燕京理工学院 基础化学综合实验报告 题 学 目 院 苯佐卡因的制备 化工与材料工程学院 应用化学 1205 顾 明 广 专业班级 指导教师 完成日期 2015 年 4 月 17 日 摘要 通用名称:苯佐卡因 英文名称: Benzocaine NA 作 用:1.紫外线吸收剂。主要用于防晒类和晒黑类化妆品,对光和空气的化 学性稳定,对皮肤安全,还具有在皮肤上成膜的能力。2. 非水溶性 的局部麻醉药。苯佐卡因作用的特点是起效迅速,约 30 秒钟左右即 可产生止痛作用,且对粘膜无渗透性,毒性低,不会影响心血管系统 和神经系统。 关键词:苯佐卡因 吸收剂 麻醉药 引言 目前苯佐卡因的合成路线有如下 3 种: 第一条路径原料易得,操作方便,适合于实验室小量制备。第二、三条路径 步骤少、产率高,尤以第二条路线效果最佳,具有实验步骤少、操作方便、产率 高的优点。 一、苯佐卡因及反应中间体的物理化学性质 1、苯佐卡因的物理和化学性质: 无色斜方形结晶,无嗅无味。分子量 165.19 。熔点 88-90 ℃。易 溶于醇、醚、氯仿。能溶于杏仁油、橄榄油、稀酸。难溶于水。 3 2、对甲基乙酰苯胺的物理和化学性质: 别 名 :N-乙酰对甲苯胺;4-乙酰氨基甲苯;4ˊ-甲基乙酰苯胺 英文名 分子量 结构式 :N-Acetyl-4-toluidine 149.19 无色针状结晶。溶于乙醇、乙醚、乙酸乙酯、冰乙酸和热水,微溶于 水、苯和粗汽油。相对密度 1.212。熔点 153℃。沸点 307℃(升华) 。 3、对乙酰氨基苯甲酸的物理和化学性质 别 名 : 2- 乙 酰 基 苯 甲 酸 ; 邻 乙 酰 基 苯 甲 酸 ; 苯 乙 酮 -2- 羧 酸 ; 3-羟基-3-甲基-2-苯并[C]呋喃酮 英文名 分子量 结构式 : 2-Acetylbenzoic acid :164.16 针状结晶,溶于乙醇和热水,微溶于冷水。熔点 114~115℃。沸点 110~ 112℃(0.27kPa) 。与氨基酸经缩合反应用于成环作用。经环合作用合成稠 环化合物。经还原性胺化作用制备异二氢吲哚衍生物。与氨基酸环缩合反应 合成二环噁唑烷酮。制备 3-亚甲基-2-苯并[C]呋喃酮基(MDIP)氨基酸。 4、对氨基苯甲酸物理和化学性质: 淡棕黄色晶体,纯品为无色针状晶体,久置空气或见光易氧化变黄。味 苦。熔点 188℃。相对密度 1.374。是两性物质,可溶于酸、碱中,对酸碱 溶液稳定,对强氧化剂不稳定。易溶于沸水,醇、醚、乙酸乙酯和冰醋酸中, 稍溶于冷水,不溶于苯、石油醚中。 4 材料与方法 一. 实验药品、装置及仪器 1. 药品 对甲苯胺、高锰酸钾、无水乙醇、 95% 乙醇溶液、乙酸乙酯、锌粉、 无水硫酸镁、七水硫酸镁、浓盐酸、 18% 盐酸溶液、浓硫酸、冰醋酸、 10% 氨水溶液、 10% 碳酸钠溶液 2. 装置 图1 图2 图3 3.仪器 仪器名称 红外吸收光谱仪 TENSOR27 循环水式多用真空泵(SHB-Ⅲ) WRS-1B 数字熔点仪 生产单位 德国 BRUCKS 公司 郑州长城科工贸有限公司 上海精密仪器有限公司 二.实验步骤 1)对甲基乙酰苯胺的合成 5 反应: 在 100mL 圆底烧瓶中,加入 10.7g 对甲苯胺(0.1mol, M=107.16g/mol) 后, 缓慢加入 14.4mL 冰醋酸 (0.25mol)及少许锌粉 (约 0.1g) , 混合均匀后, 装上刺形蒸馏柱(如图 2) 。 