伊茂聰,毛武濤,王建輝
(天津大學(xué)理學(xué)院,天津 300072)
乙酰苯胺俗稱退熱冰,是常用的化工原料和重要的化學(xué)試劑,是磺胺類藥物和染料中間體如對(duì)硝基乙酰苯胺、對(duì)硝基苯胺和對(duì)苯二胺等的原料[1~3],可用作止痛劑、退熱劑、防腐劑、橡膠和合成纖維的添加劑、雙氧水的穩(wěn)定劑等。
文獻(xiàn)報(bào)道,常用的乙酰苯胺合成方法有以下幾種:(1)苯胺和過量的冰醋酸一起回流;(2)苯胺、冰醋酸、乙酸酐和少量鋅粉一起回流;(3)苯胺、乙酰氯和三乙胺一起室溫?cái)嚢瑁?4)先將苯胺與等摩爾鹽酸制成氯化苯胺后,加入乙酸酐,再加醋酸鈉溶液攪拌。以上方法中,(1)和(2)法需要回流并不斷將生成的水蒸出,操作復(fù)雜,以冰醋酸作乙?;噭r(shí)反應(yīng)較慢,而以乙酸酐作乙?;噭┓磻?yīng)又不易控制,且常伴有二乙酰苯胺生成;(3)法雖然耗時(shí)短、反應(yīng)溫度低,但乙酰氯價(jià)格昂貴且極易發(fā)生水解反應(yīng),副反應(yīng)多,影響產(chǎn)率;(4)法需消耗大量的醋酸鈉,不僅造成時(shí)間和試劑的浪費(fèi),而且使得工業(yè)化成本大大提高[4~10]。
作者選用N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)作為乙?;噭瑢⒈桨吩诼然@的作用下合成乙酰苯胺,至今未見相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。合成路線如下:
苯胺、對(duì)甲苯胺、對(duì)溴苯胺、對(duì)甲氧基苯胺、對(duì)氟芐胺、環(huán)己胺、氯化銨、N,N-二甲基乙酰胺,分析純,天津江天化工技術(shù)有限公司。
X-4型顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀,北京泰克公司;Perkin-Elmer 1600 FTIR型傅立葉紅外光譜儀(KBr壓片法);Bruker-400型核磁共振儀(TMS為內(nèi)標(biāo)),瑞士布魯克公司;Thermo Trace DSQ型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,美國(guó)熱電公司;FA1004型電子分析天平,上海上平儀器有限公司。
將18.6 g(0.2 mol)苯胺、21.2 g氯化銨(0.4 mol)、100 mLN,N-二甲基乙酰胺(DMAc)加入到250 mL圓底燒瓶中,裝上空氣冷凝管,攪拌升溫至沸騰,回流3 h,TLC檢測(cè)反應(yīng),反應(yīng)完全后,停止加熱,自然冷卻至室溫,加入100 mL冰水,靜置,待有固體析出后,抽濾,將濾液繼續(xù)冷卻至0 ℃以下,再次析出固體后,抽濾,將兩次抽濾所得固體合并,水洗,真空干燥,得白色片狀結(jié)晶,產(chǎn)率98%。m.p.114~115 ℃(文獻(xiàn)值:114.3 ℃);IR(KBr),cm-1:3295.13,3261.03,1664.22,1599.00,1556.66,758.13;1HNMR(400 MHz, CDCl3),δ,ppm:7.77 (s, 1H, NH), 7.52 (d, 2H, ArH), 7.32 (t,2H, ArH), 7.12 (t, 1H, ArH), 2.17 (s, 3H, CH3);MS,m/z:135(M+)。
表1 原料配比對(duì)產(chǎn)率的影響
由表1可以看出,當(dāng)反應(yīng)體系中氯化銨的用量為0時(shí),乙酰苯胺產(chǎn)率為0;當(dāng)氯化銨與苯胺摩爾比小于2∶1時(shí),隨氯化銨用量的增加,產(chǎn)率逐漸升高;當(dāng)氯化銨與苯胺摩爾比為1∶1時(shí),即使延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間至6 h,乙酰苯胺的產(chǎn)率最高也只能達(dá)到91.0%;當(dāng)氯化銨與苯胺摩爾比為2∶1時(shí),反應(yīng)3 h的產(chǎn)率最高可達(dá)98.0%;當(dāng)氯化銨與苯胺摩爾比大于2∶1后,再增大氯化銨用量,產(chǎn)率基本不變化。因此,確定最佳氯化銨與苯胺摩爾比為2∶1、反應(yīng)時(shí)間為3 h。
表2 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)率的影響
由表2可以看出,當(dāng)反應(yīng)溫度低于100 ℃時(shí),乙酰苯胺的產(chǎn)率較低;隨著反應(yīng)溫度的升高,乙酰苯胺的產(chǎn)率逐漸上升,當(dāng)N,N-二甲基乙酰胺處于回流狀態(tài),即反應(yīng)溫度為166 ℃時(shí),反應(yīng)3 h的產(chǎn)率達(dá)到最高,為98.0%。由此可見,反應(yīng)溫度也是影響反應(yīng)產(chǎn)率的一個(gè)重要因素,在較高溫度下,N,N-二甲基乙酰胺會(huì)少量分解,溫度升高時(shí),N,N-二甲基乙酰胺分解的量會(huì)逐漸增多,同時(shí),氯化銨也會(huì)分解為HCl和NH3[11],在HCl的作用下N,N-二甲基乙酰胺大量分解,單位時(shí)間內(nèi)乙酰苯胺的產(chǎn)率就會(huì)升高。因此,確定最佳反應(yīng)溫度為N,N-二甲基乙酰胺回流溫度,即166 ℃。
