創(chuàng)新性有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)——N-(對(duì)甲苯基)苯甲酰胺的合成

田 慶，晁 迪

(河南師范大學(xué) 化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，河南 新鄉(xiāng) 453007)

創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力和力量源泉，是實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的根本保障。高等教育是教育的重要組成部分，高等院校承擔(dān)著為國(guó)家培養(yǎng)高級(jí)人才的任務(wù)，同時(shí)在培養(yǎng)人的創(chuàng)新能力方面起著關(guān)鍵性的作用[1-2]。創(chuàng)新性有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是在學(xué)生已經(jīng)掌握了相關(guān)理論知識(shí)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作與技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)查閱文獻(xiàn)提出創(chuàng)新性設(shè)計(jì)方案進(jìn)而開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)可以加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，從而提高學(xué)生綜合素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，有利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的選題要難易適中，通過(guò)對(duì)已經(jīng)學(xué)到的基本知識(shí)綜合應(yīng)用，達(dá)到一定的創(chuàng)新目的。酰胺基團(tuán)廣泛存在于藥物、蛋白質(zhì)、肽、天然產(chǎn)物中[3]。其合成的常用方法有：1.通過(guò)羧酸及其衍生物與胺(氨)縮合得到[4]；2.通過(guò)氰基水解得到[5]；3.通過(guò)酯的氨解得到[6]；4.通過(guò)酰胺的胺交換反應(yīng)得到[7]。通過(guò)酰胺的胺交換得到酰胺類(lèi)化合物的報(bào)道較少[8-9]。微波輻射作為一種非傳統(tǒng)能量來(lái)源作用于有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中已成為一項(xiàng)非常有用并受歡迎的技術(shù)，微波輻射反應(yīng)具有安全、反應(yīng)速率快、反應(yīng)裝置簡(jiǎn)單、產(chǎn)物易純化以及產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)[10-11]。經(jīng)查閱文獻(xiàn)微波輻射下通過(guò)鐵鹽催化的轉(zhuǎn)酰氨基作用制備酰胺類(lèi)化合物未見(jiàn)報(bào)道。因此，通過(guò)微波輻射下鐵鹽催化合成新的酰胺類(lèi)化合物是本文創(chuàng)新性開(kāi)發(fā)的課題。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

WXSL10S-D1微波儀(南京三樂(lè)微波技術(shù)有限公司)；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鄭州予華儀器有限公司)；YRE-2020旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(鄭州予華儀器有限公司)；XT4A型顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀(北京科儀電光儀器廠(chǎng))；AV400型核磁共振儀(德國(guó)Bruker公司)。

苯甲酰胺(99%，阿爾法試劑)；對(duì)甲苯胺(99%，阿拉丁試劑)；六水合三氯化鐵(98%，國(guó)藥集團(tuán))；無(wú)水三氯化鐵(98%，國(guó)藥集團(tuán))；四水合氯化亞鐵(98%，國(guó)藥集團(tuán))；無(wú)水氯化亞鐵(98%，國(guó)藥集團(tuán))；其余試劑均為市售分析純。

1.2 制備步驟

在25 mL圓底燒瓶中加入1.21 g (10 mmol) 苯甲酰胺、1.28 g (12 mmol) 對(duì)甲苯胺、0.27 g (1 mmol) 六水合三氯化鐵和12 mL二甲苯，在微波功率800 W，磁力攪拌下回流反應(yīng)2 h，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻，硅藻土過(guò)濾，減壓除去二甲苯，柱色譜得到1.76 g N-(對(duì)甲苯基)苯甲酰胺，產(chǎn)率83.1%，產(chǎn)物熔點(diǎn):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 結(jié)果與討論

2.1 影響產(chǎn)率的主要因素

采用單因素法考察了催化劑、催化劑用量、微波功率、反應(yīng)時(shí)間、溶劑種類(lèi)和攪拌對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響，在研究影響產(chǎn)率的主要因素時(shí)，反應(yīng)物的量保持不變，采用1.21 g (10 mmol) 苯甲酰胺和1.28 g (12 mmol) 對(duì)甲苯胺為原料，溶劑的量為12 mL。

2.1.1 催化劑對(duì)產(chǎn)率的影響

以二甲苯為溶劑，使用1 mmol不同催化劑(或不加催化劑)，在微波功率800 W，磁力攪拌下回流反應(yīng)2 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同催化劑對(duì)產(chǎn)率的影響

由表1可以看出，不加催化劑得不到產(chǎn)物，含有結(jié)晶水的鐵鹽比不含結(jié)晶水的鐵鹽的產(chǎn)率高，以六水合三氯化鐵為催化劑，反應(yīng)產(chǎn)率最高，可達(dá)83.1%。

2.1.2 催化劑用量對(duì)產(chǎn)率的影響

以二甲苯為溶劑，以六水合三氯化鐵為催化劑，改變催化劑用量，在微波功率800 W，磁力攪拌下回流反應(yīng)2 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 催化劑用量對(duì)產(chǎn)率的影響

由表2可以看出，以六水合三氯化鐵為催化劑時(shí)，催化劑用量對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率影響不大，催化劑用量為1 mmol時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率最高。

2.1.3 微波功率對(duì)產(chǎn)率的影響

以二甲苯為溶劑，以1 mmol六水合三氯化鐵為催化劑，磁力攪拌下回流反應(yīng)2 h，改變微波功率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 微波功率對(duì)產(chǎn)率的影響

由表3可以看出，微波功率為800 w時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率最高，達(dá)83.1%。

2.1.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響

以二甲苯為溶劑，1 mmol六水合三氯化鐵為催化劑，在微波功率800 W，磁力攪拌下，改變回流時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響

由表4可以看出，反應(yīng)時(shí)間為2 h時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率最高，達(dá)83.1%。

2.1.5 溶劑種類(lèi)對(duì)產(chǎn)率的影響

以1 mmol六水合三氯化鐵為催化劑，微波功率800 W，磁力攪拌下回流2 h，改變?nèi)軇┓N類(lèi)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 溶劑種類(lèi)對(duì)產(chǎn)率的影響

由表5可以看出，溶劑種類(lèi)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率影響較大，二甲苯為溶劑時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率最高，達(dá)83.1%。

2.1.6 攪拌對(duì)產(chǎn)率的影響

以二甲苯為溶劑，1 mmol六水合三氯化鐵為催化劑，在微波功率800 W，回流反應(yīng)2 h，在不用攪拌的條件下，產(chǎn)率為68.8%，在使用磁力攪拌條件下，產(chǎn)率可達(dá)83.1%，在攪拌條件下反應(yīng)較好。

2.2 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)探討

在創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)完成過(guò)程中，同學(xué)們通過(guò)廣泛、大量查閱文獻(xiàn)，提出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，然后選擇合適的實(shí)驗(yàn)儀器和試劑，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作，發(fā)現(xiàn)并解決了實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題，綜合應(yīng)用各種操作技能，進(jìn)一步鞏固了專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)，發(fā)揮了同學(xué)們的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，養(yǎng)成了良好的創(chuàng)新意識(shí)和科研精神[12]。

3 總結(jié)

以二甲苯為溶劑，六水合三氯化鐵為催化劑，苯甲酰胺和對(duì)甲苯胺為原料，在微波功率800 W，磁力攪拌下回流2 h制備N(xiāo)-(對(duì)甲苯基)苯甲酰胺，產(chǎn)率為83.1%，該創(chuàng)新性有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驖M(mǎn)足預(yù)期要求，得到了較好的效果。