乙酰苯胺的制备实验.docx
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乙酰苯胺的制备实验
乙酰苯胺的制备实验
一、实验原理
酰胺可以用酰氯、酸酐或酯同浓氨水、碳酸铵或(伯或仲)胺等作用制得。
同冰醋酸共热来制备。
这个反应是可逆的。
在实际操作中,一般加入过量的冰醋酸,同时,用分馏柱把反应中生成的水(含少量的冰醋酸)蒸出,以提高乙酰苯胺的产率。
主反应:
二、反应试剂、产物、副产物的物理常数
三、药品
四、流程图
五、实验装置图
(1)分馏装置
(2)抽滤装置 (3)干燥装置
六、实验内容
在60ml锥形瓶上装一个分馏柱,柱顶插一支200℃温度计,用一个小锥形瓶收集稀醋酸溶液。
在锥形瓶中放入5.0ml(0.055mol)新蒸馏过的苯胺、7.4ml(0.13mol)冰醋酸和0.1g锌粉,缓慢加热至沸腾,保持反应混合物微沸约10min,然后逐渐升温,控制温度,保持温度计读数在105℃左右。
经过40~60min,反应所生成的水(含少量醋酸)可完全蒸出。
当温度计的读数发生上下波动或自行下降时(有时反应容器中出现白雾),表明反应达到终点。
停止加热。
这时,蒸出的水和醋酸大约有4ml。
在不断搅拌下把反应混合物趁热以细流慢慢倒入盛100ml冷水的烧杯中。
继续剧烈搅拌,并冷却烧杯,使粗乙酰苯胺成细粒状完全析出。
用布氏漏斗抽滤析出的固体,用玻璃瓶塞把固体压碎,再用5~10ml冷水洗涤以除去残留的酸液。
把粗乙酰苯胺放入150ml热水中,加热至沸腾。
如果仍有未溶解的油珠,需补加热水,直到油珠完全溶解为止。
稍冷后加入约0.5g粉末状活性炭,用玻璃棒搅动并煮沸5-10min。
趁热用保温漏斗过滤或用预先加热好的布氏漏斗减压过滤。
冷却滤液,乙酰苯胺呈无色片状晶体析出。
减压过滤,尽量挤压以除去晶体中的水分。
产品放在表面皿上晾干后测定其熔点。
产量:
约5.0g。
纯乙酰苯胺为无色片状晶体。
熔点mp=114.3℃。
(一)制备阶段
1.安装分馏装置:
如图
(1)所示,在100ml锥形瓶上装一个分馏柱,柱顶插一支200℃温度计,用一个100ml锥形瓶收集稀醋酸溶液。
2.加药品:
在100ml锥形瓶中放入5ml新蒸馏过的苯胺、7.4ml冰醋酸和0.1g锌粉。
3.加热反应:
用电热套缓慢加热至沸腾,保持反应混合物微沸约10min(注:
为了让苯胺的酰化反应一段时间,暂时不要有馏分蒸出状态),然后逐渐升温,控制温度,保持温度计读数在105℃左右。
经过40-60min,反应所生成的水(含少量醋酸)可完全蒸出。
当温度计的读数发生上下波动或自行下降时(有时,反应容器中出现白雾),表明反应达到终点。
停止加热。
这时,蒸出的水和醋酸大约有4ml。
(二)后处理阶段
1.倒入冷水中析出产品:
在不断搅拌下把反应混合物趁热以细流慢慢倒入盛100ml冷水的烧杯中。
继续剧烈搅拌,并冷却烧杯,使粗乙酰苯胺成细粒状完全析出。
2.抽滤:
用布氏漏斗抽滤析出的固体,用玻璃瓶塞把固体压碎。
3.洗涤:
用5~10ml冷水洗涤以除去残留的酸液。
4.重结晶纯化:
(1)溶解:
把粗乙酰苯胺放入150ml热水中,加热至沸腾。
如果仍有未溶解的油珠,需补加热水,直到油珠完全溶解为止。
