植物生长调节剂3-吲哚乙酸的合成

植物生长调节剂3-吲哚乙酸的合成

一、实验目标

1．掌握利用Fe/HCl 体系将-NO2氧化成-NH2的方法； 2．掌握减压蒸馏中真空泵的使用方法； 3．初步掌握利用氮气置换空气的操作方法； 4．初步掌握压热釜的操作方法。

二、产品特性与用途 3-吲哚乙酸的英文名称：3-Indoleacetic acid ，化学式：C10H9NO2，相对分子质量：175.19。 本品为无色结晶，见光后迅速氧化成红色而活性降低，应放在棕色瓶中贮藏。熔点167～169℃，微溶于水、甲苯，易溶于乙酸乙酯。在酸性介质中不稳定，在无机酸作用下能迅速失去活性。其水溶液也不稳定，但其钠、钾盐比游离酸稳定。通常以粉剂或可湿性粉剂使用。

市售3-吲哚乙酸为人工合成产品，其LD50 = 150 mg / kg （小白鼠腹腔注射）。3-吲哚乙酸可以经茎、叶和根系被植物吸收。它对植物生长有刺激作用，可影响细胞分裂、细胞伸长和细胞分化，也影响营养器官和生殖器官的生长、成熟和衰老，可促进植物生根，提高产量，是一种植物生根调节剂。当用于插枝生根的木本植物、草本植物时，可以加速根的形成；当用于处理甜菜种子时，可提高块茎产量与含糖率，也可以促进胡萝卜的生长。

吲哚乙酸由于见光容易分解，在植物体内容易被吲哚乙酸氧化酶分解，并且价格较贵，所以在生产上应用受到限制，主要用于组织培养，诱导愈伤组织和根的形成。

三、实验原理

1．邻甲苯胺的合成

2．N-甲酰基邻甲苯胺的合成

3．吲哚的合成

4．3-吲哚乙酸的合成

CH 3NO 2Fe

H -Cl CH

3NH

2CH 3NH 2

HCOOH CH 3

NHCHO

H -OH

CH 3NHCHO ( t - C H ) OK

N

H CH 3NH 2

四、主要仪器与药品 1．主要仪器

气阱、真空泵、1L 压热釜、电加热套、电动搅拌器、水蒸气蒸馏装置及减压抽滤装置等。

2．主要药品

30g 铁粉、2.5mL

盐酸、27g 邻硝基甲苯、

428g 邻甲苯胺、201.5 g 90％甲酸、100mL 石蜡油、300mL 叔丁醇、14.5g 金属钾、34g N-甲酰基邻甲苯胺、10g 无水硫酸钠、90g 85％氢氧化钾、117g 吲哚、120g 70％羟基乙酸水溶液及氮气、碳酸钠、食盐、苯、氢氧化钾、锌粉、乙醚、5％稀盐酸及5％碳酸钠溶液等。

五、实验内容与操作步骤 1．邻甲苯胺的合成

将30g 铁粉、225mL 水和2.5mL 盐酸加入四口瓶中，加热至70℃，搅拌并让其酸蚀1～2h 。其目的是把铁粉溶解在稀盐酸中，以便生成具有氧化性的Fe2+。搅拌下每次少量、分多次加入27g （0.2 mol ）邻硝基甲苯，维持温度为80～90℃。邻硝基甲苯加完后，升温至95℃，产物应完全溶于稀盐酸。将还原反应物用碳酸钠中和，进行水蒸气蒸馏。将馏出液移入分液漏斗中，加入食盐振荡使食盐完全溶解。用苯萃取4次，每次用量50mL 。苯的萃取液用片状氢氧化钾干燥。蒸出苯以后，向残余物中加入少量锌粉进行蒸馏，其目的是利用锌粉的还原性，防止邻甲苯胺被空气氧化。收集198～200℃的馏分即为邻甲苯胺，约得17.5g 。还原反应结束后烧瓶内壁留下一层黑色金属氧化膜，很难洗去。用稀盐酸加热回流2h 左右即可洗净。称量产品，计算收率。

2．N-甲酰基邻甲苯胺的合成

将21.4g （0.2 mol ）邻甲苯胺和10.1g （0.21 mol ）90％甲酸混合物加入四口瓶中，加热至出现回流，保温3h ，放置过夜。真空蒸馏，收集沸点为173～175℃（3322Pa ）的馏分，得到浅黄色N-甲酰基邻甲苯胺约20g ，熔点55～58℃。称量，计算收率。

3．吲哚的合成

在1L 的三口瓶上装上回流冷凝器和氮气通入管。冷疑器的上口接通至两个由500mL 吸滤瓶连接而成的气阱，其中第一个是空的，第二个盛有100mL 石蜡油，第二个吸滤瓶的进气管稍稍伸入石蜡液面下。在三口瓶中放入300mL 叔丁醇，用氮气赶尽空气。分批加入14.5g （0.375 mol ）金属钾，加热至全部溶解。加入34g （0.25 mol ）N-甲酰基邻甲苯胺，并使之溶解。取下回流冷凝器，改为蒸馏装置。用一个吸滤瓶作为接收瓶，并接至前面操作中使用过的气阱，以隔绝空气。蒸馏出过量的醇。剩余物加热至350～360℃，保持20～30min ，在氮气氛中冷却。加入150mL 水使剩余物分解。用水蒸气蒸馏，蒸出吲哚。馏出物用乙醚提取，加入冷的5％稀盐酸，振荡使邻甲苯胺盐化。倾出水层，用5％稀碳酸钠溶液洗涤。再倾去水层，用10g 无水硫酸钠干燥。用水浴蒸馏除去乙醚。之后减压蒸馏，收集沸点为142～144℃（3588Pa ）的馏分，得淡黄色吲哚约11.5g ，熔点52～53℃。称量，计算收率。

4．3-吲哚乙酸的合成

在1L 压热釜中加入90g （1.37mol ）85％氢氧化钾和117g （1mol ）吲哚，加入120g （1.1 mol ）70％羟基乙酸水溶液，密闭压热釜，用氮气置换空气。在250℃下反应22h 。然后降温至50℃，打开釜盖，加入333mL 水后加热到100℃保持30min 以溶解粗吲哚乙酸钾盐，之后冷却至室温。把反应液倒出，用水洗涤高压釜，并加水调至体积为1000mL 。然后

N

H HOCH 2COOH

N

H

CH 2COOK

H -OH

KOH

N

H CH 2COOK

H -Cl

N

H CH 2COOH

用200mL乙醚萃取吲哚，回收待用。水相钾盐用浓盐酸酸化，蒸发部分水，冷却至10℃结晶，过滤。收集得到的晶体，冷水洗涤，干燥，得到浅黄色吲哚乙酸粗品，熔点约163～165℃。用热水溶解，加入活性炭脱色后，进行重结晶操作，得到几乎无色的针状物，即为产品，熔点164～166℃（分解），产品放于棕色瓶中贮藏。称量产品，计算收率。

六、实验记录与数据处理

1．实验记录表

2．数据记录表

七、安全与环保

邻甲苯胺、N-甲酰基邻甲苯胺等药品具有一定毒性，实验产生的废水应经处理后集中排放。