1、化學與環境學院有機設計性實驗論文對溴苯胺的全合成 對溴苯胺的全合成陳爍丹（華南師范大學化學與環境學院 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，最終制得目標產物對溴苯胺。其合成過程經歷硝化、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，相對于其他方法產率較高。關鍵詞 合成；對

2、溴乙酰苯胺；對溴苯胺The Total Synthesis of P-bromo-anilineChen 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, KuiLin dyes, medicine and synthetic organic intermediates, etc. The synthesis process of nitroben

3、zene in as raw material, through preparation aniline, acetyl aniline, bromine acetyl aniline intermediates such as to the process, finally made of bromine aniline target product. The synthesis process include nitrification, reduction and protection experience, bromination, to protect the and so on m

4、any steps of the synthesis 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 experiment, the experimental method with the preparation of

5、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-環己烯-1-酮對芳香胺的區域專一反應的方法合成目標產物；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、去保護等多個步驟合成目標產物。其

6、中，用第三種合成方法來合成對溴苯胺具有操作簡單、可控性強等優點。硝化反應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窗被械臍湓颖货；〈?，這樣可以保護芳胺的氨基。鹵素對苯環上的取代反應屬親電取代反應，苯環上如有取代基，則按取代基的親電取代定位規則進行反應。對溴乙酰苯胺在酸性條件下去保護生成目標產物。本實驗的總

7、反應如下： 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）導入苯環上是非常困難的，因此常經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。1.1.2 儀器與試劑1.1.2.1 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 試劑表1 主要試劑原料名稱 分子式 分子量錫粒 Sn 118.7硝基苯 C6H5NO2 123.11濃鹽酸 HCl 36.47無

8、水氯化鈣 CaCl2 110.98氫氧化鈉 NaOH 40.01氯化鈉 NaCl 58.44乙醚 C4H10O 74.121.1.3 實驗裝置 圖1 回流裝置 圖2 水浴加熱回流裝置 圖3 水蒸氣蒸餾裝置 圖4 萃取 圖5 分液 圖6 蒸餾裝置1.1.4 實驗步驟、現象及分析實驗步驟現象分析在100ml的圓底燒瓶中加入27錫粒，12ml（約14.76g）硝基苯，裝上回流裝置，儀器接口處涂上凡士林。量取60ml濃鹽酸，分數次從冷凝管口加入燒瓶并不斷搖動反應混合物，若反應太激烈，瓶內混合物沸騰時，將原地燒瓶放入冷水中片刻，使反應緩慢溶液為淺黃色透明液體硝基苯為黃色油狀物，本實驗是一個放熱反應，每次

9、加入濃鹽酸時都有一陣強烈的反應發生，要慎重緩慢加入，及時振蕩當所有的鹽酸加完后，將燒瓶置于沸水浴中加熱30min，使還原趨于完全反應物不再呈現硝基苯的黃色，顏色加深而且分成，溶液分層，上層乳白色，下層黃色 硝基苯為黃色油狀物，回流液中黃色油狀物消失，轉變為乳白色油珠，表明反應已完成使反應物冷卻至室溫，在搖動下慢慢加入50%NaOH 溶液使反應物呈堿性剛加入NaOH 溶液時燒瓶中的溶液大部分凝結為白色固體狀，繼續加入NaOH 溶液，燒瓶中的物質變成乳黃色渾濁液體 反應物為苯胺與錫鹽生成的配合物，加入過量NaOH使配合物分解，釋出游離的苯胺將反應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

10、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，收集到黃色產物苯胺蒸出液為無色透明液體，蒸餾瓶中的溶液為黃色透明液體乙醚沸點比苯胺小，先被蒸發出來，蒸餾瓶中剩下沸點較高的苯胺實驗1.2 中間體乙酰苯胺的制備1.2.1實驗原理乙酰

11、苯胺為無色晶體，具有退熱鎮痛作用，是較早使用的解熱鎮痛藥，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，使其不被反應試劑破壞；同時氨基?；蠼档土税被谟H電取代反應（特別是鹵化）中的活化能力，使其由很強的第類定位基變為中等強度的第類定位基，使反應有多元取代變為有用的一元取代，由于乙?；目臻g位阻很大，往往選擇性地生產對位取代物。伯胺、仲胺可用酰氯、酸酐或與冰醋酸加熱來進行酰化，使用冰醋酸試劑易得，價格便宜，但需要較長的反應時間，適合于規模較大的制

