综合性实验报告磺胺制备.docx

1、综合性实验报告磺胺制备(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)广州大学化学化工学院 本科学生综合性实验报告实验课程 基础合成实验 实验项目 磺胺药物的合成 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师及职称 开课学期 至 学年 2 学期 实验时间 实验序号实验七实验项目磺胺药物的合成实验时间实验室小组成员一目的和要求1、学习芳香族化合物还原、酰胺化、氯磺化等一系列反应的实验通法。2、掌握多步骤合成与分离、结构测定、性能检测等手段，应用色谱、红外光谱等现代测试仪器和技术，了解现代物理实验方法的应用。3、苯胺是制备磺胺的中间体4、通过多步骤合成、分离提纯得到Sulfanilamide。实验室

2、只提供第一步的原料和最基础的试剂，学生需以前一步的产品为原料进行下一步的合成。5、应用熔点测定、红外光谱法鉴定磺胺及其中间体的结构。6、写出完整的实验报告，并对实验结果进行报告讨论。二实验项目特点（知识、方法、手段等方面的综合点）以“合成分离分析定性鉴定”为模式，综合化合物的制备、检验和产物的应用。1、知识点（1）中英文文献查阅和分析，实验方案的设计。（2）芳香族化合物的多步骤合成反应知识，中间产品及最终产物的纯化分离及结构表征方法。（3）回流、萃取、蒸馏、重结晶、熔点测定、薄层层析（TLC）跟踪反应等原理及操作。（4）红外光谱等现代测试仪器对产品的结构和质量分析。（5）消炎类药物磺胺的应用。

3、 2、方法与手段（1）教师布置课题、提出实验要求和实验条件；（2）学生查阅文献，设计方案，拟定实验步骤；教师指导，完善和确定方案；（3）学生独立进行实验；（4）完成全合成的实验报告，并对实验结果进行讨论报告。三实验原理磺胺药物的合成是以苯为原料，经硝化、还原、乙酰化、氯磺酰化和氨取代等常规反应，合成了系列中间体和磺胺。由于磺胺（4-氨基苯磺酰胺）副作用大，目前，主要使用磺胺衍生物作为磺胺药物。其合成路线如下：磺胺的合成：本实验旨在以硝基苯为原料，经还原、乙酰化、氯磺酰化和氨取代等常规反应，掌握磺胺及磺胺衍生物的制备方法。实验序号实验七（1）实验项目苯胺的制备实验时间实验地点小组成员一目的和要求

4、1.苯胺是制备磺胺的中间体。2.硝基苯还原氨基是制备芳胺的反应，掌握实验室制备苯胺的常规方法。3.了解水蒸汽蒸馏的原理、基本操作及其用途。二实验项目特点（知识、方法、手段等方面的综合点）以“合成分离分析定性鉴定”为模式，综合化合物的制备、检验和产物的应用。1、知识点（1）芳香族化合物的多步骤合成反应知识，中间产品及最终产物的纯化分离及结构表征方法。（2）回流、萃取、蒸馏、重结晶、熔点测定等原理及操作。2、方法与手段（1）学生查阅文献，设计方案，拟定实验步骤；教师指导，完善和确定方案；（2）学生独立进行实验；三实验原理芳胺的制取不可能用任何方法将NH2导入芳环上，而是经过间接的方法来制取。芳香族

5、硝基化合物在酸性介质中还原，可以得到相应的芳香族伯胺。常用的还原剂有铁盐酸、铁醋酸、锡盐酸等 。工业上用Fe粉和HCl还原硝基苯制备苯胺，由于使用大量的Fe粉会产生大量含苯胺的铁泥，造成环境污染，所以，逐渐改用催化加氢的方法，常用的催化剂如Ni，Pt，Pd等。实验室制备芳胺，铁粉还原法仍然是一个常用的方法，铁-盐酸的缺点是反应时间较长，但成本低，酸的用量仅为理论量的1/40，如用铁-醋酸，还原时间还能显著缩短。反应方程式为：用铁来还原硝基苯，酸的用量很少，因为这里除了产生新生态氢以外，主要由产生的亚铁盐来还原硝基，反应中包括的变化可用下面的方程式表示： 纯粹苯胺的沸点为184.4。四.仪器与试

