4-氨基苯甲酸的合成工艺研究

2013-08-06周石洋袁月华

天津师范大学学报（自然科学版） 2013年1期

周石洋，陈玲，袁月华

（1.重庆牧哥食品有限公司，重庆401520；2.西南大学育才学院，重庆401524；3.湖南机电职业技术学院，长沙410151）

4-氨基苯甲酸主要用于染料和医药的中间体，可用于制作各种酯（对氨基苯甲酸酯）、叶酸、偶氮染料、防晒剂[1-6]和有机合成试剂等.目前合成4-氨基苯甲酸的方法有2种：一种是由对硝基苯甲酸为原料还原合成；另一种是由对硝基甲苯氧化还原制得[1-6].但这2种合成方法操作步骤多而复杂[7]、收率低（80%左右）、合成条件苛刻[8].本文以苯胺为原料，经酰基化反应、碘仿反应2步合成4-氨基苯甲酸.苯胺在催化剂AlCl3作用下，很容易与乙酰氯发生酰基化反应[9-12]，生成的产物再与含碘的氢氧化钠溶液反应，最后生成目标产物4-氨基苯甲酸[13].

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

SMP40全自动熔点测定仪，英国STUART公司；GC5890气相色谱仪，南京科捷分析仪器应用研究所；IR200傅里叶红外光谱仪，美国赛默飞世尔公司；AVANCE-II 500MHz核磁共振仪，德国Bruker公司.

无水AlCl3、苯胺、乙酰氯、NaOH、无水MgSO4、I2、KI、无水乙醇、苯、盐酸、无水乙醚等试剂，均为分析纯.

1.2 4-氨基苯乙酮的合成

在250 mL三口烧瓶上，分别安装搅拌器、滴液漏斗及球形冷凝管.在冷凝管上端安装CaCl2干燥管，并连接气体吸收装置，用水作吸收液.迅速称取58.7 g经研细的无水AlCl3，放入三口烧瓶中，并立即加入18.3 mL苯胺（约0.20 mol）.在滴液漏斗中加入28.3 mL乙酰氯（约0.40 mol）.滴完后，关闭滴液漏斗旋塞，在石棉网上小火加热，保持缓缓回流4 h，直到不再有HCl气体逸出为止.然后将三口烧瓶浸入冷水中，搅拌下慢慢滴加39.5 mL质量分数为20%的NaOH溶液.静置冷却，有棱柱状黄色结晶体析出，在常温条件下抽滤，得到的过滤物依次用质量分数为20%的NaOH溶液、蒸馏水各20 mL洗涤3次，将粗产物烘干，保留约26.9 g粗产物.将粗产物溶于无水乙醇中，加热溶液，重结晶，得到4-氨基苯乙酮26.7 g，产率为98.7%，mp 104～106℃，质量分数为99.6%（GC）.

IR（KBr，ν/cm-1）：3 411（氨基中的N—H），3 156（羧酸中的 O—H），3 008（苯环中的=C—H），1 643（苯环中的C=C），1 740（羰基中的C=O），1 261甲基中的（C—H）；1H NMR（CDCl3），δ；7.79（s，2H，Ph-H），6.63（d，2H，Ph-H），4.32（s，2H，N2H），2.50（s，3H，CH3）；13C NMR （CD3OD），δ；196.6，151.7，130.8，127.5，113.7，26.0.

1.3 4-氨基苯甲酸的合成

目标产物的合成路线如图1所示.

图1 4-氨基苯甲酸合成路线Fig.1 Synthesis route of 4-amino benzoic acid

将50.1 g I2和34.2 g KI配成约150 mL的水溶液，装入三颈瓶中.将7.9 g NaOH固体配成的50 mL水溶液同样加入三颈瓶中，搅拌.同时将上一步制备好的4-氨基苯乙酮（0.197 5 mol）溶解在180 mL无水乙醇中，用恒压滴液漏斗缓慢滴入反应瓶中.待滴完后，在一定的温度下保温一段时间.倒出反应液，分离除去碘仿等不溶于水的杂质，在50～60℃的温度条件下，用浓盐酸调节反应液的pH到弱碱性，静置待其结晶，过滤.将粗产物溶于无水乙醇中，重结晶，得到4-氨基苯甲酸25.8 g，产率为95.2%（总体产率 94.0%），mp 186～188℃（文献[1]187～189℃），质量分数99.7%（GC）.

IR（KBr，ν/cm-1）：3 482（氨基中的 N—H），3 156（羧酸中的 O—H），3 011（苯环中的=C—H），1 640（苯环中的 C=C），1 745（羧酸中的 C=O），1 243（羧酸中的 C—O）；1H NMR（CDCl3），δ；12.00（s，1H，COOH），7.65（s，2H，Ph-H），6.57（d，2H，Ph-H），5.90（s，2H，N2H）；13C NMR（CD3OD），δ；167.3，151.2，131.4，119.2，113.5.