12、備。酸酐一般來說的比酰氯更好的?；噭?。如果在醋酸-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枚啵梢缘玫礁呒兌鹊漠a物。乙酰苯胺可有由苯胺與乙?；噭?，如乙酰氯、乙酐或乙酸等直接作用來制備。反應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，本實驗選用純的乙酸（俗稱冰醋酸）作為乙?；噭?。反應式如下：冰醋酸與苯胺的反應速率較慢，且反應是可逆的，為了提高乙酰苯胺的產率，一般采用冰醋酸過量的方法，同時利用分餾柱將反應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、

13、量筒、溫度計、燒杯、抽濾瓶、布氏漏斗、水泵1.2.2.2試劑表2 主要試劑原料名稱 分子式 分子量冰醋酸 C2H4O2 60.05鋅粉 Zn 65.39活性炭 C 12.0111.2.3實驗裝置 圖7 分餾裝置 圖8 抽濾裝置 圖9 加熱溶解裝置1.2.4實驗步驟、現象及分析實驗步驟現象分析在50ml圓底燒瓶中加入上步驟反應制備出的苯胺、15ml冰醋酸及0.1g鋅粉，裝上分餾裝置，插上溫度計，將圓底燒瓶在石棉網上用小火加熱回流，保持溫度計讀數于105約1h，反應生成的水及少量醋酸被蒸出，當溫度下降則表明反應已經完成加熱過程中，圓底燒瓶中的溶液由淺黃色逐漸加深進而變成淺綠色鋅粉溶解一段時間后溫度

14、計溫度下降蒸出液為透明無色，有刺激性氣味苯胺經反應生成乙酰苯胺鋅粉可防止苯胺氧化，只要少量即可，過多則會生成不溶于水的氫氧化鋅分餾溫度不宜過高，以免大量乙酸被蒸出而降低產率反應到達終點時水已經被大部分蒸干，但又沒達到乙酰苯胺的沸點，進而導致溫度下降，也表示反應完成乙酸揮發有刺激性氣味在攪拌下趁熱將反應物倒入盛有100ml冷水的燒杯中，冷卻后抽濾，用冷水洗滌粗產品有大量白色固體析出乙酰苯胺不溶于水，在水中析出將粗產品移至250ml燒杯中，加入100ml水，置燒杯于石棉網上，加熱使粗產品溶解，稍冷后，加入1.0g活性炭，并煮沸10min。將溶液趁熱抽濾除去活性炭，濾液冷卻，乙酰苯胺結晶析出，抽濾后

15、得到乙酰苯胺的晶體加熱后粗產品溶解，溶液上表面有少許油滴抽濾后得到無色片狀晶體乙酰苯胺的熔點為 114，但在重結晶時，乙酰苯胺在83時熔化成液體，乙酰苯胺層中含有水，故油狀物為未溶于水而已熔化的乙酰苯胺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實驗原理苯環鹵代反應：鹵素對苯環上的取代反應屬親電取代反應。常用的催化劑有鐵、鋁、磷及鹵化物等。苯環上如有取代基，則按取代基的親電取代定位規則進行反應。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（100、200）、抽濾瓶、布氏漏斗1.

16、3.2.2試劑表3 主要試劑原料名稱 分子式 分子量溴 Br2 159.832乙醇 C2H6O 46.07亞硫酸氫鈉 NaHSO3 104.061.3.3 實驗裝置 圖10 電動攪拌滴加回流反應器 圖11 抽濾裝置1.3.4實驗步驟、現象及分析實驗步驟現象分析在250ml三口燒瓶上配置電動攪拌器、溫度計和恒壓滴液漏斗，并在恒壓滴液漏斗上連接氣體吸收裝置，以吸收反應中產生的溴化氫。在100ml錐形瓶中，將上步驟制備的乙酰苯胺溶解于15ml乙醇中，將1.40g溴（3.1g/ml）溶解于3ml冰醋酸中，一邊攪拌一邊慢慢地將溴-冰醋酸溶液滴加至乙酰苯胺的醇溶液中，滴加速度以棕紅色的溴色較快褪去為宜。滴

17、加完畢，在45浴溫下，繼續攪拌反應1h，然后將浴溫提高至60，再攪拌一段時間，直到反應混合物液面不再有紅棕色蒸氣溢出為止乙酰苯胺溶于乙醇后溶于為黃色透明加入溴后溶液的棕紅色很快褪去，反應完畢后，溶液顏色為淡黃色攪拌器與三口燒瓶連接處的密封性要好，以防止溴化氫從瓶口溢出滴加的溴與乙酰苯胺反應，顏色退去。滴加時速度不可過快，否則反應太劇烈，會導致一部分溴來不及反應就與溴化氫一起溢出，也可能會產生二溴代產物在攪拌下將反應物慢慢加至100ml冷水中，此時即有固體析出。若有黃色，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

