有机设计实验

有机设计实验

重要化工原料——对溴苯胺的合成

【实验目的】

1，了解掌握制备对溴苯胺的原理及方法

2，了解保护基团在合成中的应用。

3，了解胺的酰基化在有机合成中的应用。

4，学习通过降低基团活性得到目标产物的方法。

【实验原理】

对溴苯胺是非常重要的有机化工原料，它是染料原料（如偶氮染料、喹啉染料等）、医药及有机合成中间体。以苯胺为起始原料设计合成了对溴苯胺,不能直接通过卤代反应实现合成过程，由于氨基是强给电子基，和溴反应很难停留在一元取代的阶段，因此，要制备对溴苯胺，必须先将苯环的活性降低。

胺的酰基化在有机合成中有着重要作用。作为一种保护措施，一级和二级芳胺在合成中通常被转化为它们的乙酰基衍生物，以降低胺对氧化降解的敏感性，使其不被反应试剂破坏；同时氨基酰化后降低了氨基在亲电取代反应（特别是卤化）中的活化能力，使其由很强的第I类定位基变为中等强度的第I类定位基，使反应由多元取代变为有用的一元取代，由于乙酰基的空间位阻很大，往往选择性地生成对位取代物。

溴乙酰苯胺是通过苯环卤代反应合成的，卤素对苯环上的取代属于亲电取代反应，常用的催化剂有铁、铝、磷及其卤化物等。苯环上有乙酰氨基，乙酰氨基是邻对位取代基团，由于空间位阻大，主要产物是对溴乙酰苯胺。

乙酰氨基酸性条件下不稳定，可在酸性条件下去保护，生成对溴苯胺。

乙酰苯胺可由苯胺与乙酰化试剂，如乙酰氯、乙酐或乙酸等直接作用来制备。反应活性是乙酰氯＞乙酸酐＞乙酸。但由于乙酰氯和乙酸酐的价格较贵，本实验采用纯的乙酸作为乙酰化试剂。

以苯胺为起始原料合成对溴苯胺的方法如下：

在本实验中，先将苯胺乙酰化再进行溴代反应，当溴代完毕再水解将乙酰基除去，能较为有效和便捷地合成对溴苯胺。

【仪器试剂】

1，仪器：电动搅拌器；水浴锅；三口烧瓶；温度计；烧杯；刮刀；50ml圆底烧瓶；

刺形冷凝管；直形冷凝管；接液管；量筒；保温漏斗；电热套；恒压滴液漏斗；抽滤瓶；

布氏漏斗；尾接管；锥形瓶；pH试纸。

2，试剂：苯胺；冰醋酸；锌粉；活性炭；溴；乙醇；亚硫酸氢钠；浓盐酸；20%氢氧化钠。

3，使用试剂及产物的物理常数：

名称分子量状态熔点/℃沸点/℃相对密度

苯胺93.12 无色液体-6.3 184 1.022

冰醋酸60.05 无色液体117.9 1.0492

活性炭12.00 黑色固体

对溴乙酰苯胺214.06 白色固体167~169 353.4 1.717 乙酰苯胺135.16 白色晶体114.3 304 1.2190

液溴159.80 红棕色液体-7.2 58.78 3.119

95%乙醇46.07 无色液体-114.3 78.4 0.789

氢氧化钠40.01 无色液体318 1390 2.130

浓盐酸36.47 无色液体无固定 1.179

亚硫酸氢钠104.6 无色液体150 1.48 锌粉65.39 固体419.5 908 7.14

4，实验装置图：

①中间体乙酰苯胺的制备

②中间体对溴乙酰苯胺的制备

③目标产物对溴苯胺的合成

【实验步骤】

1，乙酰苯胺的制备

在50ml圆底烧瓶中，加入10mL新蒸馏过的苯胺、15mL冰乙酸及少许锌粒，如反应装置所示，用小火加热回流,保持温度计读数于105℃1h，当温度下降时表明反应已完全。在搅拌下趁热将反应物倒入盛有100mL冷水的烧杯中，冷却后抽滤，用冷水洗涤粗产品。将反应物移入盛有500mL烧杯中，加入300ml水，加热溶解，稍冷后，加入少量活性炭（约0.5g），在搅拌下再次加热煮沸10分钟，趁热过滤除去活性炭。冷却，结晶，抽滤，自然晾干后称量并计算乙酰苯胺的产率。

