有机化学实验二讲义

1、 有机化学实验二讲义制药工程系2015.3实验一、 乙酰苯胺的合成（方法一）及重结晶1.1乙酰苯胺的合成原理 乙酰苯胺可以通过苯胺与乙酰氯、醋酸酐或冰醋酸等试剂作用制得。本实验可用下面任何一种方法制备乙酰苯胺。方法一：方法二：主要试剂及实验装置实验装置 （略）苯胺（FW 93.13） 10mL 10.2g(0.11mol) b.p. 184 d=1.021720/4g/mL 冰醋酸（FW 60.05） 17mL 17.8g（0.26mol） b.p. 118 d=1.04920/4g/mL 锌粉 0.1g醋酸酐（FW 102.09） 5.2mL（5.6g , 0.055mol） b.p. 13

2、9.6 d=1.082020/4 g/mL 醋酸钠（FW 82.03） 4.51g（0.055mol） m.p. 324 d=1.528g/mL浓盐酸（36%） 4.5mL d=1.18g/mL 实验时间 3h 实验步骤 方法一：1. 量取10mL苯胺1，倒入圆底烧瓶中，加入17mL冰醋酸和0.1g锌粉2。2. 在圆底烧瓶上装置一分馏柱，插上温度计，用一个50mL的锥形瓶作接受器。3. 用石棉网小火加热至反应混合物回流，然后控制加热速度，保持蒸馏的气温在105左右3（即温度计读数在105左右）。反应生成的水及少量冰醋酸可被蒸出。4. 反应经1h后结束。搅拌下趁热将反应物倒入盛有250mL冷水的

3、烧杯中，乙酰苯胺生成。5. 抽滤，用冰冷的水洗涤，并用水重结晶4。6. 记录产量，并计算产率5。纯的乙酰苯胺为无色片状晶体，m.p. 114.3方法二1. 在一个250mL的锥形瓶中倒入125mL水，加入4.5mL浓盐酸，振荡烧瓶，混匀，然后加入4.6mL( 4.65g,0.05mol )苯胺，摇匀。2. 在另一容器中放入25mL水，再加入4.51g（0.055mol）醋酸钠，并用量筒量取5.2mL（5.6g,0.055mol）醋酸酐6。3. 用水浴加热苯胺盐酸盐溶液至50后，加入醋酸酐，回荡烧瓶，使醋酸酐溶解，尽快 一次性加入醋酸钠溶液7，回荡烧瓶，并将其置于冰水浴中。4. 20min后，抽

4、滤产品，用少量冰水洗涤，用水重结晶4。5. 记录产量，计算产率。6. 测定乙酰苯胺的熔点纯的乙酰苯胺为无色片状晶体，m.p. 114.3注释1 苯胺有毒，它能经皮肤被吸收，使用时需小心。2 加入少量锌粉的目的是防止苯胺在反应过程中被氧化。3 控制此温度是为了尽量除去反应中生成的水，而防止原料冰醋酸被蒸出。4 若溶液有颜色，可加入少量活性炭，回荡反应混合物，并使其平稳沸腾几分钟，抽滤除去活性炭。5 用方法一将能获得大约10g产品，产率约为61%68%。6 合成反应在水溶液中进行，苯胺在水中的溶解度为3.4g/100mL，加入浓盐酸，使其成为铵盐而增加在水中的溶解度，而在酸性条件下苯胺的亲核性下降

5、，为此加入醋酸钠，铵盐部分被中和，使苯胺既有一定的亲核性又在水中有一定的溶解度。7 苯胺与醋酸酐的反应应尽快发生，以防止醋酸酐与水反应生成乙酸，为此，醋酸酐一旦溶解，就应立即将醋酸钠加入反应瓶中。1.2 乙酰苯胺的重结晶1.2.1 实验目的1. 了解重结晶法提纯固态有机化合物的原理和意义。2. 掌握重结晶的基本操作方法（包括抽滤、热滤、脱色及折叠滤纸的方法等）。1.2.2 实验原理重结晶是指纯固体有机化合物常用方法之一。从有机反应物或天然有机化合物中要得到纯的固体有机物往往要通过重结晶。固体有机化合物在溶剂中的溶解度随温度变化而改变，一般温度升高溶解度也增加，反之则溶解度降低。如果把固体有机物

