α-苯乙胺 的制备 及 拆分

实验1 外消旋α-苯乙胺的制备

一、实验目的

1. 学习Leuchart 反应合成外消旋体α-苯乙胺的原理和方法。

2. 通过外消旋α-苯乙胺的制备，进一步综合运用回流、蒸馏、萃取的测定等基本操作。

3. 通过本实验提高实验化学的研究能力和素质。 二、实验原理

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。 三、实验用品

仪器与材料：圆底烧瓶、三口烧瓶、球型冷凝管、直型冷凝管、空气冷凝管、烧杯、锥

C=O + NH 3 -H 2O C —OH NH 2 C=NH NH 4+

+

2

HCOONH 4 HCOOH + NH 3 + C=NH 2 -O

=

H-C-NH 2 + CO 2

+ 2HCOONH 4

-C-CH 3 O =

CH 3 -CH-NHCHO

+ NH 3↑+ CO 2↑ + H 2O

CH 3

-CH-NHCHO + HCl + H 2O

+ CH 3

-CH-NH 3Cl - + HCOOH

+ CH 3 -CH-NH 3Cl

- + NaOH CH 3

-CH-NH 2

+ NaCl + H 2O

形瓶、分液漏斗、蒸馏头、锥形瓶、玻璃小漏斗、温度计、电炉或酒精灯等。

药品：苯乙酮、甲酸铵、氯仿、甲苯、浓HCl，50％NaOH溶液、固体NaOH。

四、实验步骤

1. 合成

在250(100) mL圆底烧瓶中，加入22.5 mL（0.2 mol）(12.0g)苯乙酮，40 g（约0.64 mol）(22.2g)甲酸铵和几粒沸石，装上蒸馏头并装配成简单蒸馏装置。蒸馏头上口插入一支温度计，其水银球浸入反应混合物中。在石棉网上小火缓缓加热，反应物慢慢熔化，当温度升到150～155℃时，熔化后的液体呈两相，继续加热反应物便成一相，反应物剧烈沸腾，并有水和苯乙酮被蒸出，同时不断地产生泡沫并放出二氧化碳和氨气。继续缓慢地加热到达185℃[1]（勿超过185℃），停止加热。反应过程中可能在冷凝管中生成一些固体碳酸铵，此时可暂关闭冷却水使固体溶解，避免冷凝管堵塞。将馏出液用分液漏斗分出上层苯乙酮并倒回反应瓶中，再继续加热2 h，控制反应温度不超过185℃。

将反应物冷至室温，转入分液漏斗中，用30 mL水洗涤，以除去甲酸铵和甲酰胺，将分出的N-甲酰-α-苯乙胺粗品，倒入原反应瓶中。水层每次用12 mL氯仿萃取两次。合并萃取液，萃取液也倒回原反应瓶中，弃去水层。向反应瓶中加入24(12)mL浓盐酸和几粒沸石，加热蒸馏直至所有氯仿均被蒸出，改为回流装置，保持微沸回流1 h(0.5h)，使N-甲酰-α-苯乙胺水解。

2. 分离和提纯

将反应液冷至室温[2]，然后每次用12(10) mL氯仿萃取三次[3]，合并的萃取液倒入指定回收容器中。水层倒入到250 mL三口烧瓶中。

将三口烧瓶置于冰水浴中冷却，慢慢加入40 mL 50％氢氧化钠溶液，并不断地振摇，然后加热进行水蒸气蒸馏[4]。用pH试纸检查馏出液，开始为碱性，至馏出液的pH值为7时，停止水蒸气蒸馏，约收集120～160 mL。

将含游离胺的馏出液每次用20 mL甲苯萃取三次，合并萃取液，加入粒状氢氧化钠干燥并塞住瓶口[5]。干燥后粗产品先蒸馏除去甲苯，再蒸馏收集180～190℃的馏分[6]。称量产品并计算产率。产量约12～14 g，产率为50％～58％，塞好瓶口留着拆分实验使用。

纯(±)-α-苯乙胺为无色液体，沸点187.4℃，折光率20

n 1.5260。

D

3. 产物测定

(1) 测产物的沸点或折射率[7]。

(2) 测产物的红外光谱。

本实验约需12小时。

五、注释

[1] 反应过程中，若温度过高，可能导致部分碳酸铵凝固在冷凝管中。反应液温度达到185℃的时间约需2 h。

[2] 如在冷却过程中有晶体析出，可用最少量的水溶解。

[3] 主要萃取除去苯乙酮。

[4] 水蒸气蒸馏时，玻璃磨口接头应涂上凡士林以防止接口因受碱性溶液作用而被粘住。

[5] 游离胺易吸收空气中的CO2形成碳酸盐。故在干燥时应塞住瓶口隔绝空气。

[6] 本实验也可以在蒸出甲苯后进行减压蒸馏，收集82～83℃/2.4 kPa（18 mmHg）馏分。

[7] 因α-苯乙胺具有较强的腐蚀性，为保护折光仪起见，产品可测折光率。

六、预习内容

1. 预习回流、萃取、水蒸气蒸馏、减压蒸馏、液体有机物的干燥等的原理和操作。

2. 了解本实验每一步洗涤的目的，可否用其它洗涤方法？

3. 阅读实验方法，熟悉实验内容，画出(±)-α-苯乙胺合成操作的流程图，并说明为什么要用氯仿两次萃取？

4. 合成α-苯乙胺时，既要控制反应温度，又要安装蒸馏装置。试根据这一原则，设计一个合理的反应装置。

5. 在(±)-α-苯乙胺合成中，多次用到萃取和洗涤操作。指出每一次萃取或洗涤时，需要保留的产品在分液漏斗的上层还是在下层？为什么？

6. 苯乙酮和甲酸铵反应后，用水洗涤的目的是什么？

7. 查阅资料填写下列数据。

七、思考题

1．各步骤中用氯仿和甲苯萃取的是什么物质？

2．为什么要在碱性条件下进行水蒸气蒸馏？馏出液含有什么成分？

八、安全指南

1. α-苯乙胺：具有腐蚀性，能引起烧伤，避免吸入和接触皮肤和眼睛。

2. 苯乙酮：属低毒类。吞服可发生麻醉的止痛作用。对人的危害主要是对眼和皮肤的刺激作用，可引起皮肤局部灼伤。除热蒸气外，一般吸入和在实验操作过程中不会引起中毒危害。遇高热、明火或与氧化剂接触，有引起燃烧的危险。

3. 甲苯：有毒，勿吸入蒸气，避免与皮肤和眼睛接触。易燃，远离火种。使用时注意密闭保存，勿倒入下水道造成环境污染。

4. 氯仿：刺激黏膜，损害肝、心脏，是已知的致癌物。防止吸入、摄入。防止与皮肤接触。

5. 盐酸：防止其腐蚀性伤害，在使用时要倍加小心。