1、新型催化剂合成苯佐卡因的探究,指导教师： 老师探究学生: 何树,一、苯佐卡因的性质：,苯佐卡因：苯佐卡因化学名为对氨基苯甲酸乙酯，是一种局部麻醉药，外用为撒布剂，用于手术后创伤止痛，溃疡痛，一般性痒等。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。,化学结构式：,二、笨佐卡因的合成方法,1、传统合成方法（浓硫酸为催化剂）：,2、以对甲基苯胺为原料的制备方法（浓硫酸为催化剂）,甲基苯胺先用乙酸进行酰胺化，然后将 上的甲基氧化成酸，加盐酸水解得到对氨基苯甲酸，最后加入乙醇酯化得产品。 其制备路线如下：,3、以硝基苯甲酸为原料
2、，先还原后酯化的制备方法（浓硫酸为催化剂）,合成路线如下：,4、以对硝基苯甲酸为原料，先酯化后还原的制备方法（浓硫酸为催化剂）,其合成路线为：,5、以对硝基苯甲酸为原料一步制备的方法（金属锡作催化剂）,对硝基苯甲酸在盐酸的条件下，以金属锡作催化剂与乙醇反应，即可得到苯佐卡因产品。此法工艺简单，反应周期短，催人剂金属的价格适宜，来源容易，所得产品纯度高，收率也高。 制备反应式为：,总结：,（1）、用对硝基甲笨为原料（催化剂用硫酸和铁）对硝基甲苯为原料，要求在酸性条件下，锡粉为还原剂。 （2）、以对甲基苯胺为原料的制备方法，甲基苯胺先用乙酸进行酰胺化，然后将苯环上的甲基氧化成酸，加盐酸水解得到对氨
3、基苯甲酸，最后加入乙醇酯化得产品 （3）、以硝基苯甲酸为原料，先还原后酯化的制备方法， 反应时将对硝基苯甲酸在氨水的条件下，用硫酸亚铁还原成对氨基苯甲酸，然后在酸性条件下用乙醇酯化，得到苯佐卡因产品。 （4）、以对硝基苯甲酸为原料，先酯化后还原的制备方法。 以对硝基苯甲酸为原料 ,先酯化后还原的制备方法将对硝基苯甲酸乙酯用硫化钠、电解或通过催化氢化 ,采用金属锡与盐酸乙醇溶液等方法进行还原 ,均可得到苯佐卡因。 （5）、以对硝基苯甲酸为原料一步制备的方法 对硝基苯甲酸在盐酸的条件下，以金属锡作催化剂与乙醇反应，即可得到苯佐卡因产品。此法工艺简单，反应周期短，催人剂金属的价格适宜，来源容易，所得
4、产品纯度高，收率也高。,结构确证：（1）、 红外吸收光谱法、标准物TLC对照法。（2）、 核磁共振光谱法。,三、离子液体：,离子液体由带正电的离子和带负电的离子组成，现在多指在低于100摄氏度时呈液体状态的熔盐。北爱尔兰皇后大学离子液体研究中心主任赛顿说，从理论上讲离子液体可能有1万亿种，化学家可以从中选择适合自己工作需要的离子液体。与典型的有机溶剂不一样，离子液体一般不会成为蒸汽，所以在化学实验过程中不会产生对大气造成污染的有害气体，而且使用方便。更能引起化学家感兴趣的是，离子液体可以反复多次使用。此外，用离子液体做催化剂还可加速化学反应的过程。英国石油公司化学家莫兰说，如果英国石油公司在化
5、工生产过程中采用离子液体，一批在室温下完全由离子组成的有机液体物质，因其具有无蒸气压、可取代挥发性有机溶剂、可循环使用等独特性质而被用于分离工程中作气体吸收剂和液体萃取剂，在化学反应中作反应介质或作为催化剂，在电化学中作电解质等领域，则可减少使用挥发性大的有机溶剂，降低对环境的污染，减少废物的产生。,四、离子液体研究思路、方法、技术路线：,1、合成时所需要的药品和仪器：FTIR-8900红外波谱仪，uV-2201紫外可见分光光度计 ，N-甲基 咪唑 (购 自临海市凯 乐化工厂)，1，3-丙烷磺酸 内酯 、1，4-丁烷磺酸内酯（购自武汉风帆化工有限公司），其余试剂均为分析纯。,2、HmimHSO
6、4(N-甲基咪唑硫酸氢盐)的合成：,在三口烧瓶中加入 N-甲基咪唑 (0.1 mo1 )，冰水浴下滴加等摩尔量的浓硫酸。室温下搅拌反应 ，TLC检测反应时间。用 乙酸乙酯少量多次反复洗涤 ，在 8O下旋转蒸发并真空干燥后得到淡黄色透明粘稠离子液体HmimHSO4 7.9 g，产率 43.9，同时红外表征。,合成反应方程式：,3、C3SO3HmimHSO4 (1-(3-磺酸基)丙 基-3-甲基咪唑硫酸氢盐)的合成：,在圆底烧瓶中加入溶剂乙酸乙酯,然后依次加入 01 moL N-甲基咪唑和0.moL 1，3-丙烷磺酸内酯，40搅拌反应,检测反应时间。将所得到的白色固体用乙醚少量多次洗涤,40下真空
