基础化学综合实验论文

基础化学综合实验报告

题 目 苯佐卡因的制备

姓 名 X X X 学 号 分院(系) 生物与化学工程分院 专业班级 生物医药实验创新111班 指导教师

完成日期 20xx年5月21 日

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苯佐卡因的制备

摘要

本实验主要内容是以对氨基甲苯为原料制备对氨基苯甲酸乙酯。最先由对氨基甲苯与乙酸进行酰化得对甲基乙酰苯胺，产率为96.6%，后将对甲基乙酰苯胺氧化得对乙酰氨基苯甲酸，产率为59.1%。后产物水解得对氨基苯甲酸，产率为11.8%。最后对氨基苯甲酸与乙醇发生酯化反应，生成对氨基苯甲酸乙酯，产率为17.6%。最后得到产率为0.9%。

该实验是综合和设计研究型实验，把化合物的合成、组成分析、性质表征、仪器的应用有机地结合起来，使学生掌握各种类型的合成、表征和实际应用以及仪器的使用等综合实验知识和技能，为以后的毕业论文的设计和将来开展科学研究工作打好基础。

关键词: 苯佐卡因；对甲苯胺；局部麻醉剂；合成

引言

对氨基苯甲酸乙酯，别名苯唑（佐）卡因。分子式: C9H11O2N。 相对分子质量为165.19。化学结构式为：

2H5

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熔点为91-92℃。①苯佐卡因（Benzocaine）为白色结晶性粉末，无臭，味微苦而麻；遇光渐变黄色；易溶于乙醇，乙醚或氯仿等，极微溶于水

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苯佐卡因的用途

苯佐卡因临床上一般用于局部麻醉，其起效迅速，对粘膜没有渗透性，毒性低。②还可用作紫外线吸收剂。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。能有效地吸收U．V．B区域280-320μm 中波光线区域)的紫外线。添加量通常为4％左右。③

苯佐卡因及中间体的物理和化学性质

中间体对甲基乙酰苯胺的物理和化学性质

对甲基乙酰苯胺【N-(4-methylphenyl)- Acetamide】，分子式: C9H11NO化学结构式为：

分子质量: 149.19 ，沸点: 307℃（升华），熔点: 148-151℃。无色针状结晶。闪点168℃，相对密度1.212。 微溶于水，溶于醇；醚；乙酸乙酯；冰乙酸和热水。用途: 有机合成中间体。④

中间体对乙酰氨基苯甲酸的物理和化学性质

对乙酰氨基苯甲酸【4-Acetamidobenzoic acid】，分子式：C9H9NO3，化学结构式为：

分子

量：179.180，熔点256.5℃。白色片状结晶，溶于乙醇，难溶于水和乙醚。⑤ 中间体的对氨基苯甲酸物理和化学性质

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对氨基苯甲酸【p-Aminobenzoic acid 】分子式：C7H7NO2分子量：137.14化学结构式为：

白色单斜棱晶。熔点188-189℃，相对密度1.374（25/4℃）。易溶于沸水，能溶于醇、醚、乙酸乙酯和冰醋酸，微溶于水及苯，不溶于石油醚。5%溶液的pH值为3.5。它是机体细胞生长和分裂所必需的物质叶酸的组成成分之一，在酵母、肝脏、麸皮，麦芽中含量甚高。用作染料和医药中间体。用于生产活性红M-80，M-10B，活性红紫X-2R等染料以及制取氰基苯甲酸生产药物对羧基苄胺。对氨基苯甲酸可用作防晒剂，其衍生物对二甲氨基甲酸辛酯，是优良的防晒剂，商品名称Padimate O.⑥

文献方法：

1.1 以对硝基甲苯为原料,经过氧化、还原和酯化反应,最终得到苯佐卡因。其

制备路线如下

:

1．1设计较为合理,但由于对氨基苯甲酸的化学活性比对硝基苯甲酸的活性低,酯化反应收率低,

1.2 以对硝基甲苯为原料,经过氧化、酯化和还原反应,最终得到苯佐卡因。其

制备路线如下:

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1．2制备路线设计合理,反应时间适中,原料易得,收率较好,适合实验室进行。

1.3 以对硝基甲苯为原料,经过氧化和酯化还原反应,最终得到苯佐卡因。其制备路线如下

:

1．3中对硝基苯甲酸采用一步制备法制备苯佐卡因,虽然此法工艺简单,反应周期短,金属锡价格适宜,产品纯度高,但是不利于学生对多种合成技术的掌握,且该方法还需要通入干燥的氯化氢气体,实验室难以满足多组试验台对氯化氢气体的需要,故不选用此制备路线。

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1．4以对氨基甲苯为原料,经过酰化、氧化、水解和酯化反应,最终得到苯佐卡

因。其制备路线如下：

1.4是以对氨基苯甲酸为原料进行的,先进行酰化反应对氨基进行保护,再进行氧化、水解和酯化反应,该反应路线步骤多,反应时间长, 但原料易得，操作方便，适合于实验室小量制备。

材料与方法

试剂：

对氨基甲苯，乙醇，锌粉，七水硫酸镁，高锰酸钾，盐酸，氨水，冰醋酸，硫酸，碳酸钠，乙酸乙酯

仪器：

刺形分馏柱，直形冷凝管，圆形冷凝管，接收管（具小嘴），圆底烧瓶，石棉网，抽滤瓶，布氏漏斗，烧杯，温度计，玻璃棒，铁架台，胶头滴管，红外灯，铁锅，分液漏斗，玻璃漏斗，量筒，循环水式真空泵，红外光谱仪（美国尼力高/NEXUS470），数字熔点仪（上海精密科学仪器有限公司/WRS-LB），电炉（浙江嘉兴凤桥电热器厂/FD-2），托盘天平（上海光正医疗仪器有限公司/JYF1） 装置图：

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图1蒸馏

图2抽滤

图3回流

方法路线：

一、甲基乙酰苯胺的合成

CH3C6H4NH2+ CH3COOH→CH3C6H4NHCOCH3+H2O 图4蒸馏

在100mL圆底烧瓶中，加入10.7g对甲苯胺后，缓慢加入14.4mL冰醋酸和0.1g锌粉（目的是防止对甲苯胺氧化），混合均匀后，装上刺形分馏柱，其上端装一蒸馏头，接一蒸馏装置。

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小时，蒸出大部分水和剩余的乙酸，温度出现波动时，可认为反应结束。

趁热将反应液倒人盛有200ml冷水的烧杯中并搅拌，冷却，抽滤，用少量冷水洗涤晶体，称量。取3g粗产品在乙醇：水=2:1（15ml）的溶液中重结晶，抽滤得白色固体，红外灯烘干，测熔点。

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二、对乙酰氨基甲苯的合成

将7.5g对甲基乙酰苯胺与20g七水硫酸镁与16g高锰酸钾加入500ml烧杯中加入420ml H2O 。边搅拌边水浴加热（85℃）45min，直至反应物变棕红色。趁热抽滤（装置见图2）得滤液。滤液中加入20%的HCl酸化（Ph=2～3），得白色固体，抽滤（装置见图2），压干固体得对乙酰氨基苯甲酸，计算产率。

三、对氨基苯甲酸的合成

9g对乙酰氨基苯甲酸与72ml HCl 混合倒入250ml圆底烧瓶中，回流（装置见图3），直至反应物溶解。加入45ml水。在溶液中滴加NH3·H2O直至pH≈4~5。将溶液置于冰水中冷却结晶，抽滤（装置见图2），得到对氨基苯甲酸。用红外灯干燥抽滤得到的固体，测熔点。

四、对氨基苯甲酸乙酯合成

将0.9g对氨基苯甲酸加入到12ml乙醇中，搅拌溶解，再冰水浴冷却至有沉淀。加入0.9ml H2SO4,再进行回流（装置见图3，其中圆底烧瓶用水浴加热）至温度下降。于溶液中加入10%碳酸钠至中性，再继续调pH≈9。将溶液加入分液漏斗中，在加入适量的乙酸乙酯。保留上层，下层放出。将下层转移至分液漏斗中在加入适量乙酸乙酯，萃取得上层。将两次得到的上层混合蒸馏（装置见图4）至温度下降。边往溶液中加入2ml乙醇、2ml水边冷水浴冷却。过滤对氨基苯甲酸乙酯，烘干，称重。

结果与讨论

表一：实验结果数据记录与整理

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一般的实验操作中产生的对产率的影响是所有的实验都不可避免的，如器材中的残留。因此接下去就只叙述除实验操作外的影响。 对甲基乙酰苯胺