6、溶解在热的溶剂中制成饱和溶液，然后冷却到室温或室温以下，则溶解度下降，原溶液变成过饱和溶液，这时就会有结晶固体折出。利用溶剂对被提纯物质和杂质的溶解度的不同，使杂质在热滤时被除去或冷却后被留在母液中，从而达到提纯的目的。重结晶提纯方法主要用于提纯杂质含量小于5%的固体有机物，杂质过多常会影响结晶速度或妨碍结晶的生长。1.2.3 实验步骤及操作1.选择溶剂重结晶的关键是选择适宜的溶剂。合适的溶剂必须具备下列条件：（1） 与被提纯的物质不起化学反应。（2） 被提纯物质在热溶剂中溶解度大，冷却时溶解度小，而杂质在冷、热溶剂中溶解度都较大，杂质始终留在母液中。或者杂质在热溶剂中不溶解，这样在热过滤时也

7、可把杂质除去。（3） 溶剂易挥发，但沸点不宜过低，便于与结晶分离。（4） 希望价格低、毒性小、易回收、操作安全。2. 重结晶的操作方法把样品放入锥形瓶或圆底烧瓶中，加入比需要量稍少些的选定的溶剂，瓶上安装球形回流冷凝管以防止溶剂蒸气逸出，造成危险，此装置称为回流装置1。根据溶剂的沸点和易燃性，选择适当的热浴，使加热至微沸并进行摇动，若试样还未完全溶解，再分次添加溶剂（注意添加易燃溶剂时，首先要把加热的灯火熄灭），再加热至沸，直至完全溶解。溶剂的用量必须要从两方面考虑，既要防止溶剂过量造成溶质的损失，又要考虑到在后面饱和溶液热过滤时，因溶剂的挥发、温度下降使溶液变成过饱和，造成过滤时在滤纸上折出

8、结晶，从而影响收率。因此溶剂量一般比需要量多15%20%。溶液若含有带色杂质时，可加入适量活性炭脱色2，加入的量根据杂质多少而定，用量一般为粗品重量的1%5%，尽量不要多加，以免产品被活性炭吸附。加活性炭时，应待重结晶固体全部溶解，溶液稍冷后方可加入，然后再煮沸510分钟，立即趁热过滤。必须注意切勿把活性炭加到正在沸腾的溶液中，以免引起暴沸。A. 热过滤热过滤时要迅速，要尽量不使热溶液温度降低，并尽快地使其通过漏斗。热过滤有以下几种方法，（1）选用已预热的颈短而粗的玻璃漏斗，漏斗中放一折叠滤纸，滤纸外折棱边应紧贴漏斗壁。使用前应先用少量热溶剂润湿。图1-1 折叠滤纸叠法（2）保温漏斗是一种防止

9、热量散失的漏斗。该漏斗是一种把玻璃漏斗置于一个金属套内。套内是水，漏斗中放入折叠滤纸，然后在侧管处加热至需要温度（如用易燃溶剂，在过滤前务必将火熄灭），接着把所制备的热溶液趁热过滤。（3）抽滤或吸滤。抽滤一般是在布氏漏斗上配置一橡皮塞与吸滤瓶相连接。吸滤瓶的侧管再用橡皮管与水泵或减压安全瓶彼此连接。布氏漏斗下端斜口应正对吸滤瓶的侧管。滤纸的大小要比布氏漏斗内径略小，但必须要把漏斗的小孔全部覆盖。滤纸也不能太大，否则会贴到漏斗壁上，造成溶液不经过过滤沿壁直接漏入吸滤瓶中。抽滤前应先用少量溶剂润湿滤纸，使其紧贴后再抽滤。停止抽滤前应先将吸滤瓶支管上的橡皮管拉去或打开安全瓶上的安全阀，使内外压力平衡

10、，防止水泵的水或油泵的油倒吸。图1-2热滤及抽滤装置  B、过滤操作将漏斗放在漏斗架上，下放一洁净的烧杯。注意使烧杯内壁与漏斗管尖端紧贴。将一支洁净的玻璃棒对着漏斗中三层滤纸的一边，沿玻棒移入待分离的溶液。当倾泻暂停时，小心扶正烧杯，轻轻收回玻棒。如果要完全转移沉淀至漏斗内，可以用以下方法：左手持烧杯，用食指将玻璃棒架在烧杯口上，玻璃棒下端朝向滤纸三层处，用洗瓶冲洗烧杯内壁，将沉淀全部转移。沉淀全部转移到滤纸上后，用洗瓶吹出水流，按螺旋形向下冲洗，使沉淀集中到滤纸锥体的底部。C、减压过滤操作需要使用的仪器有：循环水真空泵，吸滤瓶和布氏漏斗。减压过滤的原理：通过循环水带走吸滤瓶中的空气

