有机化学综合实验

α-苯乙胺的制备与拆分

           

          

           姓名：

           学号：

           班级：

           指导老师：罗梅

           实验室：5#实验楼401、403、

                   404、406     

           日期：2013.7.4～7.6      

                                

有机化学综合实验任务书

一、实验目的

1.了解α-苯乙胺的制备与拆分技术；

2.了解重结晶、水蒸气蒸馏等操作技术；

3.熟悉查文献的方法及如何写实验报告；

4.培养良好的科学态度及严谨的工作作风。

二、实验原理

1.α-苯乙胺的制备

    醛、酮与甲酸和氨（或伯、仲胺），或与甲酰胺作用发生还原胺化反应，称为鲁卡特（Leuchart）反应。反应通常不需要溶剂，将反应物混合在一起加热（100～180℃）即能发生。选用适当的胺（或氨）可以合成伯、仲、叔胺。反应中氨首先与羰基发生亲核加成，接着脱水生成亚胺，亚胺随后被还原生成胺。与还原胺化不同，这里不是用催化氢化，而是用甲酸作为还原剂。它是由羰基化合物合成胺的一种重要方法。本实验是苯乙酮与甲酸铵作用得到外消旋体(±)-α-苯乙胺。

反应过程为：

依照前面的机理生成的α-苯乙胺再与过量的甲酸形成甲酰胺，经酸水解形成铵盐，再用碱将其游离，得到α-苯乙胺。

 

α-苯乙胺的旋光异构体可作为碱性拆分剂用于拆分酸性外消旋体。α-苯乙胺是制备精细化学品的一种重要中间体，它的衍生物广泛用于医药化工领域，主要用于合成医药、染料、香料乳化剂等。

2.α-苯乙胺的拆分

    由一般合成方法得到的手性化合物为等量的对映体组成的外消旋体，无旋光性。若要得到纯净左旋体或右旋体，需要使用某种方法将它们分开。用某种方法将外消旋体分开成纯的左旋体和右旋体的过程称为外消旋体的拆分。由于对映异构体除旋光性不同外，具有相同的物理和化学性质，用一般的蒸馏、结晶、色谱分离等方法难于将其分离。

目前，拆分外消旋体最常用的方法是利用化学反应把对映体变为非对映体：利用外消旋混合物内含有一个易于反应的基团——拆分基团，如羧基或氨基等，可以使它与一个纯的旋光化合物——拆分剂发生反应，从而把一对对映体变成两种非对映体。由于非对映体具有不同的物理性质，便可采用常规的分离手段分开。然后经过一定的处理，去掉拆分剂，最后，得到纯的旋光化合物，达到拆分的目的。常用的拆分剂有：马钱子碱、奎宁和麻黄素等旋光纯的生物碱用来拆分外消旋的有机酸；酒石酸、樟脑磺酸、苯乙醇酸等旋光纯的有机酸用来拆分外消旋的有机碱。

    外消旋的醇通常先与丁二酸酐或邻苯二甲酸酐作用形成单酯，用旋光纯的碱把单酯分开，再经碱性水解得到单个的旋光性的醇。

    利用具有光学活性的吸附剂，通过柱层析把一对光学活性对映体拆开：一对光学活性对映体和一个光学活性吸附剂形成两个非对映的吸附物，它们被吸附剂吸附的强弱不同，可用适当的溶剂分别把它们淋洗出来。

外消旋α-苯乙胺属碱性外消旋体，可用酸性拆分试剂进行拆分，本实验用D-(+)-酒石酸为拆分剂。具有光学活性的D-(+)-酒石酸广泛存在于自然界。在酿酒中所获得的一系列副产物中就有D-(+)-酒石酸。外消旋α-苯乙胺用D-(+)-酒石酸处理时产生的两个非对映体的盐在甲醇中的溶解度有明显差异，由于(-)-α-苯乙胺和(+)-酒石酸所形成的盐在甲醇中的溶解度比(+)-α-苯乙胺和(+)-酒石酸所形成的盐小。足以用分步结晶的方法将它们分离开。因此，前者从溶液中先结晶析出，经稀碱处理，即可得到(-)-α-苯乙胺。母体中所含的(+)-α-苯乙胺·(+)-酒石酸盐经过类似的处理，也可得到(+)-α-苯乙胺。