产率=m(实际产量)/m（理论产量）*100%=14.4/14.9*100%≈96.6%

对甲基乙酰苯胺的产量与理论产量有一定的差距，分析损失的得率，其可能的原因是在合成对甲基乙酰苯胺的过程中反应不完全。 对乙酰氨基苯甲酸

产率=m(实际产量)/m（理论产量）*100%=（5.3/8.78）*100%≈60.4%

对乙酰氨基苯甲酸的产量过低的原因可能是上一阶段的产物纯度不足，或者是因为高锰酸钾的用量过多使后续操作对对乙酰氨基苯甲酸的产率与质量都产生了影响。其中，盐酸酸化不足或过度酸化也有可能对结果产生影响。 对氨基苯甲酸

产率=m(实际产量)/m（理论产量）*100%=（3.6/6.89）*100%≈52.3%

制备对氨基苯甲酸时滴加NH3·H2O和加冰醋酸时的用量对产率的影响很大。NH4 Ac与NH ·H20形成了缓冲体系，很难将酸度回调到晶体析出的最佳酸碱度。若碱加的过多了，晶体就较难析出了，产率就受到了影响。 对氨基苯甲酸乙酯

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产率=m(实际产量)/m（理论产量）*100%=（0.3/1.08）*100%≈27.8%

前一阶段产物的纯度对这一阶段的产物有着影响，这是一定的。萃取的完整度也有一定的影响。蒸馏时若反应不完全则也会对产率产生影响。

红外光谱图分析

接下去是对氨基苯甲酸乙酯的红外光谱图分析（附：对氨基苯甲酸乙酯红外光谱图）。

由红外光谱图分析得，在3423.62与3344.59分别由一个峰，而且是强峰，因此产物中应有氨基。在3000到3100波数范围内有两个较弱的峰，可见应有苯环。而在1700波数附近，在1685.22处有一个强峰，显示应有羰基。在1281.20处有一个强峰，则产物中应有碳氧单键存在。1474.78处有一个弱峰，则产物中有乙基存在。综上所述，该产物是对氨基苯甲酸乙酯。

总结与展望

该实验主要分为四个阶段。

第一阶段的目的是保护氨基，方便下一阶段氧化实验的进行。产物检验环节中将产物溶解时需要加热，且速度要快。因为乙醇易挥发。而过滤时用小棉花团而不用滤纸是为了减少损失。

第二阶段在水浴加热时要注意控制温度。

在进行点滴实验时应注意，若点滴周围有紫色圈（证明溶液中仍有高锰酸钾），则应在溶液中滴加乙醇直到有色圈消失，较好的是一开始就少加一些高锰酸钾，而我一开始高锰酸钾加入的有点多了，以至于点滴实验是紫色圈过浓，后来只有加入乙醇将多余的高锰酸钾反应完。此步反应中高锰酸钾的用量甚为关键，过少，反应不完全;过多，后处理繁琐，都将影响产品的产率和质量。有关资料显示，投料比为n(KMnO4)∶n(CH3C6H4NHCOCH3)=2.1∶1时，对乙酰氨基苯甲酸的产率最高。因此此步高锰酸钾的用量应根据上步产品的量，具体计算得到，而不能一概加入。。在没配制高锰酸钾溶液之前先将高锰酸钾研磨成粉末状，将其溶解在沸水中，并置于热水浴中，这样既可以使KMnO4溶解充分，避免冲料，还可缩短反应的时间。

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接下来一步趁热过滤时应使用双层滤纸，以前实验时只用一层滤纸，滤纸很容易破裂。

第三阶段中应注意对乙酰氨基苯甲酸与盐酸的混合比例为1：8而与水的使用比为1：5，我们实验时是根据各自产物的量而调节盐酸与水的用量的。

第四阶段一开始溶解时，溶大部分即可，因为第三阶段产物可能混有杂质。还应注意分液漏斗的使用规范。加入浓硫酸时产生的沉淀应是对氨基苯甲酸硫酸氢盐。

该实验经过酰化、氧化、水解和氧化得最终产物。实验过程中，有蒸馏、回流、过滤、点滴实验、水浴加热、萃取分液、抽滤等操作，有效地锻炼了我的实验操作能力和仪器的使用能力等，为以后的毕业论文的设计和将来开展科学研究工作打好基础。

本综合实验多步骤合成苯佐卡因，得出了一些结论:

? 对乙酰氨基苯甲酸的合成，高锰酸钾的用量应根据上步产品的量，具体计算

得出，而不能一概加入。

? 对氨基苯甲酸的合成，后处理时调酸碱性是此步反应的关键步骤。终点pH

值为6.5时，对应产率最高，结晶也最易析出;改用精密pH试纸来判断，便于操作;若调到pH值为6.5时，晶体没能立即析出，应用冰浴骤冷或摩擦杯壁或放入晶种引发结晶，切忌再反复地调其酸碱性.