6、剂1.主要试剂及产物的物理常数试剂名称性状相对分子质量相对密度熔点/沸点/溶解度水乙醇乙醚苯冰醋酸无色吸湿性液体60.051.042916.6117.9溶溶溶溶硝基苯无色或浅黄色液体123.111.2056210211不溶溶溶溶苯胺无色油状液体93.1281.026.3184微溶溶溶溶2主要试剂用量及规格试剂名称规格用量质量体积摩尔用量理论实际铁屑化学纯200.350.35冰醋酸化学纯2硝基苯化学纯12.50.10.1乙醚化学纯403.实验装置五实验步骤及现象记录实验步骤现 象注意事项将20 g（0.35 mol）铁屑、30mL H2O、2mL冰醋酸放入250 mL三颈烧瓶，振荡混匀，装上回流

7、冷凝管。小火微微加热煮沸35 min，冷凝后分几次加入10.5 mL（12.5g 0.1mol）硝基苯，每次加完后用力振荡，混匀，使反应物充分混合，反应放热可以使化混合物沸腾。滴加完毕后，加热回流0.51h，在回流过程中，经常用力振荡反应混合物，以使反应完全。 冰醋酸加入到铁屑中后，反应开始，有氢气从溶液中放出。滴加硝基苯时，溶液迅速沸腾，温度升高，溶液变为棕色，随着反应的进行，溶液颜色渐渐加深，之至为黑色，由于反应放热，很快烧瓶中出现了回流现象，混合物剧烈沸腾，此时需控制好硝基苯的滴加速度，防止反应过于剧烈而使反应物冲出。两相互不相溶，与Fe粉接触机会少，因此充分的振荡反应物是使还原反应顺利

8、进行的操作关键。反应完全标志：回流中黄色油状物消失而变为乳白色油珠。将回流装置改为水蒸气蒸馏装置，直到馏出液澄清，再多收集56 mL清液，分层，水层用精盐饱和，每次用40 mL乙醚萃取2次，萃取液和有机层用固体NaOH干燥，过滤，蒸去乙醚，残留物用空气冷凝管蒸馏，收集的馏分。往反应物中通入水蒸气之后，反应物剧烈翻腾，一段时间后，冷凝管中有乳白色液体被蒸出，此为苯胺的粗产品。用食盐饱和馏分，没有出现明显分层现象，溶液为白色浑浊，加入乙醚萃取2次，则浑浊消失，分离出有机层，蒸馏，在34蒸出乙醚，170蒸出苯胺，为无色液体盐析的目的是降低苯胺在水中的溶解度。用氢氧化钠做干燥剂，是因为氯化钙与苯胺形成

9、分子化合物。实验序号实验七（2）实验项目乙酰苯胺的制备实验时间实验地点小组成员一目的和要求1.乙酰苯胺是制备磺胺的中间体。2.掌握乙酰苯胺乙酰化反应的原理和实验技术。二实验项目特点（知识、方法、手段等方面的综合点）以“合成分离分析定性鉴定”为模式，综合化合物的制备、检验和产物的应用。1、知识点（1）中英文文献查阅和分析，实验方案的设计。（2）芳香族化合物的多步骤合成反应知识，中间产品及最终产物的纯化分离及结构表征方法。2、方法与手段（1）学生查阅文献，设计方案，拟定实验步骤；教师指导，完善和确定方案；（2）学生独立进行实验；三实验原理 芳胺的酰化反应在有机物的合成中有着重要的作用。通常可以保护