11、，使外界的气压大于吸滤瓶里的气压。这时溶液能够快速通过滤纸进入吸滤瓶中，从而提高了过滤的速度和效率。 减压过滤的准备工作：减压过滤之前，要给循环水真空泵里加入适量的水，把吸滤瓶和布氏漏斗洗干净，并准备好滤纸。一般滤纸与布氏漏斗口的大小都不匹配，需要对滤纸进行修剪。具体方法如下：取一张滤纸，用手掌压在布氏漏斗口上，这时滤纸上出现一个圆的压痕。用干净的剪刀沿着压痕的内侧修剪滤纸。修剪好的滤纸要略小于漏斗内径，并盖住所有的孔洞。 漏斗安装时，布氏漏斗下方的尖端要远离吸滤瓶的支管口，以免滤液被抽入支管。 用少量蒸馏水润湿滤纸，用橡皮管连接吸滤瓶和真空泵，并开动真空泵，使滤纸紧贴在漏斗底部。这

12、时即可进行减压过滤。 将待分离溶液用玻璃棒引流，倒入布氏漏斗中，溶液量不超过布氏漏斗容积的2/3。抽滤，用玻塞将结晶压紧，使母液尽量除去。打开安全瓶上的活塞，停止抽气，加少量冷水洗涤3，然后重新抽干，如此重复 1-2 次。减压过滤结束后，先拔掉橡皮管，后关闭真空泵，以防水倒吸污染滤液。漏斗里的固体一般采用吹出的办法转移出来。滤液要从吸滤瓶的上口倒出，不可从支管倒出，以免污染滤液。1.2.4 乙酰苯胺的重结晶1. 用单一溶剂水重结晶乙酰苯胺 称取5g粗乙酰苯胺，放入烧杯中，加入一定量水4将烧杯放在石棉网上边加热边搅拌，直至沸腾，等固体完全溶解5，移去热源，稍冷后加入少许活性炭6，继续加热，保持微

13、沸510分钟。2. 在加热溶解粗乙酰苯胺的同时，把滤纸剪好并将布氏漏斗和吸滤瓶放在水浴锅中预热。3. 安装好预热过的抽滤装置，将上述热溶液趁热抽滤，滤液倒入干净的烧杯中，慢慢冷却至室温。待晶体完全析出后，再进行抽滤，用少量水洗涤漏斗中的晶体，用玻璃塞挤压晶体，直至抽干。取出晶体放在培养皿中摊开晾干或用红外灯烘干、称重计算收率。1.2.5 注释1 回流装置是实验中常用的装置，主要用于需要保持沸腾时间较长的反应，重结晶及固-液萃取等方面，其作用为使蒸汽不断地在冷凝管内冷凝而返回圆底烧瓶，防止试剂逃逸损失。按实验要求不同有普通回流冷凝装置，有干燥回流冷凝装置以及气体吸收回流冷凝装置等等。回流冷凝管一

14、般用球形冷凝管，冷凝管夹套内自下而上通入冷水，使夹套内充满水，水流速度只要能使蒸汽充分冷凝即可。加热的程度也要控制，使冷凝管内上升蒸汽的高度不要超过冷凝管的1/3为宜。2活性炭对水溶液脱色较好，对非极性溶剂脱色效果较差。活性炭除可吸附有色杂质外，同时还可吸附除去树脂状杂质及高度分散的不易滤去的不溶性杂质。3 洗涤的过程是先将连接吸滤瓶支管的橡皮管拨开（或打开安全阀），关闭抽气泵，把少量溶剂均匀地洒在布氏漏斗内的滤饼上，使全部结晶刚好被溶剂覆盖为宜，用玻璃棒小心搅松晶体（勿可把滤纸捅破），重新接上橡皮管，开启抽气泵，把溶剂抽干，如此重复操作两次，就可把滤饼洗涤干净。4 乙酰苯胺在水中的溶解度温度

15、（°C）20255080100溶解度（g/100ml）0.460.560.843.455.55 若烧瓶底部有未溶解固体或黄色油状物，说明乙酰苯胺没有完全溶解。此时可补加少量水，每次约10ml，直至完全溶解。黄色油状物是未溶于水的乙酰苯胺，在83°C时熔化所造成。6 加活性炭前要移去热源，待溶液稍冷后，再加活性炭，绝不能在沸腾时加入，以免引起暴沸。1.2.6 思考题1. 重结晶法提纯固体有机化合物，有哪些主要步骤？简单说明每步的目的。2. 重结晶所用的溶剂为什么不能太多，也不能太少？如何正确控制溶剂量？3. 活性炭为什么要在固体物质全溶后加入？又为什么不能在溶液沸腾时加入？4