圖1 反應(yīng)機(jī)理
由原料配比和反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)率的影響,推測(cè)可能的反應(yīng)機(jī)理為:首先,氯化銨在加熱條件下,分解生成HCl和NH3[11],同時(shí)有部分N,N-二甲基乙酰胺在加熱條件下會(huì)分解,但是氯化銨分解生成的HCl會(huì)首先質(zhì)子化N,N-二甲基乙酰胺的羰基O,生成A;然后Ph-NH2會(huì)加成到C=O雙鍵上,生成一個(gè)四面體的中間體B,B迅速分解生成B2和B1,B1即乙酰苯胺[12]。
為驗(yàn)證反應(yīng)機(jī)理,將反應(yīng)體系中的氯化銨用鹽酸代替,反應(yīng)3 h后,測(cè)得有乙酰苯胺生成,產(chǎn)率為64%。造成乙酰苯胺產(chǎn)率低的原因是:有部分苯胺轉(zhuǎn)化成了苯胺的鹽酸鹽,未參與反應(yīng)。在反應(yīng)體系中加入的氯化銨起到了緩慢釋放HCl的作用。因此,反應(yīng)溫度越高、反應(yīng)體系中氯化銨的量越大,一定時(shí)間內(nèi)乙酰苯胺的產(chǎn)率越高。
選用不同結(jié)構(gòu)的胺類化合物進(jìn)行乙?;磻?yīng),結(jié)果見表3。
表3 不同胺的乙酰化結(jié)果
由表3可知,在氯化銨作用下,無論是芳香胺、芐胺,還是脂肪胺,轉(zhuǎn)化率均可達(dá)到99%以上(GC-MS測(cè)定),產(chǎn)率均達(dá)到96%以上。表明胺的結(jié)構(gòu)對(duì)以N,N-二甲基乙酰胺作為乙?;噭┑囊阴;磻?yīng)影響不大。
報(bào)道了以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)為乙?;噭?,苯胺在氯化銨的作用下合成乙酰苯胺的新方法。確定最佳反應(yīng)條件為:N,N-二甲基乙酰胺為乙酰化試劑和溶劑,n(氯化銨)∶n(苯胺)=2∶1、反應(yīng)溫度166 ℃、回流反應(yīng)時(shí)間3 h,此條件下乙酰苯胺產(chǎn)率達(dá)到98.0%。與常規(guī)的乙酰苯胺合成方法相比,該法操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)率高、產(chǎn)品后處理容易,易于工業(yè)化生產(chǎn)。此外,該法也可以廣泛應(yīng)用于乙酰胺類化合物的合成,產(chǎn)率均較高。
[1] 章思規(guī).精細(xì)有機(jī)化學(xué)品手冊(cè)(上冊(cè))[M].北京:科學(xué)出版社,1991:10-11.
[2] 曾惠,曾敏,李萬舜.乙酰苯胺的制備——微型化有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2004,2(2):55-56.
[3] 沈小雷,夏明芳,譚鳳宜.乙酰苯胺的合成[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展,2002,3(8):49-50.
[4] 羅一鳴,游力書,歐陽叔媛,等.乙酰苯胺的簡(jiǎn)易合成法[J].精細(xì)化工,1997,14(1):55-57.
[5] 北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院有機(jī)化學(xué)教研所.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:北京大學(xué)出版社,2002:201-202.
[6] 李兆隴,陰金香,林天舒.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001:136-137.
[7] 呂環(huán)春.乙酰苯胺合成方法的研究[J].天津化工,1997,(2):29-30.
[8] 袁曉燕.射頻輻射合成乙酰苯胺的探索性研究[J].益陽師專學(xué)報(bào),1998,15(6):54-57.
[9] 張健,梁柏宏.乙酰苯胺合成工藝的改進(jìn)[J].應(yīng)用化工,2007,36(3):298-301.
[10] 周金梅,林敏,楊俐鋒.微波法合成乙酰苯胺[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,42(5):679-681.
[11] 翟廣偉,韓明漢,梁耀彰,等.氯化銨分解制氨氣和氯化氫工藝[J].過程工程學(xué)報(bào),2009,9(1):59-62.
[12] Slebocka-Tilk H,Brown R S,Olekszyk J.Reversible formation of intermediates during H3O+-catalyzed hydrolysis of amides.Observation of substantial18O exchange accompanying the hydrolysis of acetanilide andN-cyclohexylacetamide[J].J Am Chem Soc,1987,109(5):4620-4622.