邻苯二甲酰氨基乙酸的合成优化

卢 雪，代文斐，陈 鑫，丁金娜

(青岛大学，山东 青岛 266000)

目前在本科有机化学实验教学中大多使用传统的化学合成方法，如蒸馏、分馏、回流等，但传统合成有机化学也有弊端，合成时间长、效率低。随着科技的发展，微波辅助合成反应[1]称为提高有机合成效率的一个重要方法，且应用越来也广泛。虽然微波化学反应机理和相关理论研究还没有形成完善的体系，但是与传统的加热方法相比，微波反应具有反应速率快、操作方便、产率高及产品易纯化、安全卫生等特点[2]。国内目前用于工业加热的常用频率为915MHz和2450MHz，可以根据被加热材料的形状、材质、含水率的不同而选择微波频率与功率[3]。微波加热能够显著改变化学反应速率。大量的实验研究表明，借助微波技术进行有机反应，反应速度较传统的加热方法快数十倍甚至上千倍，国内外从有机合成到无机合成，从液相反应到干反应，从室温下合成到高温高压合成，从聚合反应到解聚反应等均有研究报道，微波合成化学设备产业化已初见端倪，微波化学在有机化学中应用广泛[4]。 本实验通过微波合成邻苯二甲酰氨乙酸，探究温度、功率、配比时间对其产率的影响，然后设计并进行正交试验，得到实验产物产量的最佳条件，得到生产最优方案。合成路线如下：

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

苯酐，相对分子质量148.12，天津市巴斯夫化工有限公司出品；甘氨酸，相对分子质量75.07，江苏强盛化工有限公司出品；N，N-二甲基甲酰胺，相对分子质量73.09，莱阳经济技术开发区精细化工厂出品；N-甲基吗啉，相对分子质量101.14，上海润捷化学试剂有限公司出品。

MCR-3常压微波化学反应器，上海耀特仪器设备有限公司；循环水式多用真空泵SHB-IIIA，上海豫康科教仪器设备有限公司出品。

1.2 合成方法

将苯胺和甘氨酸放到研钵中研细，转移到50mL烧杯中，并加入N，N-二甲基甲酰胺和N-甲基吗啉，混合均匀。用表面皿盖好烧杯并移入微波反应仪中，调节一定指示功率。然后用微波辐射一段时间，取出烧杯，冷却至室温，加入部分水，抽滤得到粗产物邻苯二甲酰氨基乙酸白色晶体[5]。

2 结果和讨论

通过参考相关文献资料，发现实验的微波时间，微波功率，反应温度，原料配比是影响反应产率的关键因素。

2.1 反应温度对产物产率的影响

将苯酐和甘氨酸，加入N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吗啉，混合均匀，盖好表面皿移入微波反应仪，调节微波反应仪50%功率，分别在60、70、80、90、100、110℃温度条件下微波反应60s，进行反应。详见表1。

表1 反应温度与产物产率的关系实验数据

由表1可知，当反应温度在60～110℃范围内时，随着反应温度的增加，产物产率先增加后减少，在80℃时出现最大值，80℃后产率下降。原因可能是随着温度的过高，产生了副反应，影响了产物的产量。在80℃之前由于温度增加对反应起促进作用，产量增加。经实验证明，最佳的反应温度为80℃。

2.2 微波时间对产物产率的影响

取苯酐和甘氨酸，加入N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吗啉，混合均匀，盖好表面皿移入微波反应仪，在50%功率，80℃条件下，分别在微波仪器中进行40、50、60、70、80、90s反应，详见表2。

表2 微波时间与产物产率的关系实验数据

由表2可知，随着微波反应时间的增加产物产量不断增加，在60s时产物产量达到最大值，当反应时间继续增加时，产物产量开始下降。原因可能是当反应时间过长时，产生了未知的副反应，使得产量下降。经实验证明，微波反应的最佳时间为60s。

2.3 微波功率对产物产率的影响

取苯酐和甘氨酸，加入N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吗啉，混合均匀，盖好表面皿移入微波反应仪，在80℃条件下，微波仪器中反应60s，调节微波功率分别为30%、40%、50%，60%、70%、80%、90%。进行反应，详见表3。

表3 微波功率与产物产率的关系实验数据

由表3可知，刚开始随着微波功率的增加，产物产量不断增加，在微波产率为60%时达到了最大值，在随着功率的增加，产物的产量逐渐下降。出现这种现象可能的原因是，当功率大于60%时，反应中出现副反应，导致产量的下降。经实验证明，反应的最适宜微波功率为60%。

2.4 苯酐和甘氨酸物质的量比对产物产率的影响

取物质的量比为0.8∶1,0.9∶1,1.0∶1,1.2∶1,1.3∶1的苯酐和甘氨酸，在80℃，微波功率50%，微波时间60s的条件下进行反应，详见表4。

表4 苯酐与甘氨酸物质的量之比与产物产率的关系实验数据

由表4可知，苯酐和甘氨酸物质的量之比为0.9∶1时产物产量最高，甘氨酸过量会促进反应的正向进行，使产物产量增加。苯酐与甘氨酸之比在0.9∶1之前时，随着苯酐量的增加，产物产量增加，在0.9∶1之后，可能由于甘氨酸太多导致副反应的产生，产物产量下降。

2.5 正交试验的设计

表5 正交试验下邻苯二甲酰氨基乙酸的产物产率

由表5可知第三组正交试验[6]邻苯二甲酰氨基乙酸的产率最高，由九组正交试验最终得到优方案为70℃、60s、60%、1.2∶1，经过三次试验验证，优方案的产率为64.8%，比以上所有正交方案产率都大，优方案正确。

3 结论

由实验可知，用苯酐和甘氨酸合成邻苯二甲酰氨基乙酸在最佳反应条件下，邻苯二甲酰氨基乙酸的产率可达到64.8%。

[1]金钦汉,戴树珊,黄卡玛.微波化学[M].北京:科学出版社,1999:10.

[2]王清廉,李 瀛,高 坤,等.有机化学实验[M].北京:高等教育出版社,2010:6.

[3]张华连,胡希明,赖声礼.微波对化学反应作用动力学原理研究[J].华南理工大学学报,1997,25(9):46-50.

[4]樊兴君,尤进茂,谭干祖.微波促进有机化学反应研究进展[J].化学进展,1998,10(3):285-295.

[5]赵剑英,胡艳芳,孙桂滨,等.有机化学实验[M].2版.北京:化学工业出版社,2015:9.

[6]李云雁,胡传荣.试验设计与数据处理[M].北京:化学工业出版社,2005:3.