在離子液體中由硝基苯制備苯胺*

李 偉， 王 瑜， 戴立益

(1. 山東中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，山東 濟(jì)南 250014； 2. 華東師范大學(xué) 化學(xué)系,上海 200062)

芳胺一般由芳香族硝基化合物直接還原制備。其還原方法主要有電解還原法[1], CO/H2O還原法[2],催化加氫法[3]和水合肼還原法[4]。其中水合肼還原法環(huán)境友好、簡(jiǎn)單易行， 不足之處在于反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)(>5 h),需要使用大量非環(huán)境友好的有機(jī)溶劑。

離子液體是在綠色化學(xué)的框架下發(fā)展起來(lái)的新型介質(zhì)與軟功能材料[5～7]，具有不揮發(fā)、不可燃、穩(wěn)定性高、溶解性好等優(yōu)點(diǎn)，作為催化劑和溶劑在有機(jī)合成中已得到了廣泛應(yīng)用。

本文分別以六種離子液體為溶劑，研究了水合肼催化還原硝基苯制備苯胺的反應(yīng)。較適宜的反應(yīng)條件為：硝基苯20 mmol,n(硝基苯) ∶n(水合肼)=1.0 ∶1.9, [bmim]HSO45 mL,于80 ℃反應(yīng)1 h，產(chǎn)率96.0%。

與傳統(tǒng)的水合肼法相比，以離子液體為溶劑，使反應(yīng)時(shí)間大大縮短，反應(yīng)條件溫和，苯胺的產(chǎn)率較高，避免使用大量有機(jī)溶劑，符合綠色合成的要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

Agilent 6890-5973N型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)。

N-甲基咪唑,浙江臨海凱樂(lè)化工廠,使用前經(jīng)氯化鈣干燥后減壓蒸餾；其余所用試劑均為分析純;離子液體1-丁基-3-甲基咪唑溴鹽{[bmim]Br}, 1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽{[bmim]HSO4}, 1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二氫鹽{[bmim]H2PO4}, 1-己基-3-甲基咪唑溴鹽{[bmim]Br}, 1-己基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽{[hmim]HSO4}, 1-己基-3-甲基咪唑磷酸二氫鹽{[hmim]H2PO4}按文獻(xiàn)[8～10]方法自制。

1.2 苯胺的合成

2 結(jié)果與討論

2.1 溶劑對(duì)苯胺產(chǎn)率的影響

表 1 溶劑對(duì)苯胺產(chǎn)率的影響*Table 1 Effect of solvents on the yield of aniline

*硝基苯20 mmol，水合肼38 mmol，其余反應(yīng)條件同1.2

2.2 水合肼用量對(duì)苯胺產(chǎn)率的影響

硝基苯20 mmol， [bmim]HSO45 mL,其余反應(yīng)條件同1.2，考察水合肼用量[r=n(水合肼) ∶n(硝基苯)]對(duì)苯胺產(chǎn)率的影響，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，產(chǎn)率隨著r的增加逐漸上升;當(dāng)r=1.9 ∶1.0時(shí)，再增加水合肼用量，產(chǎn)率上升不明顯。

表 2 r對(duì)苯胺產(chǎn)率的影響*Table 2 Effect of r on the yield of aniline

*硝基苯20 mmol， [bmim]HSO45 mL,其余反應(yīng)條件同1.2;r=n(水合肼) ∶n(硝基苯)

2.3 反應(yīng)時(shí)間與溫度對(duì)苯胺產(chǎn)率的影響

硝基苯20 mmol，r=1.9 ∶1.0, [bmim]HSO45 mL,其余反應(yīng)條件同1.2,考察反應(yīng)時(shí)間(反應(yīng)溫度80 ℃)與溫度(反應(yīng)時(shí)間1 h)對(duì)苯胺產(chǎn)率的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，苯胺的產(chǎn)率相應(yīng)提高，但是當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò)1 h后，產(chǎn)率基本不再改變，因此，反應(yīng)時(shí)間控制在1 h較適宜。在室溫下(20 ℃)還原反應(yīng)幾乎不發(fā)生，隨著反應(yīng)溫度的提高，產(chǎn)率增加，80 ℃時(shí)產(chǎn)率達(dá)到最高。繼續(xù)升高溫度在回流溫度下反應(yīng)，由于少量物料被水蒸氣帶出黏附在冷凝管壁，造成產(chǎn)率稍低。適宜的反應(yīng)溫度為80 ℃，反應(yīng)時(shí)間1 h。

表 3 反應(yīng)時(shí)間與溫度對(duì)苯胺產(chǎn)率的影響*Table 3 Effect of reacion time and temperature on the yield of aniline

*硝基苯20 mmol，r=1.9 ∶1.0, [bmim]HSO45 mL,其余反應(yīng)條件同1.2

綜上所述，由硝基苯還原制備苯胺較適宜的反應(yīng)條件為：硝基苯20 mmol,n(水合肼) ∶n(硝基苯)=1.9 ∶1.0, [bmim]HSO45 mL,于80 ℃反應(yīng)1 h，產(chǎn)率96.0%。

2.4 [bmim]HSO4的重復(fù)使用

在較適宜的反應(yīng)條件下考察[bmim]HSO4的重復(fù)使用性能。反應(yīng)結(jié)束后[bmim]HSO4經(jīng)旋蒸處理后重復(fù)使用，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可見(jiàn)，[bmim]HSO4在第一次，第二次循環(huán)使用后苯胺的產(chǎn)率仍然較高，但第三次循環(huán)使用時(shí)，苯胺的產(chǎn)率明顯下降。這是由于在反應(yīng)過(guò)程中所生成的NH3殘留在離子液體中，使離子液體純度下降，造成苯胺產(chǎn)率明顯下降。

表 4 [bmim]HSO4的重復(fù)使用*Table 4 Reuse of [bmim]HSO4

*硝基苯20 mmol，r=1.9 ∶1.0, [bmim]HSO45 mL,于80 ℃反應(yīng)時(shí)間1 h

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