? 酯化反应时浓硫酸的用量应根据上步产品的量，具体计算得出，而不能一概

加入。

? 制备对氨基苯甲酸时氨水不能过量。

通过本课题的研究，我发现了自己还存在许多问题。首先是基本操作还是不够熟练。对于如何搭建装置还不熟练，不知道什么时候该加沸石，不清楚什么时候该用水浴加热，什么时候又不该用。

诸多的实验问题，反映了我自身许多的问题，我不敢保证能立即全部将这些 11

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问题都改正过来，但我能保证从点滴做起，从细节做起。在以后的实验中进一步的熟练自己的基本操作，实验前尽量作好充分的准备，做好充分的预习。有不懂的问题适时的问老师，但不完全依靠老师。在实验过程中要及时发现问题，记录并解决问题。以求自己在以后实验中，技能更加熟练，分析能力有所提高。

致谢：

谢谢老师的指导;谢谢同学提供给我的文献材料支持。

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第二篇：实验制备苯佐卡因

苯佐卡因的制备

一、实验目的

　　1. 通过苯佐卡因的合成，了解药物合成的基本过程。

　　2. 掌握氧化、酯化和还原反应的原理及基本操作。

二、实验原理

对硝基苯甲酸：

由对硝基甲苯氧化而得。

对硝基苯甲酸，分子式：C7H5NO4; 相对分子质量: 167.13;外观与性状：黄色结晶粉末，无臭，能升华。 溶解性：微溶于水，溶于乙醇。遇明火、高热可燃。受热分解放出有毒的氮氧化物烟气。 

苯佐卡因为局部麻醉药，外用为撒布剂，用于手术后创伤止痛，溃疡痛，一般性痒等。苯佐卡因化学名为对氨基苯甲酸乙酯，化学式为：C9H11NO2；密度 1.17 ；沸点 172℃； 性状：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，很难溶于水。

苯佐卡因的作用：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。能有效地吸收U．V．B区域280-320μm 中波光线区域)的紫外线。添加量通常为4％左右。2. 非水溶性的局部麻醉药。有止痛、止痒作用，主要用于创面、溃疡面、粘膜表面和痔疮麻醉止痛和痒症，其软膏还可用作鼻咽导管、内突窥镜等润滑止痛。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。1984年美国药物索引收载苯佐卡因制剂即达104种之多，苯佐卡因的市场前景是广阔的。

苯佐卡因由硝基苯甲酸乙酯还原而得。

三、实验仪器与药品

1、仪器：加热装置1套、搅拌装置1套、抽滤装置1套、油浴加热装置1套、水浴加热装置1套、250 mL三颈瓶1只、100 mL圆底瓶1只、分液漏斗1只、大中小烧杯各1只、氯化钙干燥球型冷凝器1只、乳钵1套、温度计1支、玻璃棒1支、PH试纸

2、试剂：重铬酸钠（含两个结晶水）、蒸馏水、对硝基甲苯、浓硫酸、5%的稀硫酸溶液、15%的稀硫酸溶液、5%氢氧化钠溶液、无水乙醇、5%碳酸钠溶液、冰醋酸、铁粉、95% 乙醇、碳酸钠、活性炭、氯化钙

      

四、实验方法

（一）对硝基苯甲酸的制备（氧化）

　　在装有搅拌棒和球型冷凝器的250 mL三颈瓶中，加入重铬酸钠（含两个结晶水）23.6 g，水50 mL，开动搅拌，待重铬酸钠溶解后，加入对硝基甲苯8 g，用滴液漏斗滴加32 mL浓硫酸。滴加完毕，直火加热，保持反应液微沸60-90 min（反应中，球型冷凝器中可能有白色针状的对硝基甲苯析出，可适当关小冷凝水，使其熔融）。冷却后，将反应液倾入80 mL冷水中，抽滤。残渣用45 mL水分三次洗涤。将滤渣转移到烧杯中，加入5% 硫酸35 mL，在沸水浴上加热10 min，并不时搅拌，冷却后抽滤，滤渣溶于温热的5% 氢氧化钠溶液70 mL中，在50℃左右抽滤，滤液加入活性碳0.5 g脱色（5~10 min），趁热抽滤。冷却，在充分搅拌下，将滤液慢慢倒入15% 硫酸50 mL中，抽滤，洗涤，干燥得本品，计算收率。