【溶解粗乙酰苯胺所用的水不一定都是150ml,正确的做法为上一步抽滤时尽量要干些,用天平称粗乙酰苯胺的质量,再根据乙酰苯胺在100℃的溶解度计算水的用量,并多加20%的水,合起来即为溶解粗乙酰苯胺所用的水的量】
(2)活性炭脱色:
稍冷后加入约0.5g粉末状活性炭,用玻璃棒搅动并煮沸5-10min。
(3)趁热过滤:
趁热用保温漏斗过滤或用预先加热好的布氏漏斗减压过滤。
(4)冷却析出:
冷却滤液,乙酰苯胺呈无色片状晶体析出。
(5)抽滤:
减压过滤,尽量挤压以除去晶体中的水分。
5.干燥:
产品放在表面皿上用热水浴烘干。
6.称重:
约5.0g。
纯乙酰苯胺为无色片状晶体。
熔点mp=114.3℃。
七、注意事项
1.久置的苯胺色深,会影响生成的乙酰苯胺的质量。
2.锌粉的作用是防止苯胺在反应过程中氧化。
但必须注意,不能加得过多,否则在后处理中会出现不溶于水的氢氧化锌。
3.此油珠是熔融状态的含水的乙酰苯胺(83℃时含水13%)。
如果溶液温度在83℃以下,溶液中未溶解的乙酰苯胺以固态存在。
4.乙酰苯胺于不同温度在100ml水中的溶解度为:
20℃0.46g,25℃,0.56g;80℃,3.50g;100℃,5.5g
在以后各步加热煮沸时,会蒸发掉一部分水,需随时再补加热水。
本实验重结晶时水的用量,最好使溶液在80-90℃时为饱和状态。
5.不能在沸腾或者接近沸腾的溶液中加入活性炭,否则会引起突然暴沸,致使溶夜冲出容器。
6.事先将布氏漏斗用铁夹夹住,倒悬在沸水浴上,利用水蒸气进行充分预热。
这一步如果没有做好,乙酰苯胺晶体将在布氏漏斗内析出,引起操作上的麻烦和造成损失。
吸滤瓶应放在水浴中预热,切不可直接放在电热套上加热。
八、思考题
1、反应时为什么要控制分馏柱柱顶温度在105℃左右?
答:
为了提高乙酰苯胺的产率,反应过程中不断分出产物之一水,以打破平衡,使反应向着生成乙酰苯胺的方向进行。
因水的沸点为100ºC,反应物醋酸的沸点为118ºC,且醋酸是易挥发性物质,因此,为了达到即要将水份除去,又不使醋酸损失太多的目的,必需控制柱顶温度在105ºC左右。
2、还可以用其它什么方法用苯胺制备乙酰苯胺?
答:
用苯胺与乙酰氯、乙酸酐进行酰化反应制备乙酰苯胺;或用苯乙酮先与盐酸羟胺作用生成肟,再在酸作用下进行贝克曼重排反应制备乙酰苯胺;或用乙酸酯进行酯的苯胺解作用可得。
3、在重结晶操作中,必须注意哪几点才能使产品产率高,质量好?
答:
(1)正确选择溶剂;
(2)溶剂的加入量要适当;
(3)活性炭脱色时,一是加入量要适当,二是切忌在沸腾时加入活性炭;
(4)吸滤瓶和布氏漏斗必需充分预热;
(5)滤液应自然冷却,待有晶体析出后再适当加快冷速度,以确保晶形完整;
(6)最后抽滤时要尽可能将溶剂除去,并用母液洗涤有残留产品的烧杯。
4、试计算重结晶时留在母液中的乙酰苯胺的量。
答:
假设在室温25℃时用100ml水对4.5g乙酰苯胺重结晶,25℃时乙酰苯胺在水中的溶解度是0.563g,于是在室温25℃时,经过重结晶抽滤后得到100ml母液,100ml母液中溶解0.563g乙酰苯胺处于饱和状态,即留在母液中的乙酰苯胺的量为0.563g。
就是说要有0.563g乙酰苯胺不能沉淀析出,只能析出4.5g-0.563g=3.937g,重结晶能得到的产物质量最多为3.937g,即重结晶的最大收率为3.937/4.5×100%=87.5%。
5、乙酰苯胺的制备实验是采用什么方法来提高产品产量的?
