创新性有机化学实验——N-(对甲苯基)苯甲酰胺的合成

田 庆，晁 迪

(河南师范大学 化学国家级实验教学示范中心，河南 新乡 453007)

创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力和力量源泉，是实现中华民族伟大复兴的根本保障。高等教育是教育的重要组成部分，高等院校承担着为国家培养高级人才的任务，同时在培养人的创新能力方面起着关键性的作用[1-2]。创新性有机化学实验是在学生已经掌握了相关理论知识和化学实验的基本操作与技术的基础上，通过查阅文献提出创新性设计方案进而开展的实验。创新性实验可以加强学生的创新精神和实践能力，从而提高学生综合素质的协调发展，有利于应用型人才的培养。

创新性实验的选题要难易适中，通过对已经学到的基本知识综合应用，达到一定的创新目的。酰胺基团广泛存在于药物、蛋白质、肽、天然产物中[3]。其合成的常用方法有：1.通过羧酸及其衍生物与胺(氨)缩合得到[4]；2.通过氰基水解得到[5]；3.通过酯的氨解得到[6]；4.通过酰胺的胺交换反应得到[7]。通过酰胺的胺交换得到酰胺类化合物的报道较少[8-9]。微波辐射作为一种非传统能量来源作用于有机化学反应中已成为一项非常有用并受欢迎的技术，微波辐射反应具有安全、反应速率快、反应装置简单、产物易纯化以及产率高等优点[10-11]。经查阅文献微波辐射下通过铁盐催化的转酰氨基作用制备酰胺类化合物未见报道。因此，通过微波辐射下铁盐催化合成新的酰胺类化合物是本文创新性开发的课题。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

WXSL10S-D1微波仪(南京三乐微波技术有限公司)；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器(郑州予华仪器有限公司)；YRE-2020旋转蒸发仪(郑州予华仪器有限公司)；XT4A型显微熔点测定仪(北京科仪电光仪器厂)；AV400型核磁共振仪(德国Bruker公司)。

苯甲酰胺(99%，阿尔法试剂)；对甲苯胺(99%，阿拉丁试剂)；六水合三氯化铁(98%，国药集团)；无水三氯化铁(98%，国药集团)；四水合氯化亚铁(98%，国药集团)；无水氯化亚铁(98%，国药集团)；其余试剂均为市售分析纯。

1.2 制备步骤

在25 mL圆底烧瓶中加入1.21 g (10 mmol) 苯甲酰胺、1.28 g (12 mmol) 对甲苯胺、0.27 g (1 mmol) 六水合三氯化铁和12 mL二甲苯，在微波功率800 W，磁力搅拌下回流反应2 h，反应结束后，冷却，硅藻土过滤，减压除去二甲苯，柱色谱得到1.76 g N-(对甲苯基)苯甲酰胺，产率83.1%，产物熔点:157～159 ℃，1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ:8.16(br,1H),7.85～7.84 (m,2H),7.55～7.50 (m,2H),7.48 (s,1H),7.43～7.40 (m,2H),7.15～7.13 (m,2H),2.33 (s,3H);1313C NMR (100 MHz,CDCl3) δ:165.7,135.4,134.8,134.0,131.4,129.4,128.4,127.0,120.6,20.9。

2 结果与讨论

2.1 影响产率的主要因素

采用单因素法考察了催化剂、催化剂用量、微波功率、反应时间、溶剂种类和搅拌对反应产率的影响，在研究影响产率的主要因素时，反应物的量保持不变，采用1.21 g (10 mmol) 苯甲酰胺和1.28 g (12 mmol) 对甲苯胺为原料，溶剂的量为12 mL。

2.1.1 催化剂对产率的影响

以二甲苯为溶剂，使用1 mmol不同催化剂(或不加催化剂)，在微波功率800 W，磁力搅拌下回流反应2 h，实验结果见表1。

表1 不同催化剂对产率的影响

由表1可以看出，不加催化剂得不到产物，含有结晶水的铁盐比不含结晶水的铁盐的产率高，以六水合三氯化铁为催化剂，反应产率最高，可达83.1%。

2.1.2 催化剂用量对产率的影响

以二甲苯为溶剂，以六水合三氯化铁为催化剂，改变催化剂用量，在微波功率800 W，磁力搅拌下回流反应2 h，实验结果见表2。

表2 催化剂用量对产率的影响

由表2可以看出，以六水合三氯化铁为催化剂时，催化剂用量对反应产率影响不大，催化剂用量为1 mmol时，反应产率最高。

2.1.3 微波功率对产率的影响

以二甲苯为溶剂，以1 mmol六水合三氯化铁为催化剂，磁力搅拌下回流反应2 h，改变微波功率，实验结果见表3。

表3 微波功率对产率的影响

由表3可以看出，微波功率为800 w时，反应产率最高，达83.1%。

2.1.4 反应时间对产率的影响

以二甲苯为溶剂，1 mmol六水合三氯化铁为催化剂，在微波功率800 W，磁力搅拌下，改变回流时间，实验结果见表4。

表4 反应时间对产率的影响

由表4可以看出，反应时间为2 h时，反应产率最高，达83.1%。

2.1.5 溶剂种类对产率的影响

以1 mmol六水合三氯化铁为催化剂，微波功率800 W，磁力搅拌下回流2 h，改变溶剂种类，实验结果见表5。

表5 溶剂种类对产率的影响

由表5可以看出，溶剂种类对反应产率影响较大，二甲苯为溶剂时，反应产率最高，达83.1%。

2.1.6 搅拌对产率的影响

以二甲苯为溶剂，1 mmol六水合三氯化铁为催化剂，在微波功率800 W，回流反应2 h，在不用搅拌的条件下，产率为68.8%，在使用磁力搅拌条件下，产率可达83.1%，在搅拌条件下反应较好。

2.2 创新性实验探讨

在创新性实验完成过程中，同学们通过广泛、大量查阅文献，提出实验设计方案，然后选择合适的实验仪器和试剂，独立完成实验操作，发现并解决了实验中遇到的问题，综合应用各种操作技能，进一步巩固了专业基础理论知识，发挥了同学们的积极性、主动性和创造性，养成了良好的创新意识和科研精神[12]。

3 总结

以二甲苯为溶剂，六水合三氯化铁为催化剂，苯甲酰胺和对甲苯胺为原料，在微波功率800 W，磁力搅拌下回流2 h制备N-(对甲苯基)苯甲酰胺，产率为83.1%，该创新性有机化学实验能够满足预期要求，得到了较好的效果。