創新性有機化學實驗——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 453007)

創新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力和力量源泉，是實現中華民族偉大復興的根本保障。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高級人才的任務，同時在培養人的創新能力方面起著關鍵性的作用[1-2]。創新性有機化學實驗是在學生已經掌握了相關理論知識和化學實驗的基本操作與技術的基礎上，通過查閱文獻提出創新性設計方案進而開展的實驗。創新性實驗可以加強學生的創新精神和實踐能力，從而提高學生綜合素質的協調發展，有利于應用型人才的培養。

創新性實驗的選題要難易適中，通過對已經學到的基本知識綜合應用，達到一定的創新目的。酰胺基團廣泛存在于藥物、蛋白質、肽、天然產物中[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能量來源作用于有機化學反應中已成為一項非常有用并受歡迎的技術，微波輻射反應具有安全、反應速率快、反應裝置簡單、產物易純化以及產率高等優點[10-11]。經查閱文獻微波輻射下通過鐵鹽催化的轉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新性開發的課題。

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旋轉蒸發儀(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2 h，反應結束后，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，產率83.1%，產物熔點: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 結果與討論

2.1 影響產率的主要因素

采用單因素法考察了催化劑、催化劑用量、微波功率、反應時間、溶劑種類和攪拌對反應產率的影響，在研究影響產率的主要因素時，反應物的量保持不變，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2 h，實驗結果見表1。

表1 不同催化劑對產率的影響

由表1可以看出，不加催化劑得不到產物，含有結晶水的鐵鹽比不含結晶水的鐵鹽的產率高，以六水合三氯化鐵為催化劑，反應產率最高，可達83.1%。

2.1.2 催化劑用量對產率的影響

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2 h，實驗結果見表2。

表2 催化劑用量對產率的影響

由表2可以看出，以六水合三氯化鐵為催化劑時，催化劑用量對反應產率影響不大，催化劑用量為1 mmol時，反應產率最高。

2.1.3 微波功率對產率的影響

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2 h，改變微波功率，實驗結果見表3。

表3 微波功率對產率的影響

由表3可以看出，微波功率為800 w時，反應產率最高，達83.1%。

2.1.4 反應時間對產率的影響

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，實驗結果見表4。

表4 反應時間對產率的影響

由表4可以看出，反應時間為2 h時，反應產率最高，達83.1%。

2.1.5 溶劑種類對產率的影響

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，改變溶劑種類，實驗結果見表5。

表5 溶劑種類對產率的影響

由表5可以看出，溶劑種類對反應產率影響較大，二甲苯為溶劑時，反應產率最高，達83.1%。

2.1.6 攪拌對產率的影響

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2 h，在不用攪拌的條件下，產率為68.8%，在使用磁力攪拌條件下，產率可達83.1%，在攪拌條件下反應較好。

2.2 創新性實驗探討

在創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，發現并解決了實驗中遇到的問題，綜合應用各種操作技能，進一步鞏固了專業基礎理論知識，發揮了同學們的積極性、主動性和創造性，養成了良好的創新意識和科研精神[12]。

3 總結

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，產率為83.1%，該創新性有機化學實驗能夠滿足預期要求，得到了較好的效果。