将圆底烧瓶在石棉网上用小火加热,使对甲苯胺溶解,溶液成褐黄色。 然后逐渐升高温度达到 100℃左右, 维持温度在 100℃-110℃反应约 1.5 小时, 蒸出大部分水和剩余的乙酸,温度下降,表示反应结束。 然后趁热将反应混合物倒人盛有 200mL 冷水的烧杯中(注意不要锌粉倒 出) ,立即有白色固体析出,冷却结晶,抽滤。取 2g 粗产品加 10ml 的 7:3 的 乙醇—水溶液进行重结晶,抽滤得白色固体,干燥,称重并测其熔点。熔点为 148.1-148.6℃。 2)对乙酰氨基苯甲酸的合成 芳胺的酰化可作为氨基的保护基-乙酰基衍生物, 降低芳胺对氧化降解的 敏感性。用高锰酸钾进行化学氧化。 反应: 在 500mL 烧杯中, 加入对甲基乙酰苯胺 8.2g (0.05mol, M=149.16g/mol) , 36.9g 七水硫酸镁,450ml 冷水。同时在 500ml 烧杯中缓慢加入 31.6g 高锰酸 钾溶液(50ml) ,加热至 85℃充分搅拌,至溶液点在滤纸上紫色环消失,物 质成深褐色,趁热抽滤(用两层滤纸) ,因滤液还有颜色,故再抽滤一次。得 6 无色溶液, (如果在 1h 后紫色环没有消失则停止加热趁热抽滤(用两层滤纸) 冷却至室温用加入适量乙醇煮沸至溶液呈棕色,抽滤)加入 20%硫酸至酸性 PH2-3,生成白色沉淀,冷却,抽滤,存放。 3)对氨基苯甲酸的合成 反应: 在 100mL 圆底烧瓶中加入 3.4g 对乙酰氨基苯甲酸, 加入约 28.8mL 的 18% 的盐酸进行水解,用小火缓缓回流 30min。待反应物冷却后,加入 50ml 水用 10%氨水中和,PH≈5-6,加入少量冰醋酸(30ml 加 1ml)充分摇振后置于冰 浴中骤冷以引发结晶(因本产品结晶困难可用玻璃棒摩擦烧杯内壁促进结 晶) ,冷却结晶后,抽滤收集产物,干燥,保存。 4)对氨基苯甲酸乙酯的合成 反应: 在 100mL 圆底烧瓶中,加入 0.5g 对氨基苯甲酸,15mL95%乙醇,旋摇烧 瓶使尽量使固体溶解。将烧瓶置于冰浴中冷却,逐滴加入 0.6ml(10 滴)浓 硫酸,立即产生大量沉淀,将反应混合物在水浴上回流(如图 3)1 小时,并 不时摇荡。 将反应混合物转入烧杯中,冷却后分批加入 10%碳酸钠溶液中和,直至 加入碳酸钠溶液无明显气泡,继续加 10%碳酸钠溶液至 PH=8--9。在中和过程 中产生少量沉淀,将溶液转入分液漏斗中,并用 5ml 乙酸乙酯洗涤沉淀后并 7 入分液漏斗。向分液漏斗中加入 20mL 乙酸乙酯每次萃取两次,合并乙酸乙酯 层,并用无水硫酸镁干燥,过滤。搭蒸馏装置(如图 1)在水浴上蒸馏除去 乙酸乙酯和大部分乙醇,并回收乙酸乙酯。烧瓶中残余约 4ML 油状物用 50% 乙醇(每 1ml 加 5ml)重结晶(装置如图 3) ,加热回流 5 分钟,趁热抽滤, 取滤液冷却结晶,测熔点,测红外光谱。测量产物的熔点为 90-91℃。 结果与讨论 一.讨论 1)对甲基乙酰苯胺的合成 芳胺的酰化可作为氨基的保护基-乙酰基衍生物, 降低芳胺对氧化降解的 敏感性。乙酰基的空间效应使芳胺成为对位取代。反应时加锌粉是为了防止 甲基被氧化。 