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关于有机合成的毕业论文
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3,3',5,5'-四甲基联苯胺的合成研究
制药工程专业**级***
摘要：
3,3',5,5'-四甲基联苯胺是一种新型安全的色原试剂,与传统的色原试剂如联苯胺、邻联甲苯胺及邻苯二胺等相比较,具有检测灵敏度高、稳定性好等优点,而且使用安全,无致癌、致突变作用。
目前3,3',5,5'-四甲基联苯胺已在逐步取代强致癌物联苯胺和其他致癌性的联苯胺衍生物,应用于临床化验、法医检验、刑事侦破及环境监测领域。
尤其在临床生化检验方面,3,3',5,5'-四甲基联苯胺作为过氧化酶的新底物,在酶免疫分析法（EIA）和酶联免疫吸附检验法（ELISA）中获得了广泛的应用。
可以作为一种专用于人体神经组织酶标和免疫酶标的研究及血液检验的试剂。
本方法以2,6-二甲基苯胺为起始原料，经过成盐、溴化、水解及偶联反应合成了3,3',5,5'-四甲基联苯胺，4步反应总收率46.56%。
产品经1HNMR表征。
该方法具有操作简单、成本低等优点，适合工业化生产。
关键词：
2,6－二甲基苯胺；溴化；偶联；3,3',5,5'－四甲基联苯胺
TheSynthesisof3,3',5,5'-Tetramethylbenzidine
HuangLiyan,Grade2009,PharmarcetticalEngineering
Abstract:
3,3',5,5'-tetramethylbenzidineisanewkindofsafecolorreagent.Withtraditionalchromogenreagentssuchasbenzidine,adjacenttolidineandcomparedo-phenylendiamineetc,hastheadvantagesofhighdetectionsensitivity,goodstability,andtheuseofsafe,nocarcinogenicandmutageniceffects.Currently3,3',5,5'-tetramethylbenzidinehasbeengraduallyreplacedbystrongcarcinogensbenzidineandothercarcinogenicbenzidinederivatives,theapplicationintheclinicallaboratory,fieldofforensicexamination,forensicandenvironmentalmonitoring.Especiallyintheaspectsofclinicalandbiochemicalexamination,3,3',5,5'-tetramethylbenzidineasnewsubstratesofperoxidase,theenzymeimmunoassay（EIA）andenzyme-linkedimmunosorbenttest（ELISA）hasgainedwideapplication.
3,3',5,5'-Tetramethylbenzidinewassynthesizedbyusing2,6-dimethylanilineasthestartingmaterialviasalting,bromination,hydrolysisandcoupling.Thetotalyieldoffourstepswas46.56%.Structureoftheproductwasconfirmedby1HNMR.Thismethodhasmanyadvantages,suchaseasyoperationandlowcost,whichcanbefeasibletolargescalepreparation.
Keywords:
2,6-dimethylaniline;bromination;coupling;3,3',5,5'-Tetramethyl-benzidine
第一章前言
1.13,3',5,5'-四甲基联苯胺的概述
3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）属联苯胺类化合物。