7、干燥得高纯度两性盐,依据两性盐的摩尔量加入等摩尔的浓硫酸,80下磁力搅拌 8 h得淡黄色粘稠液,用乙酸乙酯少量多次反复洗涤,在80下旋转蒸发并真空干燥后得到淡黄色透明粘稠离子液体C3SO3 HmimHSO4 22 g,产率72.8,同时红外表征。,合成反应方程式：,4、C4SO3HmimHSO4(1-(3-磺酸基 ) 丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐)的合成：,在 圆底烧瓶中加入溶剂乙酸乙酯 ，然后依次加入0.1moLN-甲基咪唑和0.1moL1,4-丁烷磺酸内酯，40搅拌反应,TIC检测时间。将所得到的白色固体用乙醚少量多次洗涤，40下真空干燥得高纯度两性盐。依据两性盐的摩尔量加入等摩尔的浓硫酸，
8、80下磁力搅拌8h得淡黄色粘稠液，用乙酸乙酯少量多次反复洗涤,在80下旋转蒸发并真空干燥后得到淡黄色透明粘稠离子液体C4SO3HmimHSO4为21.4 g，产率 67.7，同时红外表征。,合成反应方程式：,5、 离子液体特性检测 :,（1）将合成的三种离子液体分别加入到水、乙二醇、甲醇、丙酮、氯仿、乙酸乙酯 、乙醚 、石油醚等常用有机溶剂 中，观察其是否溶解 ，进行溶解性测试 。 （2）精确量取三种离子液体各1 mL ，使用 02 mL 、1molL NaOH溶液滴定 ，指示剂为酚酞溶 液 。记录滴定突变点消耗 NaOH溶液体积 ，作为 离子液体酸性强度的判断依据 。同时，用 pH 试 纸检
9、测作对比，作PH的对比测试。 （3）将离子液体在油浴中加热 ，监测其发生分解时的温度 ，即离子液体最低的分解温度，分解温度的比较。,6、离子液体的红外表征：,合成的离子液体的红外表征，通过与合成原料的红外对比，可以明确产物为新化合物，在3200-2200 cm 是离子液体质子化的 NH向低频位移并变宽的伸缩振动峰 ，1600cm左右出现的是-NH2键的变形吸收峰。 HSO3 H与 HSO4的特征吸收出现在1250cm附近与1150-1060cm ,另外 ，在4000-3200cm无OH的特征吸收，说明离子液体中的水已经完全被除去。,7、离子液体溶解性 ：,溶剂 HmimHSO4 C3SO3Hm
10、imHSO 4 C4SO3Hmim 水 溶 溶 溶甲醇 溶 溶 溶乙二醇 溶 溶 溶 氯仿 微溶 微溶 微溶乙酸乙酯 微溶 微溶 微溶石油醚 不溶 不溶 不溶乙醚 不溶 不溶 不溶,8 、离子液体的稳定性:,NaOH对HmimHSO4、C3SO3HmimHSO4、C4SO3 HmimHSO4 的滴定体积分别是74.5、136.7、154.2 mL，所以，酸性强弱顺序为HmimHSO4C3SO3 HmimHSO4C4SO3HmimHSO4。 HmimHSO4)的热稳定性较高，是因为咪唑环上N原子质子化后形成了稳定的大兀环共轭体系。而C3SO3 HmimHSO4、C4SO3HmimHSO4由于引入
11、烷基磺酸基侧链 ，故热稳定性比无侧链的HmimHSO4热稳定性低。,小结：,本试验对三种 咪唑型酸性离子液体进行合成，并考察其对本佐卡因的制备影响，得到以下结论 ：1、离子液体HmimHSO4的合成条件 ：室温反应5h，80下旋转干燥，产率43.9，不需另加溶剂。2、离子液体C3SO3HmimHSO4和C4SO3HmimHSO4 的合成条件：40C搅拌反应8h，真空干燥得两性盐，加入浓硫酸后，80搅拌反应8h并真空干燥，产率分别为72.8和67.7，此合成需注意所用溶剂为乙酸乙酯，而不能用乙醚，这是因为乙醚的沸点低于反应温度造成 挥发使反应终止。3、离子液体HmimHSO4)、C3SO3Hmi
12、mHSO4 和 C 4SO3HmimHSO4皆为水溶性，不溶于酯，有利于酯化反应。,五、用上面合成的离子液体催化合成苯佐卡因：,合成路线： 1、对羟基苯甲酸 + 乙醇（离子液体作催化剂） 对羟基苯甲酸乙酯 + 氯化氢 氯基苯甲酸乙酯+氨基钠 苯佐卡因,2、对硝基苯甲酸为原料：,3、所需要用的试剂：,对羟基苯甲酸、对硝基甲苯、乙醇、氨基 钠、对羟基苯甲酸乙酯、氯化氢或溴化氢、对氯 基苯甲酸乙酯、HmimHSO4、C3SO3 HmimHSO4 、 C4SO3HmimHSO4、碳酸钠、 氯仿、乙醇、固体碳酸钠等。,4、所用仪器:,100ml圆底烧瓶，球形冷凝管，布氏漏斗、吸滤 瓶、回流装置一套、蒸馏装置一套、干燥器、滴液漏斗 、烧杯、计时器、508B型红外光谱仪(美国PE公 司）、温度计、加热装置等。 （MASI型常压微波辅助合成萃取反应仪(上海新仪微波化学科技有限公司)、WAY1S阿贝折射仪(上海光学仪器厂)、SP-501N气相色谱仪(山东鲁南化工仪器厂)、 。,六、探究催化剂用量 、反应温度、反应时间对酯化率的影响 ：,1、离子液体用量对酯化率的影响 (参考最佳值为0.50 moL),2、温度对酯化率的影响 （参考最佳温度为120）,3、反应时间对酯化率的影响 （参考最佳反应时间为1h）,4、物料摩尔比对酯化率的影响 （参考最佳醇酸摩尔比为1：2.4）,