10、氨基，防止氨基氧化，以及降低氨基在亲点取代反应中对苯环的活化能力，使反应由多元取代转变为一元取代产物。同时乙酰氨基在酸碱存在下很容易水解游离出氨基。通过先酰基化，再水解的过程达到保护氨基的目的。 芳胺可用酰氯、酸酐或冰醋酸进行酰化反应。冰醋酸易得，价格便宜，但反应时间较长，适合于大规模制备。酸酐一般来说是比酰氯更好上网酰化试剂。 用醋酐进行酰化反应是在醋酸-醋酸钠缓冲溶液中进行的。先将非水溶性上网苯胺转变成水溶性的苯胺盐酸盐，再加入醋酐、醋酸钠，这样可以是苯胺盐酸盐游离出苯胺。然后，醋酐立即与游离苯胺进行乙酰化反应，可以得到高产率的乙酰苯胺。也由于醋酐水解比酰化速率慢，可以避免醋酐的水解，得到

11、高纯度的产物。乙酰苯胺的制备反应式：可能发生的副反应是乙酰苯胺的二乙酰化生成二乙酰基苯胺。但用上述方法可以减少副产物的产生，而用苯胺直接与醋酐的反应往往伴有二乙酰化副产物的产生。副反应：四仪器与试剂1.主要试剂及产物的物理常数名称性状相对分子质量(M)相对密度熔点(mp/)沸点(bp/)折光率(nD20 )溶解度水乙醇乙醚苯苯胺无色液体93.131.21-5.89184415863微溶混溶混溶混溶醋酐无色液体102.091.080-731391.3904混溶混溶混溶混溶乙酰苯胺白色固体135.171.026114.33042.2212微溶易溶易溶易溶2主要试剂用量及规格名 称规 格用 量质量/

12、g体积/mL摩尔质量mol理论实际浓盐酸化学纯5苯胺制备5.65.50.060.06醋酐化学纯7.57.30.070.07醋酸钠化学纯90.0650.0653.实验装置五实验步骤及现象记录实验步骤现象注意事项 在250ml烧杯中，加入5ml浓盐酸、120ml水和5.6g（5.5ml，0.06mol）苯胺，搅拌混合。将溶液转移至250ml锥形瓶并加热至50，加入7.3ml（7.5g，0.07mol）醋酐，搅拌溶解。再立即加入事前配置好的9g（0.065mol）结晶醋酸钠的20ml水溶液。搅拌混合后，将反应混合物在冰浴中冷却，使产物结晶析出，抽滤收集，用少量冷水洗涤，干燥，称重。 苯胺滴加到浓盐酸

13、的溶液中时，为橙黄色油状小液珠。经搅拌之后，油状液滴消失，为澄清溶液。 加热使溶液升温至50，加入醋酐和醋酸钠并立即搅拌，出现大量白色片状晶体沉淀。 冰水浴冷却，并抽滤压干，得到白色片状晶体。如果混合物溶液颜色加深，加约1g活性炭，煮沸，趁热过滤脱色。 如果所得的乙酰苯胺不纯或有颜色，可以用水对粗产品进行重结晶，测定熔点。加入120ml水进行重结晶操作，加热使得乙酰苯胺全部溶解，回流10min后，转移至烧杯中进行冷却，经冷却析出大量白色片状晶体，抽滤后干燥，得乙酰苯胺4.0g，白色粉末状固体。 如果加水过量，晶体析不出来，可以通过加热蒸发出溶剂，或摩擦烧杯壁，使得晶体析出来。实验序号实验七（3

14、）实验项目对乙酰氨基苯磺酰氯的制备实验时间实验地点小组成员一目的和要求1.对乙酰氨基苯磺酰氯是制备磺胺的中间体。2.掌握乙酰苯胺氯磺酰化的原理和实验技术。二实验项目特点（知识、方法、手段等方面的综合点）以合成-分离分析-定性鉴定为模式，综合化合物的制备、检验和产物的应用。1、知识点（1）中英文文献查阅和分析，实验方案的设计。（2）回流、萃取、蒸馏、重结晶、熔点测定等原理及操作。2、方法与手段（1）教师布置课题、提出实验要求和实验条件；（2）学生查阅文献，设计方案，拟定实验步骤；教师指导，完善和确定方案；（3）学生独立进行实验；三实验原理芳环上的磺胺化及氯磺化都是重要的亲电取代反应。乙酰苯胺的氯

