沈戮(综合化学实验讲义)α-苯乙胺的制备及拆分

实验1 外消旋α-苯乙胺的制备一、实验目的1. 学习Leuchart 反应合成外消旋体α-苯乙胺的原理和方法。

2. 通过外消旋α-苯乙胺的制备，进一步综合运用回流、蒸馏、萃取的测定等基本操作。

3. 通过本实验提高实验化学的研究能力和素质。

二、实验原理醛、酮与甲酸和氨（或伯、仲胺），或与甲酰胺作用发生还原胺化反应，称为鲁卡特（Leuchart ）反应。

反应通常不需要溶剂，将反应物混合在一起加热（100～180℃）即能发生。

选用适当的胺（或氨）可以合成伯、仲、叔胺。

反应中氨首先与羰基发生亲核加成，接着脱水生成亚胺，亚胺随后被还原生成胺。

与还原胺化不同，这里不是用催化氢化，而是用甲酸作为还原剂。

它是由羰基化合物合成胺的一种重要方法。

本实验是苯乙酮与甲酸铵作用得到外消旋体(±)-α-苯乙胺。

反应过程为：依照前面的机理生成的α-苯乙胺再与过量的甲酸形成甲酰胺，经酸水解形成铵盐，再用碱将其游离，得到α-苯乙胺。

α-苯乙胺的旋光异构体可作为碱性拆分剂用于拆分酸性外消旋体。

α-苯乙胺是制备精细化学品的一种重要中间体，它的衍生物广泛用于医药化工领域，主要用于合成医药、染料、香料乳化剂等。

三、实验用品仪器与材料：圆底烧瓶、三口烧瓶、球型冷凝管、直型冷凝管、空气冷凝管、烧杯、锥C=O + NH 3 -H 2O C —OH NH 2C=NH NH 4++C=NH 2HCOONH 4 HCOOH + NH 3+ C=NH 2 -O=H-C-NH 2 + CO 2+ 2HCOONH 4-C-CH 3 O=CH 3 -CH-NHCHO + NH 3↑+ CO 2↑ + H 2O CH 3 -CH-NHCHO + HCl + H 2O + CH 3-CH-NH 3Cl -+ HCOOH+ CH 3 -CH-NH 3Cl - + NaOH CH 3 -CH-NH 2+ NaCl + H 2O形瓶、分液漏斗、蒸馏头、锥形瓶、玻璃小漏斗、温度计、电炉或酒精灯等。

药品：苯乙酮、甲酸铵、氯仿、甲苯、浓HCl，50％NaOH溶液、固体NaOH。

四、实验步骤1. 合成在250 mL圆底烧瓶中，加入22.5 mL（0.2 mol）苯乙酮，40 g（约0.64 mol）甲酸铵和几粒沸石，装上蒸馏头并装配成简单蒸馏装置。

蒸馏头上口插入一支温度计，其水银球浸入反应混合物中。

在石棉网上小火缓缓加热，反应物慢慢熔化，当温度升到150～155℃时，熔化后的液体呈两相，继续加热反应物便成一相，反应物剧烈沸腾，并有水和苯乙酮被蒸出，同时不断地产生泡沫并放出二氧化碳和氨气。

