4-氨基苯甲酸的合成工藝研究

周石洋，陳 玲，袁月華

（1.重慶牧哥食品有限公司，重慶401520；2.西南大學(xué)育才學(xué)院，重慶401524；3.湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)沙410151）

4-氨基苯甲酸主要用于染料和醫(yī)藥的中間體，可用于制作各種酯（對(duì)氨基苯甲酸酯）、葉酸、偶氮染料、防曬劑[1-6]和有機(jī)合成試劑等.目前合成4-氨基苯甲酸的方法有2種：一種是由對(duì)硝基苯甲酸為原料還原合成；另一種是由對(duì)硝基甲苯氧化還原制得[1-6].但這2種合成方法操作步驟多而復(fù)雜[7]、收率低（80%左右）、合成條件苛刻[8].本文以苯胺為原料，經(jīng)?；磻?yīng)、碘仿反應(yīng)2步合成4-氨基苯甲酸.苯胺在催化劑AlCl3作用下，很容易與乙酰氯發(fā)生?；磻?yīng)[9-12]，生成的產(chǎn)物再與含碘的氫氧化鈉溶液反應(yīng)，最后生成目標(biāo)產(chǎn)物4-氨基苯甲酸[13].

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

SMP40全自動(dòng)熔點(diǎn)測(cè)定儀，英國(guó)STUART公司；GC5890氣相色譜儀，南京科捷分析儀器應(yīng)用研究所；IR200傅里葉紅外光譜儀，美國(guó)賽默飛世爾公司；AVANCE-II 500MHz核磁共振儀，德國(guó)Bruker公司.

無水AlCl3、苯胺、乙酰氯、NaOH、無水MgSO4、I2、KI、無水乙醇、苯、鹽酸、無水乙醚等試劑，均為分析純.

1.2 4-氨基苯乙酮的合成

在250 mL三口燒瓶上，分別安裝攪拌器、滴液漏斗及球形冷凝管.在冷凝管上端安裝CaCl2干燥管，并連接氣體吸收裝置，用水作吸收液.迅速稱取58.7 g經(jīng)研細(xì)的無水AlCl3，放入三口燒瓶中，并立即加入18.3 mL苯胺（約0.20 mol）.在滴液漏斗中加入28.3 mL乙酰氯（約0.40 mol）.滴完后，關(guān)閉滴液漏斗旋塞，在石棉網(wǎng)上小火加熱，保持緩緩回流4 h，直到不再有HCl氣體逸出為止.然后將三口燒瓶浸入冷水中，攪拌下慢慢滴加39.5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的NaOH溶液.靜置冷卻，有棱柱狀黃色結(jié)晶體析出，在常溫條件下抽濾，得到的過濾物依次用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的NaOH溶液、蒸餾水各20 mL洗滌3次，將粗產(chǎn)物烘干，保留約26.9 g粗產(chǎn)物.將粗產(chǎn)物溶于無水乙醇中，加熱溶液，重結(jié)晶，得到4-氨基苯乙酮26.7 g，產(chǎn)率為98.7%，mp 104～106℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.6%（GC）.

IR（KBr，ν/cm-1）：3 411（氨基中的N—H），3 156（羧酸中的 O—H），3 008（苯環(huán)中的=C—H），1 643（苯環(huán)中的C=C），1 740（羰基中的C=O），1 261甲基中的（C—H）；1H NMR（CDCl3），δ；7.79（s，2H，Ph-H），6.63（d，2H，Ph-H），4.32（s，2H，N2H），2.50（s，3H，CH3）；13C NMR （CD3OD），δ；196.6，151.7，130.8，127.5，113.7，26.0.

1.3 4-氨基苯甲酸的合成

目標(biāo)產(chǎn)物的合成路線如圖1所示.