16、. 停止抽滤后，发现水倒流入吸滤瓶中去，这是什么原因所引起的？实验二、对硝基苯胺的合成2.1【实验目的】1. 了解混酸硝化反应的原理和方法；2. 掌握乙酰氨基水解的方法2.2【实验原理】主反应：副反应：对硝基苯胺（p-nitroaniline）是重要的染色中间体，同时还可用作分析试剂，检测空气中的氮。2.3【试剂与规格】乙酰苯胺C.P.；硝酸C.P.；浓硫酸C.P.；冰醋酸C.P.；乙醇C.P.；碳酸钠C.P.；20%NaOH溶液。2.4【物理常数】对硝基乙酰苯胺：熔点216，黄色棱柱体。对硝基苯胺：熔点147.5，黄色针状晶体。有毒，能经皮肤吸收使人中毒。受热易分解，发生爆炸。2.5【实验步

17、骤】1. 对硝基乙酰苯胺制备将5g乙酰苯胺和5ml冰醋酸放入100ml锥形瓶内，用冰水冷却，边摇动锥形瓶边缓慢加入10ml浓硫酸，使乙酰苯胺尽可能溶解完全，将制得溶液放入冰水中冷却至02。在冰水中配置2.2ml浓硝酸和1.4ml浓硫酸的混酸。一边振摇锥形瓶，一边用滴管缓慢滴加此混酸，注意使反应温度低于5。从冰水中取出锥形瓶，室温放置30min，不时用搅拌棒搅拌。然后在搅拌条件下把此反应物缓慢倒入20ml水和30g碎冰的混合物中，立即析出固体。放置约10min,抽滤，用冰水洗涤三次，每次10ml。2. 对硝基苯胺的制备将上步反应所制得的对硝基乙酰苯胺放入50ml圆底烧瓶中，加入20ml 7%硫酸

18、，加热回流40min。将透明的热溶液倒入50g碎冰中，加入过量的20%氢氧化钠溶液使对硝基苯胺沉淀出来，冷却后抽滤，滤饼用冷水洗去碱液，用水重结晶。干燥，称量，计算产率。2.6【注释】1 冰醋酸起溶解作用2 温度不可太高，否则邻位产物增多。3 氢氧化钠溶液一定要过量，可用pH试纸检验2.7【思考题】1.对硝基苯胺是否可以利用苯胺直接硝化制备？2.反应中若有邻硝基乙酰苯胺生成，如何除去？实验三、 乙酰乙酸乙酯的合成3.1原理从乙酸乙酯出发经Claisen酯缩合反应制备乙酰乙酸乙酯。3.2主要试剂及实验装置实验装置 回流和减压蒸馏装置乙酸乙酯（FW 88） 9.8mL（8.8g, 0.10mol）

19、 b.p. 77.06 d=0.900320/4g/mL 乙醇钠 3.4g（0.05mol）50%乙酸饱和食盐水5%碳酸钠水溶液无水硫酸镁实验时间 6h3.3实验步骤1、 50mL干燥的圆底烧瓶中1投入9.8mL无水乙酸乙酯，然后迅速加入乙醇钠2。2、 安装回流装置，用水浴作热源，在回流冷凝管的上端安装一个氯化钙干燥管。3、 加热反应混合物，控制反应温度使其缓慢回流（约需11.5h）,此时溶液呈透明红色。4、 停止加热，冷却后，搅拌下向反应混合物中加入50%的乙酸，至反应液呈弱酸性，此时溶液中所有的固体都已溶解。5、 将反应液倒入分液漏斗中，加入等体积的饱和食盐水，振摇，静置。6、 分出红色酯

20、层，水层用5mL乙酸乙酯萃取，将萃取液与酯层合并后用5%碳酸钠溶液洗至中性，用无水硫酸镁干燥。7、 将干燥过的液体倒入圆底烧瓶中，先用水浴蒸出乙酸乙酯，然后减压下蒸馏乙酰乙酸乙酯，b.p. 5455/931Pa5 纯的乙酰乙酸乙酯为无色液体，b.p. 180.4（分解），d=1.028220/4g/mL，n 1.41943.4注释1 本实验所用仪器需充分干燥，试剂应绝对无水。2 反应立即发生，若过于激烈，可用冷水浴冷却，若反应不立即开始，可直接加热，促使反应发生，然后将热源移开。3 乙酰乙酸乙酯的沸点（）与压力（KPa, mmHg）的关系列于下表中。压力mmHg1214182030406080

