由苯胺设计合成对硝基苯胺

实验名称 由苯胺设计合成对硝基苯胺 院 系 化学化工学院 班 级 化基 1101 学 号 20110903215 姓 名 刘永超 一 实验目的一 实验目的 1 掌握由苯胺设计合成对硝基苯胺的原理 2 掌握邻硝基苯胺和对硝基苯胺的分离方法 3 学会对有毒药品的操作和处理 二 预备知识二 预备知识 1 反应中各步化合物的物理性质 溶解度化合物 名称 分子量性状熔点 沸点 水乙醇乙醚 苯胺 93 12 无色油 状液体 6 3184 微溶溶溶 乙酸酐 102 09 无色透 明液体 73 1138 6 微溶溶溶 乙酰苯 胺 135 16 斜方晶 体 133 4305 微溶于 冷水 溶于热 水 溶溶 对硝基 乙酰苯 胺 180 16 无色晶 体 100215 6 微溶于 冷水 易溶于 沸水 溶溶 邻硝基 乙酰苯 胺 180 16 淡黄色 片状 94100 微溶于 冷水 易溶于 沸水 溶溶 对硝基 苯胺 138 12 淡黄色 针状 148 5331 7 微溶于 冷水 易溶于 沸水 溶溶 邻硝基 苯胺 138 12 橙黄色 针状 69 7284 5 微溶于 冷水 易溶于 沸水 溶溶 2 酰化反应的反应活性 酰氯 酸酐 酯 酰胺 故乙酰苯胺可由苯 胺与酰氯 酸酐或冰醋酸来制备 在芳胺的反应中 常将氨基通 过乙酰化反应保护起来 降低了氨基在亲电取代反应中的活化能力 以防止氨基被氧化 由于乙酰基的空间位阻效应 酰胺基属于邻对 位定位基 在苯环上往往选择性地生成邻对位取代产物 三 实验原理三 实验原理 先以苯胺为原料 经乙酰化合成乙酰苯胺 再经过硝化 水解 得到邻硝基苯胺和对硝基苯胺的混合物 再通过蒸馏 柱层析 或 水蒸气蒸馏分离即可得到对硝基苯胺 1 乙酰苯胺的制备 乙酸和苯胺的反应是可逆的 且反应速率较慢 可采用乙酸过 量的方法和利用分馏柱将反应中生成的水蒸除 使平衡向水生成的 方向移动而提高乙酰苯胺的产率 2 硝化反应 乙酰苯胺与混酸反应 硝化的位置与温度有关 在低温 低于 5 下产物以对硝基乙酰苯胺为主 硝化温度升高 邻硝基乙酰苯胺产 物将增多 3 水解反应 pH 10 时 邻位产物较对位产物易水解 生成的邻硝基苯胺又 溶于 50 的碱液 故将混合产物与碳酸钠溶液共沸水解 50 过滤 即可除去邻位副产物 对位产物再与氢氧化钠溶液共沸 水解得对 硝基苯胺 4 4 实验试剂和仪器实验试剂和仪器 试剂 苯胺 乙酸酐 冰醋酸 浓硝酸 浓硫酸 20 NaOH 活性炭 40 硫酸 仪器 圆底烧瓶 锥形瓶 烧杯 250mL 玻璃棒 冷凝管 橡胶管 布氏漏斗 滤纸 铁架台 加热炉 5 5 实验步骤实验步骤 1 乙酰苯胺的合成 将 5mL 苯胺和 10mL 冰醋酸加入 50mL 圆底烧瓶中 再取 6mL 乙 酸酐在搅拌下加入圆底烧瓶中 接上直型冷凝管 开通冷凝水 回 流 15min 左右 待反应体系颜色接近橙黄色后 移开热源 从冷凝 管口加入 5mL 蒸馏水 再回流 5min 反应结束 在搅拌下趁热将反 应物倒入盛有 30mL 水的烧杯中 待体系冷却后用蒸馏水洗涤抽干 重结晶 向 250mL 烧杯中加入 100mL 水和刚得到的产品 加热搅拌 至产品全溶 若出现熔化呈油滴现象 就继续加热 预热一个布氏 漏斗 趁热抽滤 得到部分产品 再将溶液冷却 最终析出晶体 洗涤 抽滤也是乙酰苯胺产品 2 乙酰苯胺的硝化 将 2 4g 已干燥研细的自制乙酰苯胺和 4 0mL 冰乙酸放入 50mL 锥形瓶中 充分摇动 然后在冰水浴冷却下慢慢加入 