15、磺化反应主要得到对位取代产物。在实验操作中，将反应物混合倾入冰水中得到对乙酰氨基苯磺酰氯沉淀，过量的氯磺酸被水解，而磺酰氯的水解相对较慢，只有在加热或长时间停留在水介质中才会慢慢水解成磺酸。下一步制备磺胺是在氢氧化铵水溶液中反应，所以对氨基苯磺酰氯不必干燥和精制。而制备磺胺噻唑和磺胺吡啶时，对氨基苯磺酰氯则必须干燥，因反应是无水条件下进行的。四仪器与试剂1.主要试剂及产物的物理常数名称性状相对分子质量(M)相对密度熔点(mp/)沸点(bp/)折光率(nD20 )溶解度水乙醇乙醚苯乙酰苯胺白色固135.171.026114.33042.222微溶易溶易溶易溶氯磺酸无色或淡黄色液体116.521.

16、77-801511.433反应反应混溶混溶氯仿无色透明液体119.381.484-63.561 621.4476不溶混溶混溶混溶对乙酰氨基苯磺酰氯白色至灰色晶体233.68149不溶可溶可溶可溶2主要试剂用量及规格名 称规 格 用 量gmL摩尔质量mol理论 实际乙酰苯胺制备100.0740.037氯磺酸化学纯45250.380.19氯仿化学纯50703.实验装置五实验步骤及现象记录实验步骤实验现象备注 在150ml干燥的锥形瓶中,放入10g(0.074mol)干燥的乙酰苯胺,缓和加热至融化.旋转使其均匀地凝结在瓶底和下部瓶壁上。置烧瓶于冰水浴中冷却，迅速将25ml（45g，0.38mol）氯

17、磺酸一次加入锥形瓶，立即塞上带有氯化氢导气管的塞子，此时大量氯化氢气体放出，反应立即发生，甚至沸腾，必要时可用冰水浴冷却。待反应缓和后，旋摇烧瓶是固体全部溶解，再在温水浴中温热10min，使反应完全。 温度加热到一定程度，乙酰苯胺完全溶解，成为暗黄色粘稠状液体。慢慢旋转锥形瓶使得液体附着于锥形瓶底部，随着温度的降低，液体渐渐凝固，变为白色针状固体，覆盖于锥形瓶底部。加入氯磺酸后，附着与锥形瓶底部的固体渐渐融化，并放出大量热量，有氯化氢雾气挥发出来，慢慢旋转锥形瓶，促使反应完全进行。温水浴10min钟，使得氯化氢大量跑离体系。注意防护氯化氢气体的腐蚀。氯磺酸与乙酰苯胺反应激烈，将乙酰苯胺凝结在烧

18、瓶周围，可以使反应缓和。当反应过于激烈时，可以适当冷却。装置应密封，导气管末端要与碱液接收瓶的水面接近，当不能出入水中，否则倒吸。将反应瓶至于冰浴中完全冷却后，在通风厨内，搅拌下，将冷的混合物慢慢倒入盛有约160g碎冰的烧杯中，用少量冷水淋洗烧瓶，并将洗涤液倒入烧杯中。搅拌数分钟并尽量将大块固体捣碎，抽滤收集，用少量冷水洗涤，压干。称重。 反应物为暗黄色透明油状液体，将其倾入装有碎冰的烧杯中，顿时放出大量氯化氢雾气，放出的热量迅速使得碎冰融化。同时烧杯中出现大量白色絮状固体，经抽滤压干得对乙酰氨基苯磺酰氯9.64g（含水较多）。加入速度必须缓慢，并充分搅拌，以免局部过热而使乙酰氨基苯磺酰氯水解