21、760KPa1.61.872.42.6745.33810.67101.33沸点71747882889297100181实验四、 对氨基苯磺酸的合成4.1 实验目的1学习苯胺磺化制备对氨基苯磺酸的方法。7.1.2 实验原理对氨基苯磺酸是是合成甲基橙指示剂的原料，也合成染料的重要中间体,可由苯胺的磺化制备1。其化学反应过程如下：4.3 主要试剂和仪器装置主要试剂包括：浓硫酸（18mL. 0.34mol), 苯胺(10mL, 10.2g, 0.11mol)。4.4 实验步骤对氨基苯磺酸的制备1. 在250mL的三颈瓶内加入10mL (10.2g,0.11mol) 苯胺,安装回流冷凝管和温度计,温度计

22、应插入液面以下。2. 缓慢地小心加入18mL浓硫酸(d=1.84g/mL), 将三颈瓶的瓶口塞紧。3. 用油浴缓慢加热反应混合物至1701802,回流1.52h。4. 将反应混合物冷至503, 在玻璃棒搅拌下,将其倒入盛有100mL冰水的烧杯中。抽滤,少量冷水洗涤。6. 用热水重结晶,必要时需脱色4。7. 结晶时的母液减压下脱溶5,浓缩后结晶,抽滤,洗涤,必要时脱色,得到第二部分的产品。8. 将第二次得到的产品的颜色与第一次得到的产品进行比较,合并两次的产品，计算产率。对氨基苯磺酸是一个盐,没有固定的熔点,不必测定熔点，温度达280290将碳化。4.5 注释1 酸性溶液中苯胺易质子化而成为一间

23、位定位基，本实验中苯胺磺化反应发生在对位是由三方面因素决定的：(1) 在高温下苯胺与浓硫酸反应生成磺酰苯胺。(2) 磺酰氨基是一个邻、对位定位基。(3) 由于磺酰氨基的位阻效应，使邻位产物很少，所以170180时苯胺磺化生成对磺酰氨基苯磺酸，后者在酸性条件下水解得到对氨基苯磺酸。2 反应温度需控制在170180间，大于190将生成黑色粘稠状物质。3 低于50时反应混合物将变得粘稠和固化，使其不易从烧杯中倒出。4 对氨基苯磺酸在水中的溶解度是：6.678g/100mL, 100; 1.08g/100mL, 20。5 由于20时对氨基苯磺酸在水中有一定的溶解度，故需对结晶时的母液进行减压脱溶，浓缩

24、等操作。实验五、 甲基橙的制备5.1 实验目的1学习并掌握重氮化反应和重氮盐偶联反应的理论知识和实验方法。2熟练掌握有机固体化合物的重结晶。5.2原理 甲基橙是个很有用的酸碱指示剂，它可通过对氨基苯磺酸的重氮化反应以及重氮盐与N，N-二甲苯胺的醋酸盐，在弱酸性介质中进行偶联来合成。由于对氨基苯磺酸不溶于酸，因此先将对氨基苯磺酸与碱作用，得到溶解度较大的钠盐。重氮化时，由于溶液的酸化(亚硝酸钠加盐酸生成亚硝酸)，当对氨基苯磺酸从溶液中以很细的微粒析出时，立即与亚硝酸发生重氮化反应，生成重氮盐微粒(逆重氮化法)。后者与N，N-二甲基苯胺的醋酸盐发生偶联反应。偶联反应首先得到的是亮红色的酸式甲基橙，

25、称为酸性黄。在碱性条件下，酸性黄转变成橙黄色的钠盐，即甲基橙。其化学反应过程如下：5.3主要试剂及实验装置实验装置 (略) 对氨基苯磺酸(FW=173): 2.1g (0.01mol), m.p.288。N,N-二甲基苯胺(FW=121)： 1.3mL(1.2g, 0.01mol), b.p. 193, 亚硝酸钠: 0.8g(0.011mol), m.p. 27130%NaOH: 30mL5%氢氧化钠溶液，浓盐酸，冰醋酸5.4实验步骤一、 重氮盐的制备：1. 100mL烧杯中放入2.1g（0.01mol）对氨基苯磺酸晶体，加入10mL 5%氢氧化钠溶液，玻棒搅拌下，在热水浴中温热使之溶解1。2. 冷至室温后加入0.8g（0.011mol）亚硝酸钠，使其溶解。3. 搅拌下2，将上述混合溶液分批滴入盛有13mL水和2.5mL浓盐酸的烧杯中，并控制温度在5以下3。4. 滴加完后用淀粉-碘化钾试纸检验4。然后在冰盐浴中放置15min，使重氮化反应完全。二