联苯胺类化合物的通式为:
联苯胺类化合物具体可分两大类，一类是:
双联苯的苯环上2,2'、3,3'、5,5'和6,6'位被－H、－R、－OR、－NH2、－SO3H和－Cl等基团取代的化合物（其中R为甲基、丙基及丁基），如联苯胺、3,3'-二甲氧基联苯胺、3,3'－二甲基联苯胺、3,3'－二氨基联苯胺、2,2'－二磺酸基联苯胺、3,3',5,5'-四甲基联苯胺、3,3'－二氯联苯胺、3,3',5,5'－四氯联苯胺、3,3'－二丙氧基联苯胺和3,3'－二丁氧基联苯胺等;另一类是:
4,4'位氨基N上的H被－R、－CH3CO、－C6H5和－CH2COOH等基团取代的化合物，如N,N,N',N'－四甲基联苯胺、N,N,N',N'－四乙酰基联苯胺、N,N'－二乙酰基联苯胺、N,N'－二苯基联苯胺、N,N'－二羧甲基联苯胺和N,N,N',N'－四苯基联苯胺等。
这些联苯胺类化合物的物化性质随着取代基数目及种类的不同，其在环境中以游离态、质子态、盐酸盐或硫酸盐以及钠盐等形式存在。
联苯胺类化合物广泛用于制造染料及有机颜料、化学分析及医用诊断的检测，其产量逐年增加，目前，在大气、河流、湖泊、地下水、土壤和底泥中均已发现联苯胺类化合物的存在。
3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）的结构式为：
3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）俗名联大苗香胺，它是一种新型安全的色原试剂,与传统的色原试剂如联苯胺、邻联甲苯胺及邻苯二胺等相比较,具有检测灵敏度高、稳定性好等优点,而且使用安全,无致癌、致突变作用。
目前3,3',5,5'-四甲基联苯胺已在逐步取代强致癌物联苯胺和其他致癌性的联苯胺衍生物,应用于临床化验、法医检验、刑事侦破及环境监测领域。
尤其在临床生化检验方面,TMB作为过氧化酶的新底物,在酶免疫分析法（EIA）和酶联免疫吸附检验法（ELISA）中获得了广泛的应用。
可以作为一种专用于人体神经组织酶标和免疫酶标的研究及血液检验的试剂。
TMB作为一种新型安全的色原试剂,尤其是在临床生化检验方面，TMB作为过氧化酶的新底物，在酶免疫分析法（EIA）和酶联免疫吸附检验法（ELISA）中获得了广泛的应用。
主要应用于如下项目:
潜血指纹检测；唾液中酒精的快速检测；尿联试纸的配制；肝炎病毒检测；妊娠检测试验；血液和尿液中葡萄糖、血红蛋白、白蛋白的快速测定；粪便隐血试验；血液中粒细胞值的测定、类固醇、性激素的检测；酶活性的测定；抗原、抗体及遗传物质的分析、检测；生物样品的染色；水质检测。
1.2国内外有关3,3',5,5'-四甲基联苯胺的研究进展
目前，国内外关于3,3',5,5'－四甲基联苯胺的合成研究有一些报道。
综合国内外文献报道的情况，其合成方法主要有:
方法一：
廖联安、郭奇珍等[1]报道以2,6-二甲基苯胺为原料,以酰化、溴化、去保护和偶合制得产物,总产率11%（以2,6-二甲基苯胺计）,反应总时间102h。
此方法中酰化反应改用乙酸酐在DMAP催化下进行,产率达96%;去酰基保护时,改以20%盐酸水解,偶合反应以波长254nm的紫外光诱导自由基中间体形成,产率26%;四步总产率16%,反应总时间缩短47h。
其合成路线如下：
方法二：
熊金保报道2,6-二甲基苯胺为原料,经过碘化反应得到4-碘-2,6-二甲基苯胺,然后在Pd/C催化作用下,以甲酰肼为还原剂,还原偶联合成3,3',5,5'-四甲基联苯胺。
其合成路线如下：
方法三：
1922年王琳、李政等[2]报道以2,6-二甲基苯胺为起始原料，在碱性铁氰化钾溶液中反应，生成2,2',6,6'-四甲基偶氮苯，再依次与锌粉、氯化铵硫酸反应，生成3,3',5,5'-四甲基联苯胺。
其合成路线如下：
1.3选题意义
综合国内外关于3,3',5,5'-四甲基联苯胺的合成研究的情况,以上方法都存在收率不高，产品分离困难等缺点。
从原料来源、工业可操作性、收率和成本等因素出发，选择以2,6-二甲基苯胺为原料，经过与盐酸成盐、溴素溴化、碱性条件下水解等反应得到4-溴-2,6-二甲基苯胺，然后在Pd/C催化作用下，以甲酰肼为还原剂，还原偶联合成3,3',5,5'-四甲基联苯胺。
该路线具有工艺简单、反应时间短、收率高等优点，适合工业化生产。
本文采用的合成路线如下图所示。
第二章实验部分
2.1仪器和试剂