18、鈉水溶液的作用是除去過量的溴實驗1.4 目標產物對溴苯胺的制備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。其反應式如下：1.4.2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1.4.2.2試劑表4 主要試劑原料名稱 分子式 分子量乙醇 C2H6O 46.07濃鹽酸 HCl 36.46氫氧化鈉 NaOH 39.997沸石1.4.3實驗裝置 圖13 回流裝置 圖14 蒸餾裝置1.4.4實驗步驟、現象及分析實驗步驟現象分析在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

19、制備的對溴乙酰苯胺、5ml 95%乙醇和三粒沸石，加熱至沸，向滴液漏斗慢慢滴加3.5ml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，質量為1.01g，產率為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 結果與討論2.1 實驗結果表5 實驗數據記錄和備注 實際產量/g 理論產量

20、/g 產率 備注苯胺 7.77 11.16 69.9 淺黃色透明液體乙酰苯胺 3.74 11.28 33.2 白色片狀晶體對溴乙酰苯胺 2.24 5.93 37.8 白色針狀晶體對溴苯胺 1.01 1.80 56.1 灰白色晶體 經過數據的處理，得出了各個步驟的產量和產率，本實驗的總產率為：69.933.237.856.1=4.92，在全合成過程中，制備乙酰苯胺和對溴乙酰苯胺的產率較低，導致最終實驗的總產率較低，但是所得晶體的顏色與所查文獻相符合，所以，本次實驗所制備的產品純度較高。2.2 實驗結果的分析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：

21、中間體苯胺的制備中，如果用直接的方法將氨基（-NH2）導入苯環上非常苦難，因此，本步驟采用了在酸性條件下用金屬錫進行化學還原，得到硝基苯。同時，反應完后，圓底燒瓶上粘附的黑褐色物資，用1:1鹽酸水溶液溫熱除去；制備乙酰苯胺時，可由苯胺和酰氯、酸酐或與冰醋酸加熱來進行?；?，但由于冰醋酸易得，則采用了純的乙酸作為乙酰化試劑。由于冰醋酸與苯胺的反應速率較慢，且反應時間是可逆的，為了提高乙酰苯胺的產率，則采用酸過量的方法。因此，酸在本步驟中作用極為重要；利用親電取代反應，使得溴在乙酰苯胺上發生取代反應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

22、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。2.2.2 溫度的控制在對溴苯胺的全合成過程中，要準確控制各步驟的溫度：制備苯胺的實驗是一個放熱反應，要用冰水來散熱，以防反應過于劇烈，導致溶液爆沸，同時，一部分的硝基苯會被還原成琨，導致產率降低；在制備乙酰苯胺時，要保證原料CH3COOH(b.p.118)和生成物水(b.p.100)充分反應而不被蒸出，同時可以使生成的水立即移走，促使反應向生成物方向移動，應控制溫度在105左右，提高反應效率；在制備對溴乙酰苯胺時，是采用溴的親電取代反應，使得乙酰苯胺的對位連有溴原子。經資料得到，化合物的支鏈越多，其結構越不緊湊熔點越低，因此在反

23、應過程中，溫度不能過高，否則會使得溴和乙酸被蒸發出來，從而使得反應產率降低。2.2.3 產率低的原因2.2.3.1由硝基苯制備對溴苯胺的實驗，總反應產率低，其可能原因有如下： 該反應的反應步驟多，中間產物損失多，導致產率較低； 該反應所有的反應物都加倍，因而有可能反應時間不夠長，導致反應不完全?？赏ㄟ^適當延長反應時間，可使產率提高一些； 全合成反應經歷的時間比較長，中間體存放過程中不可避免地有一小部分會被氧化，導致樣品的損失。2.2.3.2反應過程中影響產率的因素有： 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

24、應液沸騰，應將反應瓶浸入冷水中片刻，減緩反應的進行，使反應充分和完全，以提高產率； 硝基苯與錫粒、鹽酸反應后一定要用NaOH溶液調溶液PH，反復用pH試紙測定溶液的pH值直至溶液穩定地呈堿性，否則在酸性條件下可能無法得到產物； 已制備的苯胺在空氣中可能被氧化而造成一定的產量損失。同時可以通過加入鋅粉防止苯胺在反應過程中被氧化，生成有色的雜質，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會吸收產品，同樣會影響產率； 用苯胺制備乙酰苯胺時，反應時分餾的溫度最好要控制在105，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率。若溫度過低，則不能將生成的水及時蒸出，使反應向逆反應方向進行，同樣會影響產率； 用苯胺和冰醋酸制備乙酰苯胺時，反應速率較慢而且反應是可逆的，一般采用比醋酸過量的方法同時也要利用分餾柱將反應生成的水從平衡中除去，