2)对乙酰氨基苯甲酸的合成 高锰酸钾溶液分批加到对甲基乙酰苯胺的混合物中,并不断搅拌,以免 氧化剂局部浓度过高破坏产物。在过滤后溶液为紫红色,说明实验中高锰酸 钾过量,在调完 PH 得到的产率不高,可能是反应时间不够。 3)对氨基苯甲酸的合成 调 PH 至 5-6 时,要加入大量的氨水,且会形成缓冲试剂,因为对氨基 苯甲酸在 PH=6.5 产率最高。 4)对氨基苯甲酸乙酯的合成 产率很低,可能是回流不充分,反应物不纯造成的,也可能是由于碳 酸钠量不足导致硫酸为充分中和,对氨基苯甲酸乙酯在酸性条件下水解. 在红外光谱中得出反应产物为苯甲酸而不是对氨基苯甲酸乙酯,因为 回流不完全,对氨基苯甲酸没有反应完成。 二.实验结果(括号中为实验实际所用的反应物的质量) 1. 实验数据处理:第 1 步: 8 n(对甲苯胺) =m (对甲苯胺) /107=0.1mol m(对甲基乙酰苯胺理论) =0.01*149=14.9g m(实际)=10.6 产率=71% 第 2 步: 1 : 1 m(对甲基乙酰苯胺反应) =10g n (对甲基乙酰苯胺反应) =10/149=0.067mol m (对乙酰氨基苯甲酸理论) =11.99g m (对乙酰氨基苯甲酸实际) =5.8g 产率 =m (实际) /m (理论) *100%=48.4% 第 3 步: 1 : 1 m(对乙酰氨基苯甲酸反应物) =3.4g n(对乙酰氨基苯甲酸反应物) =m/M=3.4/179=0.019mol 9 m(对氨基苯甲酸理论) =0.019*137=2.603g m(对氨基苯甲酸实际) =0.7g 产率=0.7/2.603*100%=26.89% 第 4 步: 1 : 1 m(对氨基苯甲酸反应物) =0.5g n(对氨基苯甲酸) =m/M=0.0036mol m(对氨基苯甲酸乙酯理论) =0.0036*165=0.60g m(实际)=0.01g 产率=0.01/0.6*100%=1.67% 药品 项目 相对分子量 实际产量 理论产量 产率 颜色状态 107 / / / 白色粉末 状晶体 对甲苯胺 对甲基乙 酰苯胺 149 10.6g 14.9g 71% 白色针状 晶体 对乙酰氨 基苯甲酸 179 5.8g 11.99g 48.4% 微黄色针 状晶体 对氨基苯 甲酸 137 0.7g 2.603g 26.89% 黄色针状 体 (有 cl- ) 对氨基苯 甲酸乙酯 165 0.6g 0.01g 1.67% 微黄色晶 体 10 总结与展望: 本综合实验分四次完成(分别为对甲基乙酰苯胺、对乙酰氨基苯甲酸、 对氨基苯甲酸、对氨基苯甲酸乙酯的制备) ,实验基本成功。 通过此次实验了解了药物合成的基本过程, 学习多步有机合成实验路线 的选择和最终产率的计算;初步掌握了胺酰化、氧化、水解和酯化反应的原 理及回流、过滤,混合溶液重结晶等基本操作;在实验中发现和解决了部分 实际操作问题,增强了独立思考分析能力和动手能力,并培养了动手实验的 兴趣。 当然在实验过程中发现了很多的不足:每次重结晶后产量都很少,产率 很低,是操作出了问题还是上一步的产物不纯导致反应物减少造成,原因还 不明确。 希望在以后的学习中不断提升自己的独立思考及动手能力,能自己解决 11 实际应用中的部分问题。 12