对硝基苯胺的合成实验讲义

对硝基苯胺的合成实验讲义 对硝基苯胺的合成 摘要: 1 前言 对硝基苯胺是一种黄色针状的晶体，易升华，有剧毒，可用乙酰苯胺经硝化制得对硝基乙酰苯胺后，再经水解制得，而不可以用苯胺直接硝化来制备。这是因为氨基很容易被氧化成硝基，苯胺直接硝化得不到对硝基苯胺。 胺的酰化在有机合成中有着重要的应用。作为一种保护措施，一级和二级芳胺在合成中通常被转化为它们的乙酰基衍生物以降低胺对氧化剂的敏感性，使其不被反应试剂破坏，同时氨基酰化后降低了氨基在亲电取代反应中(特别是卤化)中的活化能力，使其由强的第一类定位基变为中等强度的第一类定位基，使反应由多元取代变为有用的一元取代，由于乙酰基的空间位阻，常常生成选择性地生成第一位的取代产物。 乙酰苯胺可用苯胺和酰氯，或酸酐，或者冰醋酸加热来进行制备，在本实验中，我们使用冰醋酸加热的方法来制备乙酰苯胺。它是一种白色有光泽的片状晶体或者白色结晶粉末，微有灼烧味，是磺胺类药物的原料，可用作止痛剂，退热剂，防腐剂，染料中间体青霉素G的培养基等。俗称“退热冰”，但因有毒性且副作用大已经被其他较好的退热药物所取代。 本案的乙酰基化反应是一个可逆反应且反应速率较慢，因此在实验中采用乙酸过量且不断将反应生成的谁移走的方法来提高产率。 对硝基苯胺是一种白色棱状晶体，溶于氢氧化钾溶液呈橙色，可用作染料，药物中间体和有机合成试剂等。对硝基苯胺通过乙酰苯胺的硝化反应制得。但在反应中哟偶很多副反应发生，因此，一方面我们要通过控制反应条件来提高对硝基乙酰苯胺的产率，另一方面要在反应中进行除杂。 对硝基乙酰苯胺经水解便可以得到对硝基苯胺。水解可以是酸性水解，也可以是碱性水解，我们选用酸性水解的方法。因为酸性水解是速率比较快，且容易控制。 2 实验目的 了解芳香族硝基化合物的制备方法，尤其是由芳胺制备芳香族硝基化合物的方法。 3 实验原理 3.1乙酰苯胺的制备原理 由于芳环上的氨基易氧化，在有机合成中为了保护氨基，往往先将其乙酰化转化为乙酰苯胺，然后再进行其他反应，最后水解除去乙酰基。 乙酰苯胺可由苯胺与乙酰化试剂如:乙酰氯、乙酐或乙酸等直接作用来制备。反应活性是乙酰氯,乙酐,乙酸。由于乙酰氯和乙酐的价格较贵，本实验选用纯的乙酸(俗称冰醋酸)作为乙酰化试剂。反应式如下: 冰醋酸与苯胺的反应速率较慢，且反应是可逆的，为了提高乙酰苯胺的产率，一般采用冰醋酸过量的方法，同时利用分馏柱将反应中生成的水从平衡中移去。由于苯胺易氧化，加入少量锌粉，防止苯胺在反应过程中氧化。 3.2 由乙酰苯胺合成对硝基苯胺的原理 主反应: HSO24HONHCOCHHONOONNHCOCH++23223 HSO24COOHCHONNHCOCHHOONNH++323222 副反应: HSO24NHHOCOOHCH++NHCOCH2233 NO2 HSO24HO+NHCOCHHONO2NHCOCH+323 3.3 主要试剂的物理常数 熔 溶 解 度 比 化合物 点 沸 点 折光率 分子量 性 状 重 (d 名 称 (? (?) (,) 水 乙 醇 乙 醚 ) ) ,1893.12 1.022 184.4 1.5863 3.6 苯 胺 液 体 ? ? 