5mL 浓硫酸 并放在冰浴中冷却至 0 左右 在另一个 25mL 锥形瓶中配制混酸 2 0mL 浓硫酸和 1 5mL 浓硝 酸 先加入浓硫酸 然后在冰浴中 边摇动锥形瓶边小心加入硝酸 冷至室温后 用滴管逐滴加到盛放乙酰苯胺溶液的锥形瓶中进行硝 化 边加混酸边冷却 使体系温度始终低于 5C 混酸加完后 把锥 形瓶移出冰浴 在室温中保持 30min 并间歇摇动锥形瓶 在搅拌下 将硝化物料细流倒入盛有 25mL 水和 25g 碎冰的烧 杯中 搅拌 5min 抽滤 压干滤饼 用适量冰水洗涤两次后抽干 将滤饼放入 250mL 锥形瓶中 加 20 30mL 水 在摇动下小心 加入碳酸钠粉末 滴加几滴酚酞 直至溶液呈微红色 加热至沸腾 并保持 5min 再冷却到 50 迅速抽滤 并用适量冰水洗涤 两次后抽干 取少量样品重结晶 测定其熔点 3 硝基乙酰苯胺的水解 在 50mL 圆底烧瓶中放入 3 0g 对硝基乙酰苯胺 15mL 质量分数 40 的硫酸 放入搅拌子 搭好冷凝回流装置 回流 15 20min 将 得到的溶液移入盛有 50mL 冷水的 250mL 大烧杯中 在搅拌下滴加 20 NaOH 溶液 至溶液呈碱性 使对硝基苯胺完全析出 然后将其 冷却至室温 进行抽滤 用水冲洗多次 使其回归中性 干燥 测 定粗产品的熔点 4 邻硝基苯胺和对硝基苯胺的分离 1 分馏 利用对硝基苯胺和邻硝基苯胺沸点的差异 邻硝基苯胺 284 5 对硝基苯胺 331 7 沸点相差在 60 度之内 最好采 用分馏的方法 2 水蒸气蒸馏法 利用对硝基苯胺和邻硝基苯胺的蒸汽压的差别进行分离 邻 硝基苯胺 0 13kPa 104 对硝基苯胺 0 13kPa 142 4 进行水蒸气蒸馏时 先将溶液 混合液或混有少量水的固体 置于 D中 加热水蒸气发生器 直至接近沸腾后才将弹簧夹夹紧 使水 蒸气均匀地进入圆底烧瓶 3 柱层析分离方法 用 25mL 酸式滴定管一支作为色谱柱 用中性氧化铝和适量的无 水甲苯按照上述方法制备色谱柱 当甲苯的液面恰好降至氧化铝上 端的表面上时 立即用滴管沿柱壁加入 3mL 邻硝基苯胺和对硝基甲 苯胺混合液 当溶液液面降至氧化铝上端表面时 用滴管滴入甲苯 洗去黏附在柱壁上的混合物 然后在色谱柱上装置滴液漏斗 用甲 苯淋洗 控制滴加速度如前 直至观察到色层带的形成相分离 当 黄色邻硝基苯胺色层带到达柱底时 立即更换另一接收器 收集全 部此色层带 然后改用甲苯一乙醚 体积比 1 1 为洗脱剂 并收 集淡黄色对硝基苯胺色层带 将收集的邻硝基苯胺的甲苯溶液和对硝基甲苯胺的苯一乙醚溶 液分别用水泵减压蒸去溶剂 冷却结晶 干燥后测定熔点 邻硝基 苯胺的熔点为 71 71 5 对硝基苯胺的熔点为 147 148 六 薄层层析法检验纯度六 薄层层析法检验纯度 取一块已铺好硅胶的薄板 只能碰触边缘和背面 和层析缸 向 层析缸中加入3ml 展开剂 乙酸乙酯与石油醚1 3混合物 盖好盖子 以饱和蒸气备用 在薄板距下边绰约 lcm 处用软铅笔画一条水平横 线 点四个点 取两端开口的毛细管 在1 的对硝基苯胺丙酮溶液 中蘸一下 在第一个点处轻点 如颜色太浅 可待丙酮完全挥发后 再点一次 用 l 邻硝基苯胺点第二个点 用自己配制的粗对硝基苯 胺丙酮溶液点第三个点 重结晶后的对硝基苯胺点第四个点 然后 将薄板小心放入层析缸中 注意边缘不要碰壁 待溶剂线靠近上边 缘后 取出薄板 用铅笔划线标记展开剂上升的高度 圈出各点的 轮廓并点出中点 若有不明显的点 可在紫外灯下观察确认 七