在实际工作中，要得到单个旋光纯的对映体，并不是件容易的事情，往往需要冗长的拆分操作和反复的重结晶才能完成。而要完全分离也是很困难的。常用光学纯度表示被拆分后对映体的纯净程度，它等于样品的比旋光度除以纯对映体的比旋光度。

    光学纯度（OP）＝×100%

外消旋α-苯乙胺的拆分过程如下所示：

三、研究进展

   近些年来，对手性化合物的研究日益增加，有利用脂肪酶拆分外消旋a-苯乙胺，它是目前生产光学纯a-苯乙胺的重要方法。手性底物的对映体以不同方式定向和结合到酶活性中心，这一事实可以作为改变对映体选择性的依据。目前被普遍接受的是立体特异性口袋理论，在酶的立体结构中存在着一个氧负离子空洞，称为“活性口袋”，这个活性口袋是有几个氢键供体构成的，主要是酶骨架及其侧链中酰胺的质子。而决定脂肪酶底物选择性的最重要因素正是活性口袋的空间限制和疏水性质及其四面体中间体的稳定性。

另一研究领域为超声辐射Pd/C催化合成a-苯乙胺，采用Pd/C催化剂，无水甲醇做溶剂，研究了超声波辐射下苯乙酮与甲酸胺反应制备a-苯乙胺的反应，考察了反应摩尔比、反应温度、反应时间、Pd/C用量、辐射功率对反应的影响并优化了反应工艺。结果表明：在超声波辐射下，甲酸铵与苯乙酮的摩尔比为2:1，10﹪Pd/C与苯乙酮的质量为1:10、水和甲醇的体积比为1:9,常压40℃反应30分钟，a-苯乙胺的收率为80.2％，实验的重复性良好，Pd/C易分离回收。

鲁卡特（Leuchart）反应的改进方面:研究了，a-苯乙胺的微波合成及其影响因素。结果表明：采用微波辐射法合成a-苯乙胺，较常规加热合成相比，使反应物摩尔比更接近理论比，降低了反应物用量（甲酸铵与苯乙酮摩尔比从3:8:1降至2:6:1），缩短了反应时间(从3小时降到2小时)，降低了反应温度（从185℃降至165℃），产率可达44.5％—46.93％。这是很大的一个改进。

四、实验内容

1.实验装置图

（1）α-苯乙胺的制备

简单蒸馏装置                                                                       微沸回流装置

                                

水蒸气蒸馏装置                                                            空气蒸馏装置

                 

   分液装置

     

(2)α-苯乙胺的拆分

水浴蒸馏装置                             空气蒸馏装置  

                   

    分液装置

      

2.实验流程图

(1)α-苯乙胺的制备

(2)α-苯乙胺的拆分

3.实验步骤

7月4日

实验目的、实验原理、实验操作讲解，对α-苯乙胺进行制备。

7月5日

继续α-苯乙胺的制备实验，准备α-苯乙胺的拆分实验.

7月6日

五、实验结果和讨论

1.产品与产率

（1）制备的过程中得α-苯乙胺3.2ml

α-苯乙胺的相对分子质量为121.18，密度为0.9395g/ml，则得其质量为

3.2ml×0.9395g/ml=3.01g

理论产值计算：

苯乙酮相对分子质量为120.15，密度为1.0281g/ml，用量11.7ml.

α-苯乙胺理论产量：m=[(1.0281g/ml×11.7ml)/120.15]×121.18=12.13g

∴产率W=（3.01/12.13）×100%=24.81%

（2）拆分

S-(-)-α-苯乙胺质量m₁=2.5958g，R-(+)-α-苯乙胺质量m₂=0.8330g，比旋光度α[标]=-39.5

比旋光度的测定（南区做）

测得S-(-)-α-苯乙胺的旋光度为α₁=-2.08

 R-(+)-α-苯乙胺的旋光度为α₂=-0.75

S-(-)-α-苯乙胺的比旋光度α₁[实]===10.02

R-(+)-α-苯乙胺的比旋光度α₂[实]===11.25

S-(-)-α-苯乙胺的光学纯度e.e%=α₁[实]/α[标]=(10.02/39.5)×100%=25.37%

R-(+)-α-苯乙胺的光学纯度e.e%=α₂[实]/α[标]=（11.25/39.5）×100%=28.48%

2.实验结果讨论

（1）产率较低。

由于在实验过程中，不可避免的会有一些质量上的损失，例如:在分液的过程中放的液体过多，在萃取的过程中萃取并不很完全，在蒸馏过程中蒸馏的时间不充分，蒸馏不完全；反应温度较高，造成产率低。

（2）.本实验要严格的控制反应温度，如果温度过高，可能导致部分碳酸铵凝结 在冷凝管中，因此温度不宜超过185℃. 

