創(chuàng)新性有機化學實驗——N-(對甲苯基)苯甲酰胺的合成

田 慶，晁 迪

(河南師范大學 化學國家級實驗教學示范中心，河南 新鄉(xiāng) 453007)

創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發(fā)達的不竭動力和力量源泉，是實現(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，高等院校承擔著為國家培養(yǎng)高級人才的任務(wù)，同時在培養(yǎng)人的創(chuàng)新能力方面起著關(guān)鍵性的作用[1-2]。創(chuàng)新性有機化學實驗是在學生已經(jīng)掌握了相關(guān)理論知識和化學實驗的基本操作與技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過查閱文獻提出創(chuàng)新性設(shè)計方案進而開展的實驗。創(chuàng)新性實驗可以加強學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，從而提高學生綜合素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，有利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

創(chuàng)新性實驗的選題要難易適中，通過對已經(jīng)學到的基本知識綜合應(yīng)用，達到一定的創(chuàng)新目的。酰胺基團廣泛存在于藥物、蛋白質(zhì)、肽、天然產(chǎn)物中[3]。其合成的常用方法有：1.通過羧酸及其衍生物與胺(氨)縮合得到[4]；2.通過氰基水解得到[5]；3.通過酯的氨解得到[6]；4.通過酰胺的胺交換反應(yīng)得到[7]。通過酰胺的胺交換得到酰胺類化合物的報道較少[8-9]。微波輻射作為一種非傳統(tǒng)能量來源作用于有機化學反應(yīng)中已成為一項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)裝置簡單、產(chǎn)物易純化以及產(chǎn)率高等優(yōu)點[10-11]。經(jīng)查閱文獻微波輻射下通過鐵鹽催化的轉(zhuǎn)酰氨基作用制備酰胺類化合物未見報道。因此，通過微波輻射下鐵鹽催化合成新的酰胺類化合物是本文創(chuàng)新性開發(fā)的課題。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

WXSL10S-D1微波儀(南京三樂微波技術(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型顯微熔點測定儀(北京科儀電光儀器廠)；AV400型核磁共振儀(德國Bruker公司)。

苯甲酰胺(99%，阿爾法試劑)；對甲苯胺(99%，阿拉丁試劑)；六水合三氯化鐵(98%，國藥集團)；無水三氯化鐵(98%，國藥集團)；四水合氯化亞鐵(98%，國藥集團)；無水氯化亞鐵(98%，國藥集團)；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，硅藻土過濾，減壓除去二甲苯，柱色譜得到1.76 g N-(對甲苯基)苯甲酰胺，產(chǎn)率83.1%，產(chǎn)物熔點: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)時間、溶劑種類和攪拌對反應(yīng)產(chǎn)率的影響，在研究影響產(chǎn)率的主要因素時，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) 對甲苯胺為原料，溶劑的量為12 mL。

2.1.1 催化劑對產(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，實驗結(jié)果見表1。

表1 不同催化劑對產(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83.1%。

2.1.2 催化劑用量對產(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，實驗結(jié)果見表2。

表2 催化劑用量對產(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，催化劑用量對反應(yīng)產(chǎn)率影響不大，催化劑用量為1 mmol時，反應(yīng)產(chǎn)率最高。

2.1.3 微波功率對產(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，實驗結(jié)果見表3。

表3 微波功率對產(chǎn)率的影響

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

2.1.4 反應(yīng)時間對產(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，改變回流時間，實驗結(jié)果見表4。

表4 反應(yīng)時間對產(chǎn)率的影響

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

2.1.5 溶劑種類對產(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，實驗結(jié)果見表5。

表5 溶劑種類對產(chǎn)率的影響

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

2.1.6 攪拌對產(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83.1%，在攪拌條件下反應(yīng)較好。

2.2 創(chuàng)新性實驗探討

在創(chuàng)新性實驗完成過程中，同學們通過廣泛、大量查閱文獻，提出實驗設(shè)計方案，然后選擇合適的實驗儀器和試劑，獨立完成實驗操作，發(fā)現(xiàn)并解決了實驗中遇到的問題，綜合應(yīng)用各種操作技能，進一步鞏固了專業(yè)基礎(chǔ)理論知識，發(fā)揮了同學們的積極性、主動性和創(chuàng)造性，養(yǎng)成了良好的創(chuàng)新意識和科研精神[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-(對甲苯基)苯甲酰胺，產(chǎn)率為83.1%，該創(chuàng)新性有機化學實驗?zāi)軌驖M足預(yù)期要求，得到了較好的效果。