2，对溴乙酰苯胺的制备

在250ml三口烧瓶上安装温度计、恒压滴液漏斗，并连接气体吸收装置，以吸收反应

中产生的溴化氢。在100ml锥形瓶中，将制得的乙酰苯胺中溶解于15ml乙醇中，将1.31g 溴溶解于3ml冰醋酸，一边搅拌一边慢慢地将溴-冰醋酸溶液滴加至乙酰苯胺的醇溶液中，滴加速度以溶液的棕红色较快褪去为宜。

滴加完毕，在45度水浴温下，继续搅拌反应1h，然后将水浴温度提高至60度，在搅拌一段时间，直至反应混合物液面不再有红棕色蒸汽溢出为止。

在搅拌下将反应物慢慢加至100ml水中，此时即有固体析出。

减压过滤收集产物，并用冷水充分洗涤，干燥，用乙醇重结晶，得出白色针状晶体。自然晾干后称量并计算对溴乙酰苯胺的产率。

3，对溴苯胺的制备

安装回流反应装置，向三口烧瓶中加入制得的对溴乙酰苯胺、12.3mL95%的乙醇，加热至沸，缓慢滴加7mL的浓盐酸。回流30分钟，加入20mL水使反应物稀释。将回流装置改成蒸馏装置进行蒸馏，将残余物对溴苯胺盐酸盐倒入50mL冰水中，在搅拌下滴加20%氢氧化钠使之刚好呈碱性。抽滤，水洗抽干后用乙醇-水重结晶，自然晾干，称量并计算对溴苯胺的产率。

4，产物分析

分别测定三个步骤中产物乙酰苯胺、对溴乙酰苯胺、对溴苯胺的熔点、折光率，并测量产物的红外光谱图以及核磁共振谱图（13C）,与理论值进行对比分析。

【注意事项】

1，玻璃仪器必须干燥。

2，苯胺因为氧化而颜色较深，使用前要重新蒸馏。因为苯胺的沸点较高，蒸馏时选用空气冷凝管冷凝，或采用减压蒸馏。

3，冰醋酸具有强烈刺激性，要在通风橱内取用。

4，由于苯胺易氧化，锌粉的作用是防止苯胺氧化，只要少量即可。加得过多，会出现不溶于水的氢氧化锌。

5，反应时分馏温度不能太高，保持馏出速度为1滴／2～3 秒，以免大量乙酸蒸出而降低产率和有二取代产物生成。

6，加入活性炭的目的是脱色；不能在沸腾的溶液中加入活性炭，以免引起暴沸，要等溶液稍冷却；活性炭不宜加多，以免吸附部分产品。

7，趁热过滤时，布氏漏斗和吸滤瓶一定要预热。滤纸大小要合适，抽滤过程要快，避免产品在布氏漏斗中结晶。

8，若让反应液冷却，则乙酰苯胺固体析出，沾在烧瓶壁上不易倒出。

9，搅拌器与三口烧瓶连接处的密封性要好，以防止溴化氢从瓶口逸出。

10，溴具有强腐蚀性和刺激性，必须在通风橱中量取，操作时应带上乳胶手套。

11，因为反应会生成HBr气体，会污染空气和对人体有害，所以要用一盛有NaOH溶液的烧杯作为气体吸收装置来吸收HBr，防止其逸出。

12，滴溴时滴速不宜过快，否则反应太剧烈，会导致一部分溴来不及参与反应就与溴化氢一起逸出，有时也可能会产生二溴代物，使产率降低。

13，如果产物带有黄色，可加入亚硫酸钠溶液洗涤，使黄色恰好褪去，除去固体表面附着的氢溴酸。

14，对溴苯胺易氧化，不能烘干，应自然晾干。

15，滴加浓盐酸不宜太快。