继续缓慢地加热到达185℃[1]（勿超过185℃），停止加热。

反应过程中可能在冷凝管中生成一些固体碳酸铵，此时可暂关闭冷却水使固体溶解，避免冷凝管堵塞。

将馏出液用分液漏斗分出上层苯乙酮并倒回反应瓶中，再继续加热2 h，控制反应温度不超过185℃。

将反应物冷至室温，转入分液漏斗中，用30 mL水洗涤，以除去甲酸铵和甲酰胺，将分出的N-甲酰-α-苯乙胺粗品，倒入原反应瓶中。

水层每次用12 mL氯仿萃取两次。

合并萃取液，萃取液也倒回原反应瓶中，弃去水层。

向反应瓶中加入24 mL浓盐酸和几粒沸石，加热蒸馏直至所有氯仿均被蒸出，改为回流装置，保持微沸回流1 h，使N-甲酰-α-苯乙胺水解。

2. 分离和提纯将反应液冷至室温[2]，然后每次用12 mL氯仿萃取三次[3]，合并的萃取液倒入指定回收容器中。

水层倒入到250 mL三口烧瓶中。

将三口烧瓶置于冰水浴中冷却，慢慢加入40 mL 50％氢氧化钠溶液，并不断地振摇，然后加热进行水蒸气蒸馏[4]。

用pH试纸检查馏出液，开始为碱性，至馏出液的pH值为7时，停止水蒸气蒸馏，约收集120～160 mL。

将含游离胺的馏出液每次用20 mL甲苯萃取三次，合并萃取液，加入粒状氢氧化钠干燥并塞住瓶口[5]。

干燥后粗产品先蒸馏除去甲苯，再蒸馏收集180～190℃的馏分[6]。

称量产品并计算产率。

产量约12～14 g，产率为50％～58％，塞好瓶口留着拆分实验使用。

纯(±)-α-苯乙胺为无色液体，沸点187.4℃，折光率20n 1.5260。

D3. 产物测定(1) 测产物的沸点或折射率[7]。

(2) 测产物的红外光谱。

本实验约需12小时。

五、注释[1] 反应过程中，若温度过高，可能导致部分碳酸铵凝固在冷凝管中。

反应液温度达到185℃的时间约需2 h。

[2] 如在冷却过程中有晶体析出，可用最少量的水溶解。

[3] 主要萃取除去苯乙酮。

[4] 水蒸气蒸馏时，玻璃磨口接头应涂上凡士林以防止接口因受碱性溶液作用而被粘住。

[5] 游离胺易吸收空气中的CO2形成碳酸盐。

故在干燥时应塞住瓶口隔绝空气。

[6] 本实验也可以在蒸出甲苯后进行减压蒸馏，收集82～83℃/2.4 kPa（18 mmHg）馏分。

[7] 因α-苯乙胺具有较强的腐蚀性，为保护折光仪起见，产品可测折光率。

六、预习内容1. 预习回流、萃取、水蒸气蒸馏、减压蒸馏、液体有机物的干燥等的原理和操作。

2. 了解本实验每一步洗涤的目的，可否用其它洗涤方法？3. 阅读实验方法，熟悉实验内容，画出(±)-α-苯乙胺合成操作的流程图，并说明为什么要用氯仿两次萃取？4. 合成α-苯乙胺时，既要控制反应温度，又要安装蒸馏装置。

试根据这一原则，设计一个合理的反应装置。

5. 在(±)-α-苯乙胺合成中，多次用到萃取和洗涤操作。

指出每一次萃取或洗涤时，需要保留的产品在分液漏斗的上层还是在下层？为什么？6. 苯乙酮和甲酸铵反应后，用水洗涤的目的是什么？7. 查阅资料填写下列数据。

七、思考题1．各步骤中用氯仿和甲苯萃取的是什么物质？2．为什么要在碱性条件下进行水蒸气蒸馏？馏出液含有什么成分？八、安全指南1. α-苯乙胺：具有腐蚀性，能引起烧伤，避免吸入和接触皮肤和眼睛。

2. 苯乙酮：属低毒类。

吞服可发生麻醉的止痛作用。

对人的危害主要是对眼和皮肤的刺激作用，可引起皮肤局部灼伤。

除热蒸气外，一般吸入和在实验操作过程中不会引起中毒危害。

遇高热、明火或与氧化剂接触，有引起燃烧的危险。

3. 甲苯：有毒，勿吸入蒸气，避免与皮肤和眼睛接触。

易燃，远离火种。

使用时注意密闭保存，勿倒入下水道造成环境污染。

4. 氯仿：刺激黏膜，损害肝、心脏，是已知的致癌物。

防止吸入、摄入。

防止与皮肤接触。

5. 盐酸：防止其腐蚀性伤害，在使用时要倍加小心。

6. 氢氧化钠：该品具有腐蚀性，能引起烧伤，对呼吸系统有刺激性，使用时应避免吸入本品的蒸气。

接触皮肤后，应立即用大量指定的液体冲洗。

[资料阅读与文献检索]DL-(±)-α-苯乙胺（DL-α-phenyl ethylamine ），C 8H 11N ，相对分子质量121.18，无色液体，呈强碱性。

能与乙醇、乙醚相混溶，微溶于水（20℃，约4.2％）。

熔点 2.45℃，沸点187.4℃，沸点82～83℃（2.4 kPa ），154d 0.9395，折光率20D n 1.5260，(-)-α-苯乙胺[]22D α＝-40.3°。