2 结果与讨论

2.1 4-氨基苯乙酮的合成条件

2.1.1 催化剂AlCl3的用量对4-氨基苯乙酮产率的影响

催化剂AlCl3的用量关系到4-氨基苯乙酮合成反应的产率，实验中采用 n（AlCl3）：n（乙酰氯）分别为 1.0∶1.0、1.1∶1.0、1.2∶1.0、1.3∶1.0、1.4∶1.0进行了一系列合成反应，其他反应条件不变，得到了不同用量的AlCl3对4-氨基苯乙酮产率的影响，结果见表1.

表1 催化剂AlCl3用量对4-氨基苯乙酮产率的影响Tab.1 Yield of 4-amino acetophenone with different catalyst dosage of AlCl3

由表 1 可见，当 n（AlCl3）∶n（乙酰氯）=1.1 ∶1.0时，4-氨基苯乙酮的产率最高.继续增加AlCl3用量，4-氨基苯乙酮的产率下降.这是因为过量的催化剂会增加4-氨基苯乙酮的吸附以及其他杂质的生成.催化剂AlCl3用量不足时，其实际参加反应的乙酰基减少，导致反应不能彻底完成，降低4-氨基苯乙酮的产率.

2.1.2 反应温度对4-氨基苯乙酮产率的影响

反应温度分别设定为 50、60、70、80、90、100、110和120℃，其他条件不变进行实验，得到反应温度对4-氨基苯乙酮产率的影响，结果见图2.

图2 不同反应温度对4-氨基苯乙酮合成产率的影响Fig.2 Effect of reaction temperature on the yield of 4-amino acetophenone

由图2可见，反应温度控制在80℃时4-氨基苯乙酮的产率最高.反应温度过低时，在相同时间内，其反应不完全，从而导致4-氨基苯乙酮产率的下降.反应温度过高，可增加副产物的产生，同样导致4-氨基苯乙酮产率的下降.

2.1.3 反应时间对4-氨基苯乙酮产率的影响

选择反应时间分别为 1、2、3、4、5、6和 7 h，其他条件不变进行合成实验，观察反应时间对4-氨基苯乙酮产率的影响，结果见图3.

图3 反应时间对4-氨基苯乙酮产率的影响Fig.3 Effect of reaction time on the yield of 4-amino acetophenone

由图3可见，当反应时间为4 h时，产物4-氨基苯乙酮产率最高.反应时间偏短或偏长时，都会导致4-氨基苯乙酮产率下降，反应副产物增加.

2.2 4-氨基苯甲酸的合成

2.2.1 反应温度对4-氨基苯甲酸产率的影响

分别选择了30、40、50、60、70、80、90℃反应温度进行实验，其他条件不变，得到反应温度对4-氨基苯甲酸产率的影响，见图4.

图4 反应温度对4-氨基苯甲酸产率的影响Fig.4 Effect of reaction temperature on the yield of 4-aminobenzoic acid

由图4可见，反应温度控制在60℃时4-氨基苯甲酸的产率最高.反应温度过低时，反应不完全，反应温度过高，会使碘单质挥发，增加副产物的产生，从而导致4-氨基苯甲酸产率的下降.

2.2.2 反应时间对4-氨基苯甲酸产率的影响

分别选择1、2、3、4、5、6、7 h进行合成实验，其他条件不变.反应时间对4-氨基苯甲酸产率的影响见图5.

图5 反应时间对4-氨基苯甲酸产率的影响Fig.5 Effect of reaction time on the yield of 4-amino benzoic acid

由图5可见，当反应时间为4 h时，产物4-氨基苯甲酸产率最高.

2.2.3 4-氨基苯乙酮滴加速率[14-15]对4-氨基苯甲酸产率的影响

在4-氨基苯乙酮发生碘仿反应过程中，探讨4-氨基苯乙酮的滴加速率对产物4-氨基苯甲酸产率的影响.分别选择了 2、3、4、5、6、7、8 mL/min的速率滴加完，其他条件不变.4-氨基苯乙酮的滴加速率对对4-氨基苯甲酸的产率影响见图6.

图6 4-氨基苯乙酮的滴加速率对4-氨基苯甲酸产率的影响Fig.6 Effect of adding rate of 4-amino acetophenone on the yield of 4-aminobenzoic acid

由图6可知，滴加4-氨基苯乙酮的速率为5 mL/min时目标产物产率最高.4-氨基苯乙酮滴加速率过快，使溶液中4-氨基苯乙酮的浓度过高，反应不充分，导致目标产物产率降低.滴加速率过慢，发生副反应生成其他副产物，因此目标产物产率也低.

3 结论

以苯胺为原料，经酰基化反应和碘仿反应2步反应合成得到了目标产物4-氨基苯甲酸.酰基化反应的最佳条件为：催化剂AlCl3与乙酰氯物质的量之比为1.1∶1.0、反应温度为80℃、反应时间为4 h.碘仿反应的最佳条件为：反应温度为60℃、反应时间为4 h、滴加4-氨基苯乙酮速率为5 mL/min.在最佳条件下，4-氨基苯甲酸的产率为94.0%，纯度为99.7%.

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