2.1.1实验仪器
ZF-2型三用紫外仪上海市安亭电子仪器厂
DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器郑州长城工贸有限公司
DZG-6050D型真空干燥箱上海森信实验仪器有限公司
RE-52AA型旋转蒸发仪上海亚荣生化仪器厂
370FT-IR傅立叶红外光谱仪北京第二光学仪器厂
ES-2100A电子天平（湘平）
501A型超级恒温器山海实验仪器厂有限公司
SHB-
循环水式多用真空泵郑州长城科工有限公司
101型电热鼓风干燥箱北京市永光明医疗仪器厂
BD/BC-198型卧式冷冻箱广东容声电器股份有限公司监制
2XZ-0.5型旋式真空泵北京中兴伟业仪器有限公司
2.1.2实验试剂
表2.1实验化学试剂表
试剂
规格
厂家
乙酸乙酯
分析纯
湖南师大化学试剂厂
溴
分析纯
国药集团化学试剂有限公司
水合肼
分析纯
国药集团化学试剂有限公司
浓硫酸
95-98%
株洲市星空化玻有限公司
乙醚
化学纯
国药集团化学试剂有限公司
碳酸氢钠
分析纯
西陇化工股份有限公司
乙醇
分析纯
长沙安泰精细化工有限公司
石油醚
分析纯
国药集团化学试剂有限公司
硫代硫酸钠
分析纯
萨恩化学技术（上海）有限公司
四氢呋喃
分析纯
国药集团化学试剂有限公司
2,6-二甲基苯胺
99%
阿拉丁
环己烷
分析纯
天津市博迪化工有限公司
二氯甲烷
分析纯
上海山浦化工有限公司
甲酸
分析纯
国药集团化学试剂有限公司
2.23,3',5,5'-四甲基联苯胺的合成与研究
2.2.1合成原理
此路线以2,6-二甲基苯胺为原料，经过与盐酸成盐、溴素溴化、碱性条件下水解等反应得到4-溴-2,6-二甲基苯胺，然后在Pd/C催化作用下，以甲酰肼为还原剂，还原偶联合成3,3',5,5'-四甲基联苯胺。
2.2.2合成方法
（1）2,6－二甲基苯胺盐酸盐
（1）的合成
在100mL三颈瓶中，加入2,6-二甲基苯胺（8.00g,58mmo1），冰浴冷却下，缓慢加入20%HCl溶液，至pH=2。
滴加完毕后，在集热式恒温加热磁力搅拌器中搅拌反应70min，温度范围15℃～19℃。
用转蒸发仪蒸干反应液，转蒸发仪温度范围为65℃～71℃，得白色
（1）9.0g。
经计算得收率86.45%。
（2）4-溴-2,6-二甲基苯胺盐酸盐
（2）的合成
在100mL三颈瓶中，加入1（9.0g,50mmo1），再加入80mL环己烷，2.3mL四氢呋喃，在集热式恒温加热磁力搅拌器中加热，使反应液回流，温度范围70℃～80℃。
缓慢加入12.76g（80mmo1）溴，反应23h。
TLC监测反应进程[展开剂，V（石油醚）:
V（乙酸乙酷）=4:
1]。
反应结束，冷却至室温，抽滤，用少量环己烷洗涤滤饼2次，滤饼烘干，得到浅色的棕黄色固体
（2）12.7g。
经计算得为收率95.1%。
（3）4-溴-2,6-二甲基苯胺（3）的合成
在250mL三颈瓶中，加入2（11.25g,48mmo1）,再加入50mL水,用集热式恒温加热磁力搅拌器搅拌溶解，温度调至47℃室。
滴加10%氢氧化钠水溶液，至pH=10～11。
冰浴冷却，大量浅枣红色固体析出。
过滤，滤饼用真空干燥箱真空干燥，真空干燥箱温度调至25℃。
最终得浅红色固体（3）7.92g，产率83.09%。
熔点44℃～45℃（文献[3]值47.3℃～48℃）；1HNMR（300MHz,CDCl3），δ:
2.14（s，6H），3.40（br,2H），7.05（s，2H）。
（4）3,3',5,5'－四甲基联苯胺（4）的合成
在50mL三颈瓶中，依次加入18mL10%氢氧化钠水溶液,甲酸（0.5g,35mmol），水合肼（0.56g,35mmo1）,2.0g85%Pd/C。
室温回流搅拌20min，加入3（3.2g,50mmol）,75℃搅拌反应9h,TLC监测反应进程[展开剂，V（石油醚）:
V（乙酸乙酷）=4:
1]。
反应结束，趁热过滤，滤液冷却，用30mL二氯甲烷萃取2次，有机层用无水硫酸钠干燥，减压蒸干。
往残留物中加入15mL石油醚，搅拌，冷却，固体析出。
过滤，少量石油醚洗，滤饼烘干，得浅黄色固体（4）0.92g，收率46.56%，熔点163℃～165℃（文献[1]值，熔点168℃～169℃）；1HNMR（300MHz,CDCl3）。
δ:
2.31（s，12H），3.62（br，4H），7.24（s，4H）。