其红外光谱如图1-1所示。

该品口服或与皮肤接触有害，具有腐蚀性，能引起烧伤，对呼吸系统有刺激性。

万一接触到眼睛或皮肤应立即用大量水或指定液体冲洗后就医。

（商品规格25mL/C.P.：79.90元）图1-1 α-苯乙胺的标准红外光谱实验2 外消旋体α-苯乙胺的的拆分一、实验目的1．学习将外消旋体转变为非对映异构体拆分外消旋体的原理和方法。

2．进一步熟练旋光度的测定方法。

了解对光学活性物质纯度的初步评价。

3. 通过具体实验操作，掌握相关的实验技术和技能，学会运用所学知识和理论进行实验分析和实验操作的能力，养成良好的实验素质和习惯。

二、实验原理由一般合成方法得到的手性化合物为等量的对映体组成的外消旋体，无旋光性。

若要得到纯净左旋体或右旋体，需要使用某种方法将它们分开。

用某种方法将外消旋体分开成纯的左旋体和右旋体的过程称为外消旋体的拆分。

由于对映异构体除旋光性不同外，具有相同的物理和化学性质，用一般的蒸馏、结晶、色谱分离等方法难于将其分离。

目前，拆分外消旋体最常用的方法是利用化学反应把对映体变为非对映体：利用外消旋混合物内含有一个易于反应的基团——拆分基团，如羧基或氨基等，可以使它与一个纯的旋光化合物——拆分剂发生反应，从而把一对对映体变成两种非对映体。

由于非对映体具有不同的物理性质，便可采用常规的分离手段分开。

然后经过一定的处理，去掉拆分剂，最后，得到纯的旋光化合物，达到拆分的目的。

常用的拆分剂有：马钱子碱、奎宁和麻黄素等旋光纯的生物碱用来拆分外消旋的有机酸；酒石酸、樟脑磺酸、苯乙醇酸等旋光纯的有机酸用来拆分外消旋的有机碱。

外消旋的醇通常先与丁二酸酐或邻苯二甲酸酐作用形成单酯，用旋光纯的碱把单酯分开，再经碱性水解得到单个的旋光性的醇。

利用具有光学活性的吸附剂，通过柱层析把一对光学活性对映体拆开：一对光学活性对映体和一个光学活性吸附剂形成两个非对映的吸附物，它们被吸附剂吸附的强弱不同，可用适当的溶剂分别把它们淋洗出来。

另外，可利用酶对它的底物有非常严格的空间专一性的反应性能，用生化的方法拆分外消旋体。

外消旋α-苯乙胺属碱性外消旋体，可用酸性拆分试剂进行拆分，本实验用D-(+)-酒石酸为拆分剂。

具有光学活性的D-(+)-酒石酸广泛存在于自然界。

在酿酒中所获得的一系列副产物中就有D-(+)-酒石酸。

外消旋α-苯乙胺用D-(+)-酒石酸处理时产生的两个非对映体的盐在甲醇中的溶解度有明显差异，由于(-)-α-苯乙胺和(+)-酒石酸所形成的盐在甲醇中的溶解度比(+)-α-苯乙胺和(+)-酒石酸所形成的盐小。

足以用分步结晶的方法将它们分离开。

因此，前者从溶液中先结晶析出，经稀碱处理，即可得到(-)-α-苯乙胺。

母体中所含的(+)-α-苯乙胺²(+)-酒石酸盐经过类似的处理，也可得到(+)-α-苯乙胺。

在实际工作中，要得到单个旋光纯的对映体，并不是件容易的事情，往往需要冗长的拆分操作和反复的重结晶才能完成。

而要完全分离也是很困难的。

常用光学纯度表示被拆分后对映体的纯净程度，它等于样品的比旋光度除以纯对映体的比旋光度。

光学纯度（OP）＝[][]αα样纯样品的纯物质的³100%外消旋α-苯乙胺的拆分过程如下所示：三、实验用品仪器与材料：圆底烧瓶、烧杯、玻璃棒、滴管、量筒、球型冷凝管、直型冷凝管、蒸馏头、锥形瓶、分液漏斗、布氏漏斗、抽滤瓶、蒸发皿、玻璃小漏斗、温度计、减压蒸馏装置、电炉或酒精灯、旋光仪等。

药品： (±)-α-苯乙胺、(+)-酒石酸、甲醇、乙醚、无水硫酸镁、50％氢氧化钠溶液、无水乙醇、浓硫酸、丙酮、滤纸等。