6.1 60.05 1.049 16.5 118.1 1.3715 冰醋酸 液 体 ? ? ? 133.0.53 21.20 斜方晶1.214 305 7.25 乙酰苯胺 135(16 , 4 3.580 46.60 体 淡黄色1.42148.对硝基苯138.12 331.7 0.0008 针状结4 5 胺 晶 橙黄色邻硝基苯138.12 1.44 69.7 284.5 针状结胺 晶 4 实验仪器及药品 4.1 实验仪器 圆底烧瓶(100mL) 刺形分馏柱 直形冷凝管接液管 量筒(10mL) 温度计(200?)烧杯(250mL) 吸滤瓶 布氏漏斗 小水泵 保温漏斗 电热套 锥形瓶 三口烧瓶 球形冷凝管 恒压滴液漏斗 4.2 实验药品 6 ml的苯胺 0.1-0.15g锌粉 10ml冰醋酸*2 4.0 mL浓硝酸 8 mL浓硫酸 8.5 mL氢氧化钾醇溶液 5 实验装置图 图一:乙酰苯胺的制备装置图 图二:乙酰苯胺的硝化装置图 图三:硝基乙酰苯胺的水解装置图 6 实验步骤 6.1 苯胺的乙酰化 (1)酰化 在100ml圆底烧瓶中，加入6 ml的苯胺【1】、10ml冰醋酸和0.1-0.15g锌粉。立即装上分馏柱，在柱顶安装一支温度计，用小量筒收集蒸出的水和乙酸。用电热套缓慢加热至反应物沸腾。调节电压，当温度升至约105?时开始蒸馏。维持温度在105?左右约30min，这时反应所生成的水基本蒸出。当温度计的读数不断下降时，则反应达到终点，即可停止加热。取少量晶体进行熔点测定，以大致判断产物的纯度。重复两次。 (2)结晶抽滤 在烧杯中加入100ml冷水，将反应液趁热【2】以细流倒入水中，边倒边不断搅拌，此时有细粒状固体析出。冷却后抽滤，并用少量冷水洗涤固体，得到白色或带黄色的乙酰苯胺粗品。 (3)重结晶 将粗产品转移到烧杯中，加入100ml水，在搅拌下加热至沸腾。观察是否有未溶解的油状物，如有则补加水，直到油珠全溶。稍冷后，加入0.5g活性炭，并煮沸10min。在保温漏斗中趁热过滤除去活性炭。滤液倒入热的烧杯中。然后自然冷却至室温，冰水冷却，待结晶完全析出后，进行抽滤。用少量冷水洗 涤滤饼两次，压紧抽干。将结晶转移至 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面皿中，自然晾干后称量。取少量晶体进行熔点测定，以大致判断产物的纯度。重复两次。 6.2 乙酰苯胺硝化 在50 mL三颈瓶中放入上步制得的乙酰苯胺，加入10mL冰醋酸【3】。安装上电磁搅拌装置。在三颈瓶口分别装上温度计、回流冷凝管、恒压漏斗。在恒压漏斗中加入4.0 mL浓硝酸(比重为1.14 g/mL， 0.03 mol)和8 mL浓硫酸(比 o重为1.84 g/mL)的混合液【4】。三颈瓶外用水浴控温在50?5 C【5】，边搅 o拌边慢慢加入混酸(约需20 min)【6】，加完后在60 C继续反应1小时。然后将反应液倒入30 g碎冰中，即有黄色沉淀析出，过滤、冰水洗至近中性【7】，晾干。 6.3 硝基乙酰苯胺的水解 将制得的邻、对硝基乙酰苯胺放入25 mL圆底烧瓶中，加入8.5 mL氢氧化钾醇溶液【8】，摇匀。装上回流冷凝管，在水浴上加热回流半小时，然后从冷凝管口加入3 mL热水。