圖1 4-氨基苯甲酸合成路線Fig.1 Synthesis route of 4-amino benzoic acid

將50.1 g I2和34.2 g KI配成約150 mL的水溶液，裝入三頸瓶中.將7.9 g NaOH固體配成的50 mL水溶液同樣加入三頸瓶中，攪拌.同時(shí)將上一步制備好的4-氨基苯乙酮（0.197 5 mol）溶解在180 mL無水乙醇中，用恒壓滴液漏斗緩慢滴入反應(yīng)瓶中.待滴完后，在一定的溫度下保溫一段時(shí)間.倒出反應(yīng)液，分離除去碘仿等不溶于水的雜質(zhì)，在50～60℃的溫度條件下，用濃鹽酸調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH到弱堿性，靜置待其結(jié)晶，過濾.將粗產(chǎn)物溶于無水乙醇中，重結(jié)晶，得到4-氨基苯甲酸25.8 g，產(chǎn)率為95.2%（總體產(chǎn)率 94.0%），mp 186～188℃（文獻(xiàn)[1]187～189℃），質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.7%（GC）.

IR（KBr，ν/cm-1）：3 482（氨基中的 N—H），3 156（羧酸中的 O—H），3 011（苯環(huán)中的=C—H），1 640（苯環(huán)中的 C=C），1 745（羧酸中的 C=O），1 243（羧酸中的 C—O）；1H NMR（CDCl3），δ；12.00（s，1H，COOH），7.65（s，2H，Ph-H），6.57（d，2H，Ph-H），5.90（s，2H，N2H）；13C NMR（CD3OD），δ；167.3，151.2，131.4，119.2，113.5.

2 結(jié)果與討論

2.1 4-氨基苯乙酮的合成條件

2.1.1 催化劑AlCl3的用量對(duì)4-氨基苯乙酮產(chǎn)率的影響

催化劑AlCl3的用量關(guān)系到4-氨基苯乙酮合成反應(yīng)的產(chǎn)率，實(shí)驗(yàn)中采用 n（AlCl3）：n（乙酰氯）分別為 1.0∶1.0、1.1∶1.0、1.2∶1.0、1.3∶1.0、1.4∶1.0進(jìn)行了一系列合成反應(yīng)，其他反應(yīng)條件不變，得到了不同用量的AlCl3對(duì)4-氨基苯乙酮產(chǎn)率的影響，結(jié)果見表1.

表1 催化劑AlCl3用量對(duì)4-氨基苯乙酮產(chǎn)率的影響Tab.1 Yield of 4-amino acetophenone with different catalyst dosage of AlCl3

由表 1 可見，當(dāng) n（AlCl3）∶n（乙酰氯）=1.1 ∶1.0時(shí)，4-氨基苯乙酮的產(chǎn)率最高.繼續(xù)增加AlCl3用量，4-氨基苯乙酮的產(chǎn)率下降.這是因?yàn)檫^量的催化劑會(huì)增加4-氨基苯乙酮的吸附以及其他雜質(zhì)的生成.催化劑AlCl3用量不足時(shí)，其實(shí)際參加反應(yīng)的乙酰基減少，導(dǎo)致反應(yīng)不能徹底完成，降低4-氨基苯乙酮的產(chǎn)率.

2.1.2 反應(yīng)溫度對(duì)4-氨基苯乙酮產(chǎn)率的影響

反應(yīng)溫度分別設(shè)定為 50、60、70、80、90、100、110和120℃，其他條件不變進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到反應(yīng)溫度對(duì)4-氨基苯乙酮產(chǎn)率的影響，結(jié)果見圖2.

圖2 不同反應(yīng)溫度對(duì)4-氨基苯乙酮合成產(chǎn)率的影響Fig.2 Effect of reaction temperature on the yield of 4-amino acetophenone

由圖2可見，反應(yīng)溫度控制在80℃時(shí)4-氨基苯乙酮的產(chǎn)率最高.反應(yīng)溫度過低時(shí)，在相同時(shí)間內(nèi)，其反應(yīng)不完全，從而導(dǎo)致4-氨基苯乙酮產(chǎn)率的下降.反應(yīng)溫度過高，可增加副產(chǎn)物的產(chǎn)生，同樣導(dǎo)致4-氨基苯乙酮產(chǎn)率的下降.

