乙酰苯胺合成新方法

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：

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要試劑與儀器

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。

1.2 方法

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+)。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料配比(氯化銨與苯胺的摩爾比，下同)對(duì)產(chǎn)率的影響(表1)

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。

2.2 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)率的影響(表2)

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 ℃。

2.3 反應(yīng)機(jī)理(圖1)

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。

2.4 不同結(jié)構(gòu)的胺對(duì)乙酰苯胺合成反應(yīng)的影響

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。

3 結(jié)論

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。

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