继续在沸水浴中加热20 min，稍冷后倒入20 g冰水中，过滤，用水洗至弱碱性或中性【9】，晾干得水解产物，称重并计算水解产率。 7 邻硝基苯胺和对硝基苯胺的分离方法 7.1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，可以采用分馏的方法。 7.2水蒸气蒸馏分离邻、对硝基苯胺混合物 将制得的邻、对硝基苯胺混合物放在100ml圆底烧瓶中加入50ml热水进行水蒸气蒸馏，先蒸出100ml馏出液收集在一只锥形瓶中收集在一只锥形瓶中，继续蒸出150-200ml流出液至没有油滴馏出，馏分颜色很淡可结束。用20mlCH2Cl2分两次对含较多产品的馏出液进行萃取，分出有机层，用无水硫酸镁干燥。然后水浴蒸馏至烧瓶剩余3到5ml液体倒入结晶皿中，待溶剂挥发后即有橙黄色结晶析出，此为邻-硝基苯胺。 100ml圆底烧瓶中残留的液体中含有大量对-硝基苯胺，冷却后即可析出晶体，过滤，重结晶。 7.3 柱层析 取色谱柱一根，垂直装置，以锥形瓶作洗脱剂的接收器。先将溶剂倒入柱内约柱高的3/4，然后再将一定量的吸附剂和溶剂调成糊状，从柱的上面倒入柱内，同时打开柱下活塞，控制流速每秒一滴，用木棒或套有橡皮的玻璃棒轻轻敲打柱身，使吸附剂慢慢而均匀地下沉，在整个操作过程中，柱内的液面始终要高出吸附剂当溶剂的液面恰好降至硅胶的表面上时，立即用滴管沿柱壁加入3ml邻硝基苯胺和对硝基苯胺的混合液。当溶液液面降至氧化铝表面时，用滴管滴入溶剂洗去粘附在柱壁上的混合物。然后用按照根据薄层色谱确定的洗脱剂淋洗,观察色带的形成和分离。当黄色邻硝基苯胺色层到达柱底时，更换接收器，收集此色带。然后可适当加大乙酸乙酯的比例，收集淡黄色对硝基苯胺色带。 注意事项: 【1】久置的苯胺因为氧化而颜色较深，使用前要重新蒸馏。因为苯胺的沸点 较高，蒸馏时选用空气冷凝管冷凝，或采用减压蒸馏。 【2】若让反应液冷却，则乙酰苯胺固体析出，沾在烧瓶壁上不易倒出。 【3】 冰醋酸有两个作用:其一作为溶剂，其二可以抑制乙酰苯胺的水解。 乙酰苯胺可以在低温下溶解在浓硫酸中，但速度很慢，加入冰醋酸可以加速 其溶解。 【4】混酸的配制要注意安全:可用较大的试管作容器，将浓硫酸慢慢加入浓 硝酸中，边加边振荡试管，试管外及时用冰水冷却，以防在界面上热量骤然 增大，夹带浓硝酸冲出。要求学生佩戴防护镜，在通风橱内操作，切不可将 头伸入橱内。 【5】反应开始前温度控制尽量不要低于50 oC，温度控制过低，可能会导 致瞬间爆发反应，引起温度过高和冲料。反应开始后可以按要求维持体系温 度。 【6】 该反应为放热反应，所以滴加混酸的速度不能太快，可控制约10秒 1-2滴，整个过程大约需要20 min，时刻注意滴液漏斗出口处是否有积液现 象。反应体系如果从黄色变成较深的绿色，要暂停滴加混酸，并注意反应温 度。 【7】产物有水溶性，所以碎冰不要多。洗涤可参照此方法:2-3 mL/次 × 3次。 【8】氢氧化钾醇溶液的碱性比氢氧化钾水溶液略强，而且使用醇溶液可以得到均相反应体系。稍微增加0.5 mL的用量，以中和第一步未洗尽的酸。 【9】 对硝基苯胺的水溶性更大些，冰水的用量和洗涤时水的用量都要控制好，以免损失。