第三章结果与讨论
3.1溴化反应
关于4-溴-2,6-二甲基苯胺的合成方法主要有:
①选择价格相对昂贵三溴四丁基铵盐[4]、N-甲基-3-甲基吡啶三溴鎓盐[5]作为溴化试剂，该合成路线反应条件温和，反应速度较快，并且产物有较高的收率，但由于成本原因，并不适合工业化生产;②于宏伟等报道以液溴蒸汽为溴化剂，在水中对2,6-二甲基苯胺盐酸盐溴化，收率67%，该方法由于要通入溴蒸汽，不易控制，而且收率不高。
本文中以液溴为溴化剂，以环己烷和四氢呋喃为溶剂，2,6-二甲基苯胺盐酸盐为原料回流反应，溴化得到4-溴-2,6-二甲基苯胺盐酸盐，操作简单，收率高。
3.2偶联反应
芳基卤化物的偶联反应是合成联苯化合物的重要方法。
其中，用把催化的卤代芳烃的偶联反应具有一些独特的优点，比如反应温和、产品分离容易等。
目前报道的以4-溴-2,6-二甲基苯胺为底物的还原偶联方法[1]，主要是以Pd/C为催化剂，甲酸钠为还原剂，十六烷基三甲基溴化铵（CATB）为相转移催化剂，在氢氧化钠中回流反应得到，但是该方法存在反应时间长、收率不高等缺点。
为了提高偶合反应收率，以中间体3为底物，参照文献[6-8]，尝试5种不同的反应条件，如改变催化剂、相转移催化剂、还原剂、反应温度和反应溶剂等，对偶联反应条件进行筛选。
不同条件下的偶联反应结果如表3.1所示。
表3.1不同反应条件对偶联反应的影响
序号
反应条件
催化剂
还原剂
相转移催化剂
碱
溶剂
反应温度/℃
反应时间/h
收率/%
1
Pd/C
HCOONa
CATB
NaOH
水
100
24
30
2
Pd/C
HCOONa
TBBA
NaOH
水
100
24
25
3
Pd/C
HCNHNH2
无
NaOH
水
75
9
53
4
Pd（OAc）2
i-PrOH
TBBA
碳酸钾
DMF
120
48
22
5
Pd（OAc）2
PEG200
PEG200
碳酸钾
PEG2000
120
48
5
由表3.1可知，用Pd/C作催化剂、甲酰肼（HOCONHNH2）为还原剂、氢氧化钠为碱、水作溶剂的反应条件下，偶联反应的收率最高。
因此要重点对该反应条件进行了优化，考察了原料配比、反应温度对偶联反应的影响。
3.2.1反应温度对偶联反应的影响
在原料配比为n（3）:
n（HCONHNH2）=1:
0.7的条件下，考察不同的反应温度对偶联反应的影响，结果如表3.2所示。
表3.2反应温度对收率的影响
序号
反应温度/℃
收率/%
1
70
46
2
75
53
3
80
44
4
85
33
由表3.2可知，反应温度为75℃时，收率最高，达到53%。
3.2.2原料配比对偶联反应的影响
在反应温度为75℃的条件下，考察不同的原料配比对偶联反应的影响，结果如表3.3所示。
表3.3原料配比对收率的影响
序号
n（3）:
n（HCONHNH2）
收率/%
1
1:
1
22
2
1:
0.8
44
3
1:
0.7
53
4
1:
0.6
46
由表3.3可知，原料配比对偶联反应影响较大n（3）:
n（HCONHNH2）=1:
0.7时，收率最高，达到53%。
3.3溴化产物的表征图谱
4-溴-2,6-二甲基苯胺红外图谱
第四章结论
1.4-溴-2,6-二甲基苯胺的合成方法：
本文以液溴为溴化剂，以环己烷和四氢吠喃为溶剂，2,6-二甲基苯胺盐酸盐为原料回流反应，溴化得到4-溴-2,6-二甲基苯胺盐酸盐，操作简单，收率高。
2.偶联反应的条件：
用Pd/C作催化剂、甲酰肼（HOCONHNH2）为还原剂、氢氧化钠为碱、水作溶剂的反应条件下，偶联反应的收率最高。
其中原料的配比为n（3）:
n（HCONHNH2）=1:
0.7，反应温度为75℃。
3.本文以2,6-二甲基苯胺为起始原料，经过成盐、溴化、水解及偶联反应合成了3,3',5,5'-四甲基联苯胺，经过优化，4步反应总收率46.56%。
产品经1HNMR表征。
该方法具有操作简单、成本低等优点，适合工业化生产。
参考文献
[1]廖联安,郭奇珍.3,3′,5,5′-四甲基联苯胺的合成[J].中国医药工业杂志，1998.27[2]LUWen-chao,XIChan-juan.Ce（SO4）2-mediatedoxidativecouplingofprimaryaromaticaminesinwater[J].ChemResChineseUniversities,2009,25（5）:
638-643.