（3）苯乙酮与甲酸铵反应后要用水洗涤以除去反应体系中过量的甲酸铵。

（4） 反应过程中要用溶剂对水解溶液进行萃取是因为水解溶液中含有部分α- 苯乙胺。 

（5）用苯乙酮与甲酸铵在常压下回流数小时合成,时间较长,能量消耗大。

（6）本实验采用的酒石酸法拆分出的产物纯度比较高但存在一些缺点： 

 ①反应时间长； 

 ②酒石酸对R，S-n一苯乙胺的拆分过程复杂，以得到R一(+)一d一苯乙胺为例，需要经过溶解、萃取、减压蒸馏、重结晶两次、再溶解、再萃取、再减压蒸馏才能R一(+)一n一苯乙胺； 

 ③酒石酸作拆分剂时，R，S—a一苯乙胺的单一对映体的收率很低，仅为44％，而且酒石酸回收不方便，这样会使成本提高很多。

六、Leuckart反应的优缺点及评价

1.缺点：温度太高，步骤太多，产率不高；

  优点：不用加催化剂。

  评价：醛或酮与氨反应形成-氨基醇，-氨基醇继而脱水成亚胺，亚胺经催化加氢转变为胺，这是有羧基化合物合成胺的一种重要方法。如果用甲酸作还原剂来代替H2/Ni，那么这个还原氨化过程就被称作鲁卡特反应。在鲁卡特反应条件下，甲酸或甲酸根离子（HCOO-）起还原作用，氢原子以强还原性氢负离子（H-）的形式转移至亚胺;如果参加反应的羧基分子具有前手性面，在鲁卡反应中，由于氢负离子可以从亚胺分子的任一侧导入，故得到的还原产物是外旋体。如果要想获得有旋光性的对映异构体，还需进行拆分。应该指出，上述反应中并没有直接形成游离的胺，而是先生成其N-甲酰化物，后者须经酸解及碱中和后才能获得胺。在鲁卡特反应，以醛酮作原料分别与氨、伯胺或仲胺反应可以得到相应的伯、仲、叔胺。鲁卡特反应通用性较强，可以处理多数脂肪酮、脂环酮、脂肪-芳香酮、杂环酮等，尤其是芳香酮及高沸点芳香酮更为适用。但是，有时Luckart反应时间较长，建议考虑使用适当的添加剂以减少反应时间。

2.改进方法

（1）脂肪酶拆分外消旋α-苯乙胺，来自脂肪酶的拆分机理、脂肪酶的选择、酰化剂的选择及反应体系溶剂的确定，选择性比较好，需要挑选合适的酶，而且选择生物催化以其高效、环保、清洁等特点。

 (2)  α-苯乙胺的微波合成技术研究

采用微波辐射法合成a-苯乙胺，较常规加热合成相比，使反应物摩尔比更接近理论比，降低了反应物用量（甲酸铵与苯乙酮摩尔比从3:8:1降至2:6:1），缩短了反应时间(从3小时降到2小时)，降低了反应温度（从185℃降至165℃），产率可达44.5％—46.93％。

 (3) 超声辐射Pd/C催化合成a-苯乙胺

采用Pd/C催化剂，无水甲醇做溶剂，研究了超声波辐射下苯乙酮与甲酸胺反应制备a-苯乙胺的反应，考察了反应摩尔比、反应温度、反应时间、Pd/C用量、辐射功率对反应的影响并优化了反应工艺。

第二篇：《有机化学实验》课程教案(1)

《有机化学实验》课程教案(1)

          

《有机化学实验》课程教案(2)

《有机化学实验》课程教案(3)

《有机化学实验》课程教案(4)

《有机化学实验》课程教案(5)

《有机化学实验》课程教案(6)

《有机化学实验》课程教案(7)

《有机化学实验》课程教案(8)

《有机化学实验》课程教案(9)

《有机化学实验》课程教案(10)