【精品】由苯胺制备对硝基苯胺

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由苯胺制备对硝基苯胺
一、实验目的
1.掌握通过苯胺多步连续合成制备对硝基苯胺的原理和方法。2.掌握氨基的保护和去保护的原理和实验操作。
3.练习和掌握分馏、重结晶、低温反应等操作技术。二、实验原理
芳环上的氨基易被氧化,因此由苯胺制备对硝基苯胺,不能直接硝化,须先保护氨基。一般是将苯胺乙酰化转化为乙酰苯胺,保护氨基后再硝化。在芳环上引入硝基后,再水解去保护恢复氨基,从而得到对硝基苯胺。另外氨基酰化后,降低了氨基对苯环亲电取代反应的活化能力,又因为乙酰基的空间效应,可提高生成对位产物的选择性。
1.苯胺的乙酰化.
苯胺的乙酰化在有机合成中有重要的作用。除具有保护苯环上氨基的作用外,生成的乙酰苯胺本身也是重要的药物,也是磺胺类药物合成中重要的中问体。本实验采用乙酸作酰化试剂。
乙酸与苯胺的反应是可逆的,且反应速率较慢。本实验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,使平衡向生成水的方向移动而提高乙酰苯胺的产率。
同时由于苯胺易氧化,在反应过程体系中加入少量锌粉,防止苯胺在反应过程中氧化。2.对硝基乙酰苯胺的制备
乙酰苯胺与混酸反应,硝化的位置与反应温度有关。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增多,在40℃时约为25%。
主反应:副反应:
3pH=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。
主反应副反应:三、实验试剂
新蒸苯胺153g(15ml0165m01,冰醋酸267g(255ml045m01,锌粉,活性炭,浓硫酸10ml,浓硝酸。四、主要试剂及产物的物理参数
溶解度
化合物名称
分子量
(d1.0221.049
熔点(6.116.5
(184.4118.1
折光率(1.58631.3715
3.620
乙醇
乙醚
苯胺冰醋酸
93.1260.05
斜方晶
乙酰苯胺135161.214114.33041.5860
0.4620
0.562536.9200.8450
溶于


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5.5100
对硝基乙酰苯胺
180.16
无色晶淡黄色片状或棱状晶
215.6
100(1.06×10-3kPa100(0.133kPa

溶于热水,几
溶于
乎不溶于冷水溶于沸水,微溶于冷
溶于
邻硝基乙酰苯胺
180.161.414994溶于溶于
对硝基苯邻硝基苯五、实验装置
淡黄色
138.12针状晶
橙黄色
138.12针状结

1.424148.5331.7

0.0008溶于0.126g25/100g
溶于
1.4469.7284.5

15.8g15/100g
溶于
1、苯胺乙酰化装置图
六、实验步骤
1.苯胺的乙酰化
100ml圆底烧瓶[1]中,加入15ml新蒸苯胺[2]255ml冰乙酸和约03g[3]锌粉。搭好分馏装置,接引管直接与蒸馏头连接,25mL量筒作接收器,量筒置于盛有冷水的烧杯中。
缓慢加热使反应物微沸15min。然后逐渐升高温度,温度达到100oC左右,蒸馏头支管有液体流出。控制分馏柱温度在100—110oC[4]之间反应进行约40min,反应所生成的水和大部分乙酸已被蒸出[5]。当温度计的读数不断下降或反应瓶内出现白雾时,表示反应已经完成。在搅拌下将反应液趁热[6]倒人250ml冷水中,有细粒状固体析出。充分冷却后抽滤,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。
2.乙酰苯胺的重结晶
粗产品加入150ml水,加热回流。观察是否有未溶解的油状物,如有则补加水,直到其全部溶解,再补加约20%的水。稍冷却后,加入少量活性炭煮沸10min。趁热过滤,滤液自然冷却,过滤,冷水洗涤,枯燥,得白色片状结晶,熔点113114℃
纯乙酰苯胺为鳞片状晶体,熔点1143℃3.对硝基乙酰苯胺的制备
15ml冷的浓硫酸置于烧杯中,搅拌下分批加入68g枯燥研细的乙酰苯胺,充分搅拌至完全溶解[7],冰盐浴冷却至0℃。不断搅拌下,用滴管缓慢滴加25ml浓硫酸和4ml浓硝酸配制的混酸,滴加过程控制反应温度02℃,不可超过5℃[8]。约20min加完混酸,在室温下搅拌30min后,将反应混合物缓慢倒入装有20ml水和35g碎冰的烧杯,并不断搅拌,立即析出淡黄色的对硝基乙酰苯胺粗品。减压过滤,尽量挤压以除去酸液,用30ml冰水分两次洗涤固体[9]。粗产物放人盛有30ml水的烧杯中,加入碳酸钠粉末,不断搅拌,直至混合物呈碱性(酚酞试纸变红。将混合物煮沸后冷却,至50℃[10]迅速抽滤,滤饼用50℃的热水充分洗涤,得到对硝基乙酰苯胺,约8g

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若需进一步纯化,可在乙醇一水混合溶剂中重结晶。纯对硝基乙酰苯胺为无色晶体,熔点2150℃4.对硝基乙酰苯胺水解制备对硝基苯胺
8g对硝基乙酰苯胺加入7ml35NaOH水溶液中[11],再加入15ml水,加热微沸2030min,待反应混合物冷却至50℃时,迅速抽滤,晶体用少量冷水洗涤2次。11的乙醇一水混合溶剂重结晶[12],产量约4—5g
纯对硝基苯胺为黄色针状晶体,熔点1477℃注释:
[1]反应中所用玻璃仪器必须枯燥。
[2]久置的苯胺因为氧化而颜色较深,会影响乙酰苯胺的质量,使用前需重蒸。[3]锌粉的作用是防止苯胺氧化,少量即可。锌粉过多会出现不溶于水的Zn(OH2[4]分馏温度不能太高,防止大量乙酸蒸出而降低产率。[5]收集乙酸和水的总体积约8ml
[6]反应混合物冷却后,固体产物立即析出,粘在瓶壁上不易取出。故须趁热在搅拌下倒入冷水,以除去过量的乙酸和未反应的苯胺(生成乙酸苯胺而溶于水
[7]溶解时温度不宜超过25℃,防止乙酰苯胺水解;在此温度下,完全溶解约需15min[8]在低温(低于5℃下反应,主要产物为对硝基乙酰苯胺;高温反应邻位产物比例增加。[9]特别是硝酸,必须用水洗净,否则对硝基乙酰苯胺水解时,就可能生成黑色的氧化物。
[10]pH值为10时,邻硝基乙酰苯胺易水解为邻硝基苯胺,而对位产物不水解;邻硝基苯胺在50℃时又溶于碱溶液,故在50℃时减压过滤即可除去。
[11]也可在酸性条件下水解,但残留的邻位副产物需碱性才能除去;另外注意碱液切勿沾污磨口,否则加热后磨口处玻璃粘连,无法打开仪器。
[12]硝基苯胺长时间与碱液共沸,氨基易水解为羟基,因此碱性水解时不可久煮。可吸取少量反应混合液,滴入到10%盐酸中,若无沉淀析出,则表示水解反应已经完成。
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