[3]于宏伟，段书德，刘会茹，等.2,6-二烷基-4-澳苯胺的合成及表征[J].化学试剂，2009,31（9）:
757-758.
[4]SanjayPB,ThomasD,VincentPM.Efficientandregiose-lectivemonobrominationofarylaminesandphenolsusingBr3asanewreagent[J].Syntheticcommunications,2010,40（5）:
647-653.
[5]SanjayP.Borikara,ThomasDaniel,VincentPM.Efficientandregiose-lectivemonobrominationofarylaminesandphenolsusingBr3asanewreagent[J].Syntheticcommunications,2010,40（5）:
647-653.
[6]JwanroH,VincentP,LawrenceLetal.Catalyticalternativeoftheulimannreaction仁J].Tetrahedron,1998,54;13793-13804.
[7]朱雯芳，乔江彬，卓广澜.钯碳催化下以甲酰肼为还原剂的卤代芳烃还原偶联反应研究[J].有机化学，2008,28（7）:
1259-1263.
[8]LiangWang,YuhongZhang,LeifangLiu.Palladium-catalyzedhomocouplingandcross-couplingreactionsofarylhalidesinpoly（ethyleneglycol）[J].JOrgChem2006,71:
1284-1287.
[9]Gomez-GarciaC.J.,Gimenez-SaizC.,TrikiS.,etal.Coexistenceofmagneticanddelocalizedelectronsinhybridmolecularmaterials.Theseriesoforganic-inorganicradicalsalts（BEDT-TTF）8[XW12O40]（solv）n,（X=2（H+）,BIII,SiÔ,CuII,CoII,FelI1;solv=H2O,CH3CN）[J].Inorg.Chem.,1995,34:
4139-4151.
[10]GamelasJ.A.F.,CavaleiroA.M.V.,GomesEM.,BelsleyM.,HerdtweckE.Synthesis,propertiesandphotochromismofnovelchargetransfercompoundswithKegginanionsandprotonated2,2c-biquinoline[J].Polyhedron,2002,21:
2537-2545.
[11]NahumI.B.,CohenH.,NeumannR.Organometallic-polyoxometalatehybridcompounds:
metallosalencompoundsmodifiedbyKeggintypepolyoxometalates[J].Inorg.Chem.,2003,42:
3677-3684.
[12]Gomez-RomeroP.,Casan-PastorN.,Lira-CantuM.Chemicalpolymerizationofpolyanilineandpolypyrrolebyphosphomolybdicacid
insituformationofhybridorganic-inorganicmaterials[J].SolidStateIonies,1997,101-103:
875-880.
[13]ClardeR.D.,MichelF.,FranckR.,etal.Vibrationalinvestigationsofpolyoxometalates.2.Evidenceforanion-anioninteractionsinmolybdenum（V1）andtungsten（V1）compoundsrelatedtotheKegginstructure[J].Inorg.Chem.,1983,22:
207-216.
[14]GongJ.,YuJ.Z.Y.,ChenG.,QuL.Y.Gas-solidphasemethodtosynthesizepolyanilinedoped
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