同時(shí)使用機(jī)械攪拌器充分?jǐn)嚢瑁〝嚢钘U要固定好，避免攪拌時(shí)大幅度擺動(dòng)使溶液迸濺），分批加入KMnO4溶液，每次20?30mL左右，待紫色褪盡后再加另一批。反應(yīng)過程中為了避免水分蒸發(fā)過多帶來不利影響，應(yīng)向反應(yīng)體系中補(bǔ)加適量水。KMnO4溶液全部加完后，繼續(xù)加熱攪拌5?10min使反應(yīng)完全。檢驗(yàn)反應(yīng)體系中KMnO4沒有剩余（方法：用玻棒沾取少許反應(yīng)液點(diǎn)到濾紙上，觀察樣點(diǎn)擴(kuò)散邊緣應(yīng)無紫色。若邊緣呈紫色，可加入2?3mL乙醇，攪拌幾分鐘后再檢驗(yàn)），然后趁熱抽濾（濾液應(yīng)無色）。抽濾時(shí)燒杯中剩余的溶液要注意保溫，避免對(duì)乙酰氨基苯甲酸鉀析出。最后用少量熱水抽洗沉淀物，趁熱將濾液轉(zhuǎn)移至大燒杯中，稍冷后滴加3mol/L硫酸至溶液pH=2?3,析出對(duì)乙酰氨基苯甲酸白色固體，冷卻后抽濾，110℃干燥，稱量，放入樣品瓶中保存。對(duì)乙酰氨基苯甲酸mp255?257℃。注意事項(xiàng)①對(duì)甲基乙酰苯胺與KMnO4溶液的氧化反應(yīng)屬于非均相反應(yīng)，要適當(dāng)加熱和充分?jǐn)嚢?。加熱反?yīng)過程中水不斷蒸發(fā)，若不適當(dāng)補(bǔ)水，則不僅會(huì)使體系粘稠度增大影響反應(yīng)效率，也會(huì)使產(chǎn)物對(duì)乙酰氨基苯甲酸鉀達(dá)到過飽和而析出，過濾時(shí)留在濾餅中導(dǎo)致?lián)p失。②為了避免KMnO4積料導(dǎo)致危險(xiǎn)，必須分批加入。③反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)體系中包含對(duì)乙酰氨基苯甲酸鉀、Mg（OH）2、MnO2等組分，對(duì)乙酰氨基苯甲酸鉀在水中的溶解度相對(duì)較小，為了避免過濾時(shí)冷卻析出，要趁熱抽濾。④抽濾時(shí)為了避免Mg（OH）2等穿透濾紙或抽漏，應(yīng)使用雙層濾紙。抽濾過程中要及時(shí)向布氏漏斗中添加溶液，中間不能抽干，否則濾餅會(huì)很致密，后續(xù)抽濾就非常困難。3、水解將所制得的對(duì)乙酰氨基苯甲酸放入50mL圓底燒瓶中，加入30mL1：1鹽酸溶液，安裝回流裝置，加熱回流30min）使水解完全，稍冷后將溶液倒入100mL燒杯中，用冰水浴充分冷卻，析出對(duì)氨基苯甲酸鹽酸鹽結(jié)晶，/抽濾/110℃干燥后用于下步酯化反應(yīng)。（也可將濾液倒入燒杯中，滴加1：1氨水小心調(diào)節(jié)酸度至出現(xiàn)大量沉淀，得到對(duì)氨基苯甲酸。純對(duì)氨基苯甲酸mp187~188℃。）注意事項(xiàng)①水解反應(yīng)使用的燒瓶較小，燒瓶中物料多，開始反應(yīng)時(shí)要小心控制加熱速度并盡量攪拌，避免暴沸沖料（否則物料很容易沖入到冷凝管中并從上口溢出）。②通常將沉淀消失、溶液澄清作為酰胺水解完全的標(biāo)志，本實(shí)驗(yàn)中因燒瓶小，使用的水解液較少，隨著水解反應(yīng)的進(jìn)行，溶液逐漸變澄清然后又會(huì)逐漸混濁，其原因是水解得到的對(duì)氨基苯甲酸的鹽酸鹽過飽和析出。如果水解液體積大，則不會(huì)有沉淀析出的現(xiàn)象。③用氨水調(diào)節(jié)水解液酸度時(shí)，非常容易偏離等電點(diǎn)，致使得到的沉淀很少甚至不析出沉淀，而將水解液冷卻后收集析出的對(duì)氨基苯甲酸鹽酸鹽則簡便易行，收率也較高。④在濃硫酸催化下，使用對(duì)氨基苯甲酸或?qū)Π被郊姿猁}酸鹽與乙醇的酯化反應(yīng)效果是一樣的，因?yàn)榧幢闶褂脤?duì)氨基苯甲酸，在酯化反應(yīng)中氨基也首先被質(zhì)子化成鹽。4、酯化向干燥的50mL圓底燒瓶中加入2.5d對(duì)氨基苯甲酸鹽酸鹽和25mL無水乙醇，冰水浴冷卻，小心滴入2mL濃硫酸，然后安裝回流物置/磁攪拌木加熱回流1h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，將溶液倒入燒杯中，攪拌下滴加飽和碳酸鈉溶液中和至pH~9.0,然后用傾析法將溶液轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，加10mL水入稀釋乙醇濃度），再分別用15mL乙醚萃取兩次，合并乙醚相，倒入50mL圓底燒瓶中，安裝蒸餾裝置，利用水浴加熱蒸餾乙醚，至沸水浴下無餾出物為止，（燒瓶中殘余油狀物約2mL。