答:
(1)使用新蒸馏的苯胺(除去苯胺中的杂质对产品质量的影响,也可提高产量);
(2)加入适量的锌粉(防止在反应过程中苯胺被空气中的氧气所氧化);
(3)增加反应物之一的浓度(使冰醋酸过量一倍多);
(4)减少生成物之一的浓度(不断分出反应过程中生成的水);
(5)控制温度计读数在105℃(确保将生成的水蒸去,可防止乙酸被蒸出去)。
6、在制备乙酰苯胺的饱和溶液进行重结晶时,在烧杯下有一油珠出现,试解释原因。
怎样处理才算合理?
答:
这一油珠是溶液温度大于83℃时未溶于水但已经溶化了乙酰苯胺,因其比重大于水而沉于杯下,可补加少量热水,使其完全溶解,且不可认为是杂质而将其抛弃。
7、从苯胺制备乙酰苯胺时可采用哪些化合物作酰化剂?
各有什么优缺点?
答:
常用的乙酰化试剂有:
乙酰氯、乙酸酐和乙酸等。
(1)用乙酰氯作乙酰化剂,其优点是反应速度快。
缺点是反应中生成的HCl可与未反应的苯胺成盐,从而使半数的胺因成盐而无法参与酰化反应。
为解决这个问题,需在碱性介质中进行反应;另外,乙酰氯价格昂贵,在实验室合成时,一般不采用。
(2)用乙酐作酰化剂,其优点是产物的纯度高,收率好,虽然反应过程中生成的乙酸可与苯胺成盐,但该盐不如苯胺盐酸盐稳定,在反应条件下仍可以使苯胺全部转化为乙酰苯胺。
其缺点是除原料价格昂贵外,该法不适用于钝化的胺(如邻或对硝基苯胺)。
(3)用醋酸作乙酰化剂,其优点是价格便宜;缺点是反应时间长。
8、合成乙酰苯胺时,锌粉起什么作用?
加多少合适?
答:
苯胺易氧化,锌与乙酸反应放出氢,防止氧化。
锌粉少了,防止氧化作用小,锌粉多了,消耗乙酸多,同时在后处理分离产物过程中形成不溶的氢氧化锌,与固体产物混杂在一起,难分离出去。
只加入微量(约0.1左右)即可,不能太多,否则会产生不溶于水的氢氧化锌,给产物后处理带来麻烦。
9、合成乙酰苯胺时,反应达到终点时为什么会出现温度计读数的上下波动?
答:
反应温度控制在105摄氏度左右,目的在于分出反应生成的水,当反应接近终点时,蒸出的水份极少,温度计水银球不能被蒸气包围,从而出现瞬间短路,因此温度计的读数出现上下波动的现象。
10、抽滤中,在布氏漏斗中如何洗涤固体物质?
答:
将固体物压实压平,加入洗涤剂使固体物上有一层洗涤剂,待洗涤剂均匀渗入固体,当漏斗下端有洗涤剂滴下后,再打开水泵,抽去溶剂,重复操作两次,就可把滤饼洗净。
11、抽滤法过滤应注意什么?
答:
(1)漏斗下端斜口正对抽滤瓶支管;
(2)滤纸要比漏斗底部略小且把孔覆盖;
(3)过滤前先用溶剂润湿滤纸,抽气使滤纸紧紧贴在漏斗上;
(4)把过滤混合物均匀分布在整个滤纸面上;
(5)用少量滤液将粘附在容器壁上的结晶洗出,继续抽气,并用玻璃钉挤压晶体,尽量除去母液;
(6)洗涤时,每次溶剂用量要少,够润湿滤饼即可,润湿一会儿后再抽干;
(7)抽干滤饼时,布氏漏斗下口不应有液滴落下。