伊茂聪,毛武涛,王建辉
(天津大学理学院,天津 300072)
乙酰苯胺俗称退热冰,是常用的化工原料和重要的化学试剂,是磺胺类药物和染料中间体如对硝基乙酰苯胺、对硝基苯胺和对苯二胺等的原料[1~3],可用作止痛剂、退热剂、防腐剂、橡胶和合成纤维的添加剂、双氧水的稳定剂等。
文献报道,常用的乙酰苯胺合成方法有以下几种:(1)苯胺和过量的冰醋酸一起回流;(2)苯胺、冰醋酸、乙酸酐和少量锌粉一起回流;(3)苯胺、乙酰氯和三乙胺一起室温搅拌;(4)先将苯胺与等摩尔盐酸制成氯化苯胺后,加入乙酸酐,再加醋酸钠溶液搅拌。以上方法中,(1)和(2)法需要回流并不断将生成的水蒸出,操作复杂,以冰醋酸作乙酰化试剂时反应较慢,而以乙酸酐作乙酰化试剂反应又不易控制,且常伴有二乙酰苯胺生成;(3)法虽然耗时短、反应温度低,但乙酰氯价格昂贵且极易发生水解反应,副反应多,影响产率;(4)法需消耗大量的醋酸钠,不仅造成时间和试剂的浪费,而且使得工业化成本大大提高[4~10]。
作者选用N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)作为乙酰化试剂,将苯胺在氯化铵的作用下合成乙酰苯胺,至今未见相关文献报道。合成路线如下:
苯胺、对甲苯胺、对溴苯胺、对甲氧基苯胺、对氟苄胺、环己胺、氯化铵、N,N-二甲基乙酰胺,分析纯,天津江天化工技术有限公司。
X-4型显微熔点测定仪,北京泰克公司;Perkin-Elmer 1600 FTIR型傅立叶红外光谱仪(KBr压片法);Bruker-400型核磁共振仪(TMS为内标),瑞士布鲁克公司;Thermo Trace DSQ型气相色谱-质谱联用仪,美国热电公司;FA1004型电子分析天平,上海上平仪器有限公司。
将18.6 g(0.2 mol)苯胺、21.2 g氯化铵(0.4 mol)、100 mLN,N-二甲基乙酰胺(DMAc)加入到250 mL圆底烧瓶中,装上空气冷凝管,搅拌升温至沸腾,回流3 h,TLC检测反应,反应完全后,停止加热,自然冷却至室温,加入100 mL冰水,静置,待有固体析出后,抽滤,将滤液继续冷却至0 ℃以下,再次析出固体后,抽滤,将两次抽滤所得固体合并,水洗,真空干燥,得白色片状结晶,产率98%。m.p.114~115 ℃(文献值: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 原料配比对产率的影响
由表1可以看出,当反应体系中氯化铵的用量为0时,乙酰苯胺产率为0;当氯化铵与苯胺摩尔比小于2∶1时,随氯化铵用量的增加,产率逐渐升高;当氯化铵与苯胺摩尔比为1∶1时,即使延长反应时间至6 h,乙酰苯胺的产率最高也只能达到91.0%;当氯化铵与苯胺摩尔比为2∶1时,反应3 h的产率最高可达98.0%;当氯化铵与苯胺摩尔比大于2∶1后,再增大氯化铵用量,产率基本不变化。因此,确定最佳氯化铵与苯胺摩尔比为2∶1、反应时间为3 h。
表2 反应温度对产率的影响
由表2可以看出,当反应温度低于100 ℃时,乙酰苯胺的产率较低;随着反应温度的升高,乙酰苯胺的产率逐渐上升,当N,N-二甲基乙酰胺处于回流状态,即反应温度为166 ℃时,反应3 h的产率达到最高,为98.0%。由此可见,反应温度也是影响反应产率的一个重要因素,在较高温度下,N,N-二甲基乙酰胺会少量分解,温度升高时,N,N-二甲基乙酰胺分解的量会逐渐增多,同时,氯化铵也会分解为HCl和NH3[11],在HCl的作用下N,N-二甲基乙酰胺大量分解,单位时间内乙酰苯胺的产率就会升高。因此,确定最佳反应温度为N,N-二甲基乙酰胺回流温度,即166 ℃。
图1 反应机理
由原料配比和反应温度对产率的影响,推测可能的反应机理为:首先,氯化铵在加热条件下,分解生成HCl和NH3[11],同时有部分N,N-二甲基乙酰胺在加热条件下会分解,但是氯化铵分解生成的HCl会首先质子化N,N-二甲基乙酰胺的羰基O,生成A;然后Ph-NH2会加成到C=O双键上,生成一个四面体的中间体B,B迅速分解生成B2和B1,B1即乙酰苯胺[12]。
为验证反应机理,将反应体系中的氯化铵用盐酸代替,反应3 h后,测得有乙酰苯胺生成,产率为64%。造成乙酰苯胺产率低的原因是:有部分苯胺转化成了苯胺的盐酸盐,未参与反应。在反应体系中加入的氯化铵起到了缓慢释放HCl的作用。因此,反应温度越高、反应体系中氯化铵的量越大,一定时间内乙酰苯胺的产率越高。
选用不同结构的胺类化合物进行乙酰化反应,结果见表3。
表3 不同胺的乙酰化结果
由表3可知,在氯化铵作用下,无论是芳香胺、苄胺,还是脂肪胺,转化率均可达到99%以上(GC-MS测定),产率均达到96%以上。表明胺的结构对以N,N-二甲基乙酰胺作为乙酰化试剂的乙酰化反应影响不大。
报道了以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为乙酰化试剂,苯胺在氯化铵的作用下合成乙酰苯胺的新方法。确定最佳反应条件为:N,N-二甲基乙酰胺为乙酰化试剂和溶剂,n(氯化铵)∶n(苯胺)=2∶1、反应温度166 ℃、回流反应时间3 h,此条件下乙酰苯胺产率达到98.0%。与常规的乙酰苯胺合成方法相比,该法操作简单、产率高、产品后处理容易,易于工业化生产。此外,该法也可以广泛应用于乙酰胺类化合物的合成,产率均较高。
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