N,N-二乙氨基乙醇的合成
如圖1安裝加液回流裝置,并且檢漏。在裝有回流冷凝管、磁石和恒壓滴液漏斗的三頸燒瓶內加入90ml二乙胺(沸點為55.5℃,分子量73.14,密度0.702-0.706g/cm3)水浴加熱至50℃后,約在1h內經恒壓滴液漏斗加入29ml氯乙醇(沸點為128.8℃,分子量80.51,密度1.195-1.199g/cm3),持續加熱攪拌8h(可間斷),液體由無色至棕黃色,產生白色固體,冷卻。加入飽和氫氧化鈉水溶液,攪拌至固體全部溶解。然后用石油醚(密度小于水)為萃取劑分三次(3×20m)提取上層液體。加入適量無水Na2CO3至液體透明,干燥3小時以上,抽濾。如圖2,安裝蒸餾裝置,將濾液升溫95℃進行蒸餾,先將石油醚(沸程60-90℃)蒸餾出來回收,瓶中剩余液體直接用于下一步反應。產物稱重30.00克。
2-氯三代乙胺鹽酸鹽的合成
在250 ml三口燒瓶中加入30.00克N,N-二乙氨基乙醇和50ml氯仿,冰浴使溫度降至0℃,尾氣回收燒杯里裝入堿性吸收液。在通風櫥下不斷攪拌的同時,緩慢滴加含45.5克二氯亞砜(沸點78.8℃)的30ml氯仿,約1h加完。滴加完畢后,緩慢上升溫度,繼續加熱至60℃回流約2.5h,液體成黃黑色,至無酸性氣體放出為止(用pH試紙檢測)。然后換成蒸餾裝置升溫至80℃將溶劑蒸干,并回收氯仿(沸點61-62℃)。
瓶中粘稠狀深棕色固體用無水乙醇重結晶,經滴液漏斗加入24ml的無水乙醇,直到固體剛好全部溶解為止,得深棕色溶液,自然冷卻至60℃左右。加入活性炭2g(上述固體質量的1%-5%),電磁攪拌,加熱至約80℃,保持沸騰15min,趁熱抽濾,迅速將棕紅色濾液轉入二頸燒瓶。經恒壓滴液漏斗加入約40ml乙醚,至剛剛產生固體為止,攪拌,45℃保持回流狀態20 min,溶液成淺綠色,冰水浴冷卻結晶。抽濾得目標產品,易吸潮需密封保存,產品為白色固體,稱重6.31g。若產品為黃色晶體,則加入適量無水乙醇和活性炭回流,再次重結晶。
(1)N,N-二乙氨基乙醇理論產量:
[29ml*0.5*(1.195+1.199)g/cm3]/80.51*117.19=50.53g
(2)2-氯三代乙胺鹽酸鹽理論產量:
30g/117.19*172.10=44.06g
(3)2-氯代三乙胺鹽酸鹽產率:
8.21g/44.06g*100%=18.63%
原料比的影響
原先方案原料比近似為1:1,并且加入氯乙醇時水浴溫度過高,導致二乙胺揮發。加熱回流4h后,還沒有固體析出也沒有變粘稠。就重新開始實驗,并改為加入90ml二乙胺。重新反應后,于3小時后產生大量白色晶體,所以開始反應時二乙胺與氯乙醇的比為2:1,較為合理。但燒瓶的上部也存在大量白色固體(經過推理得為鹽酸和二乙胺的反應產物),這可能是所得產品量少的原因之一。
脫色時間的影響 第一次無水乙醇-乙醚混合溶劑重結晶后,濾液為紅棕色,產品為黃色,分析后可能是因為脫色時間過短。從新加入5ml無水乙醇加熱至沸騰狀態,重新脫色15min后,濾液成綠褐色。非澄清,于是再次加入5ml無水乙醇加熱至沸騰狀態,重新脫色15min后,濾液成澄清的淺綠色。產品為針狀白色晶體。
乙醚用量的影響 在第二次冰水浴重結晶時,不如第一次很快出現晶體,但加入一定量乙醚后迅速出現大量白色晶體。抽濾時,用乙醚清洗瓶壁,抽濾瓶還有白色晶體產生。所以第一次重結晶的濾液里有產品損失,導致產率低