（二）对硝基苯甲酸乙酯的制备（酯化）

　　在干燥的100 mL圆底瓶中加入对硝基苯甲酸6 g，无水乙醇24 mL，逐渐加入浓硫酸2 mL，振摇使混合均匀，装上附有氯化钙干燥管的球型冷凝器，油浴加热回流80 min（油浴温度控制在100~120℃）；稍冷，将反应液倾入到100 mL水中，抽滤；滤渣移至乳钵中，研细，加入5%碳酸钠溶液10 mL（由0.5 g碳酸钠和10 mL水配成），研磨5 min，测pH值（检查反应物是否呈碱性），抽滤，用少量水洗涤，干燥，计算收率。

（三）对氨基苯甲酸乙酯的制备（还原）

　　A法：在装有搅拌棒及球型冷凝器的250 mL三颈瓶中，加入35 mL水，2.5 mL冰醋酸和已经处理过的铁粉8.6 g，开动搅拌，加热至95~98℃ 反应5 min，稍冷，加入对硝基苯甲酸乙酯6 g和95% 乙醇35 mL，在激烈搅拌下，回流反应90 min。稍冷，在搅拌下，分次加入温热的碳酸钠饱和溶液（由碳酸钠3 g和水30 mL配成），搅拌片刻，立即抽滤（布氏漏斗需预热），滤液冷却后析出结晶，抽滤，产品用稀乙醇洗涤，干燥得粗品。

　　B法：在装有搅拌棒及球型冷凝器的100 mL三颈瓶中，加入水25 mL，氯化铵0.7 g，铁粉4.3 g，直火加热至微沸，活化5 min。稍冷，慢慢加入对硝基苯甲酸乙酯5 g，充分激烈搅拌，回流反应90 min。待反应液冷至40℃左右，加入少量碳酸钠饱和溶液调至pH 7~8，加入30 mL氯仿，搅拌3~5 min，抽滤；用10 mL氯仿洗三颈瓶及滤渣，抽滤，合并滤液，倾入100 mL分液漏斗中，静置分层，弃去水层，氯仿层用5% 盐酸90 mL分三次萃取，合并萃取液（氯仿回收），用40% 氢氧化钠调至pH 8，析出结晶，抽滤，得苯佐卡因粗品，计算收率。

（四）精制

　　将粗品置于装有球形冷凝器的100 mL圆底瓶中，加入10~15倍（mL/g）50% 乙醇，在水浴上加热溶解。稍冷，加活性碳脱色（活性碳用量视粗品颜色而定），加热回流20 min，趁热抽滤（布氏漏斗、抽滤瓶应预热）。将滤液趁热转移至烧杯中，自然冷却，待结晶完全析出后，抽滤，用少量50% 乙醇洗涤两次，压干，干燥，测熔点，计算收率。

（五）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。

五、注意事项

　　1. 氧化反应一步在用5% 氢氧化钠处理滤渣时，温度应保持在50℃左右，若温度过低，对硝基苯甲酸钠会析出而被滤去。

　　2. 酯化反应须在无水条件下进行，如有水进入反应系统中，收率将降低。无水操作的要点是：原料干燥无水；所用仪器、量具干燥无水；反应期间避免水进入反应瓶。

　　3. 对硝基苯甲酸乙酯及少量未反应的对硝基苯甲酸均溶于乙醇，但均不溶于水。反应完毕，将反应液倾入水中，乙醇的浓度降低，对硝基苯甲酸乙酯及对硝基苯甲酸便会析出。这种分离产物的方法称为稀释法。

4. 还原反应中，因铁粉比重大，沉于瓶底，必须将其搅拌起来，才能使反应顺利进行，故充分激烈搅拌是铁酸还原反应的重要因素。A法中所用的铁粉需预处理，方法为：称取铁粉10 g置于烧杯中，加入2% 盐酸25 mL，在石棉网上加热至微沸，抽滤，水洗至pH 5~6，烘干，备用。