稍冷后取下燒瓶，加入50mL去離子水，攪拌，析出對(duì)氨基苯甲酸乙酯粗產(chǎn)品，抽濾，用乙醇-水混合溶劑重結(jié)晶，干燥，稱量，計(jì)算累積產(chǎn)率，純粹的對(duì)氨基苯甲酸乙酯為白色斜方形結(jié)晶，分子量165.19，mp88~90℃。易溶于醇、醚、氯仿，難溶于水。注意事項(xiàng)①酯化反應(yīng)后，溶液呈強(qiáng)酸性（催化劑為濃硫酸），對(duì)氨基苯甲酸乙酯中的氨基是被質(zhì)子化的，用Na2CO3溶液中和至體系的pH、9左右，目的就是除去質(zhì)子化氨基上的質(zhì)子，得到中性的對(duì)氨基苯甲酸乙酯，這樣才能被乙醚萃取。②蒸餾低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑（如乙醚時(shí)）絕對(duì)禁止明火加熱（實(shí)驗(yàn)臺(tái)周圍也不能有明火），要用熱水浴加熱;接受瓶要用冰水浴冷卻；尾接管支管應(yīng)連接橡皮管通到下水道或室外。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論分析1、實(shí)驗(yàn)結(jié)果反正得到對(duì)氨基苯甲酸乙酯為0.5g，使用的對(duì)氨基苯甲酸鹽酸鹽的質(zhì)量為2.0g產(chǎn)率：w%=0.5?（2.0:173.6X165.18）X100%=26.3%2、討論分析產(chǎn)率較低，可能的原因是：①加入醋酸鈉溶液間隔的時(shí)間越長，產(chǎn)品的產(chǎn)率就越低。加入醋酸鈉間隔的時(shí)間越短，析出的白色固體就越快，量也越多，隨著時(shí)間間隔的增大，析出量逐漸減少?！?】在實(shí)驗(yàn)時(shí)加入醋酸鈉的時(shí)間間隔較大，?；磻?yīng)不夠徹底。②加熱反應(yīng)過程中水不斷蒸發(fā)，若不適當(dāng)補(bǔ)水，則不僅會(huì)使體系粘稠度增大影響反應(yīng)效率，也會(huì)使產(chǎn)物對(duì)乙酰氨基苯甲酸鉀達(dá)到過飽和而析出，過濾時(shí)留在濾餅中導(dǎo)致?lián)p失。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，補(bǔ)加的水不夠，造成了對(duì)乙酰氨基苯甲酸鉀達(dá)到過飽和而析出，形成損失。③在濃硫酸催化下經(jīng)酯化反應(yīng)合成的。濃硫酸作催化劑，一方面，它具有良好的催化作用，可加大反應(yīng)速率，由于吸水性強(qiáng)又可以除去反應(yīng)中生成的部分水，從而提高酯的產(chǎn)量。另一方面，因其具有較強(qiáng)的氧化性和脫水性，反應(yīng)過程中副產(chǎn)物多；酯化反應(yīng)是可逆反應(yīng)，在酸的催化下，能發(fā)生水解反應(yīng)，使其產(chǎn)率降低。此濃硫酸的用量，對(duì)提高對(duì)氨基苯甲酸乙酯的產(chǎn)量是至關(guān)重要的。在實(shí)驗(yàn)時(shí)所加的硫酸略有過量，使得副反應(yīng)增加，產(chǎn)量降低。④在產(chǎn)物析出添加碳酸鈉過程中，發(fā)現(xiàn)研細(xì)后的碳酸鈉粉末對(duì)產(chǎn)物有更好的析出效果，采用少量多次的操作，對(duì)于產(chǎn)率的提升亦有一定的效果。實(shí)驗(yàn)時(shí)加對(duì)1碳酸鈉粉末不夠細(xì)致，顆粒較大。⑤酯化反應(yīng)中時(shí)間和溫度的控制。通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)溫度控制在75℃左右，反應(yīng)時(shí)間在60?80min時(shí)，具有最好的酯化產(chǎn)率。實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度變化較大，不夠準(zhǔn)確，而且反應(yīng)的時(shí)間較短，反應(yīng)不夠完全