2.1.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)4-氨基苯乙酮產(chǎn)率的影響

選擇反應(yīng)時(shí)間分別為 1、2、3、4、5、6和 7 h，其他條件不變進(jìn)行合成實(shí)驗(yàn)，觀察反應(yīng)時(shí)間對(duì)4-氨基苯乙酮產(chǎn)率的影響，結(jié)果見圖3.

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)4-氨基苯乙酮產(chǎn)率的影響Fig.3 Effect of reaction time on the yield of 4-amino acetophenone

由圖3可見，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為4 h時(shí)，產(chǎn)物4-氨基苯乙酮產(chǎn)率最高.反應(yīng)時(shí)間偏短或偏長(zhǎng)時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致4-氨基苯乙酮產(chǎn)率下降，反應(yīng)副產(chǎn)物增加.

2.2 4-氨基苯甲酸的合成

2.2.1 反應(yīng)溫度對(duì)4-氨基苯甲酸產(chǎn)率的影響

分別選擇了30、40、50、60、70、80、90℃反應(yīng)溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其他條件不變，得到反應(yīng)溫度對(duì)4-氨基苯甲酸產(chǎn)率的影響，見圖4.

圖4 反應(yīng)溫度對(duì)4-氨基苯甲酸產(chǎn)率的影響Fig.4 Effect of reaction temperature on the yield of 4-aminobenzoic acid

由圖4可見，反應(yīng)溫度控制在60℃時(shí)4-氨基苯甲酸的產(chǎn)率最高.反應(yīng)溫度過低時(shí)，反應(yīng)不完全，反應(yīng)溫度過高，會(huì)使碘單質(zhì)揮發(fā)，增加副產(chǎn)物的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致4-氨基苯甲酸產(chǎn)率的下降.

2.2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)4-氨基苯甲酸產(chǎn)率的影響

分別選擇1、2、3、4、5、6、7 h進(jìn)行合成實(shí)驗(yàn)，其他條件不變.反應(yīng)時(shí)間對(duì)4-氨基苯甲酸產(chǎn)率的影響見圖5.

圖5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)4-氨基苯甲酸產(chǎn)率的影響Fig.5 Effect of reaction time on the yield of 4-amino benzoic acid

由圖5可見，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為4 h時(shí)，產(chǎn)物4-氨基苯甲酸產(chǎn)率最高.

2.2.3 4-氨基苯乙酮滴加速率[14-15]對(duì)4-氨基苯甲酸產(chǎn)率的影響

在4-氨基苯乙酮發(fā)生碘仿反應(yīng)過程中，探討4-氨基苯乙酮的滴加速率對(duì)產(chǎn)物4-氨基苯甲酸產(chǎn)率的影響.分別選擇了 2、3、4、5、6、7、8 mL/min的速率滴加完，其他條件不變.4-氨基苯乙酮的滴加速率對(duì)對(duì)4-氨基苯甲酸的產(chǎn)率影響見圖6.

圖6 4-氨基苯乙酮的滴加速率對(duì)4-氨基苯甲酸產(chǎn)率的影響Fig.6 Effect of adding rate of 4-amino acetophenone on the yield of 4-aminobenzoic acid

由圖6可知，滴加4-氨基苯乙酮的速率為5 mL/min時(shí)目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率最高.4-氨基苯乙酮滴加速率過快，使溶液中4-氨基苯乙酮的濃度過高，反應(yīng)不充分，導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率降低.滴加速率過慢，發(fā)生副反應(yīng)生成其他副產(chǎn)物，因此目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率也低.

3 結(jié)論

以苯胺為原料，經(jīng)?；磻?yīng)和碘仿反應(yīng)2步反應(yīng)合成得到了目標(biāo)產(chǎn)物4-氨基苯甲酸.?；磻?yīng)的最佳條件為：催化劑AlCl3與乙酰氯物質(zhì)的量之比為1.1∶1.0、反應(yīng)溫度為80℃、反應(yīng)時(shí)間為4 h.碘仿反應(yīng)的最佳條件為：反應(yīng)溫度為60℃、反應(yīng)時(shí)間為4 h、滴加4-氨基苯乙酮速率為5 mL/min.在最佳條件下，4-氨基苯甲酸的產(chǎn)率為94.0%，純度為99.7%.

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