19、，此步是关键。实验序号实验七（4）实验项目对氨基苯磺酰胺的制备实验时间实验地点小组成员一目的和要求1.学习磺胺衍生物的合成方法。2.通过磺胺的制备掌握酰氯的氨解和乙酰氨基衍生物水解的实验技术。二实验项目特点（知识、方法、手段等方面的综合点）以合成-分离分析-定性鉴定为模式，综合化合物的制备、检验和产物的应用。1、知识点（1）芳香族化合物的多步骤合成反应知识，中间产品及最终产物的纯化分离及结构表征方法。2、方法与手段（1）教师布置课题、提出实验要求和实验条件；（2）学生查阅文献，设计方案，拟定实验步骤；教师指导，完善和确定方案；三实验原理中间体对乙酰氨基苯磺酰氯分子中存在有磺酰氯基团，性质活泼，

20、先与氨反应转变成磺酰胺，反应体系中使用过量的氨，可以用来中和反应中长生的氯化氢.进一步是乙酰保护基的酸催化水解,得到铵盐,然后,中和游离出对氨基苯磺酰胺产品.对乙酰氨基苯磺酰胺分子存在有两个酰胺键,由于磺酰氨基的水解比乙酰氨基慢得多,只有乙酰氨基被水解,而磺酰胺不被水解.副反应:磺胺氯在水存在下水解成磺酸.副产物对乙酰氨基苯磺酸在中和步骤中成为磺酸钠盐,溶于水中,不影响产品质量。四仪器与试剂1主要试剂及产物的物理常数名称性状相对分子质量(M)相对密度熔点(mp/)沸点(bp/)溶解度水乙醇乙醚苯对乙酰氨基苯磺酰氯白色至灰色晶体233.68149不溶可溶可溶可溶氨水无色透明液体35.0450.9

21、0混溶混溶分层分层盐酸无色透明液体36.461.20-114108混溶混溶不溶不溶碳酸钠白色粉末或颗粒1062.53851溶解不溶不溶不溶2主要试剂用量及规格名 称规 格 用 量gmL摩尔质量mol 理论 实际对乙酰氨基苯磺酰氯制备30.0130.01氨水化学纯15盐酸化学纯33.实验装置五实验步骤及现象实验步骤现 象注意事项称取3g(约0.013mol)自制的对乙酰氨基苯磺酰氯粗产品于100ml锥形瓶中。再搅拌下，缓慢加入（在通风橱内）15ml浓氨水，立即发生放热反应并产生白色糊状物。继续搅拌10min。再加入10ml水，缓缓加热10min，并不断搅拌，以除去多余的氨。得到的对乙酰氨基苯磺酰

22、胺混合物可直接用于下一步实验。也可以将上述对乙酰氨基苯磺酰胺混合物在冰水浴中冷却，抽滤，少量冰水洗涤，干燥。粗产品可用水重结晶，产品熔点为219220 对乙酰氨基苯磺酰氯加入浓氨水后，变为灰色浑浊液，放出大量的热，搅拌10min后，变为灰色糊状物，加入10ml水后加热，以除去多余的氨。 对乙酰氨基苯磺酰胺可溶于过量的浓氨水中，若冷却后结晶析出不多，可以加入稀盐酸至刚果红试纸变色，则对乙酰氨基苯磺酰胺几乎全部沉淀析出。将上述混合物移入圆底烧瓶中，加入3ml浓盐酸，加热回流约30min，冷却至室温，得到几乎澄清的溶液,若有固体析出继续加热，使反应完全。如溶液呈现黄色，并有极少量固体存在，需加入少量

23、活性炭煮沸几分钟，趁热过滤。加入3ml盐酸后进行回流，浑浊消失，溶液有少许灰色，但是仍为澄清液体。趁热过滤以除去溶液中含有的杂质，得到微黄色澄清液体，经冷却有少量絮状物析出。对乙酰氨基苯磺酰胺在稀盐酸中水解成磺胺，后者又可以与过量的盐酸形成磺胺盐酸盐而溶于水，所以水解完成后，反应液冷却无固体析出。粗产品用水进行重结晶（每克粗产物用水1012ml）产量1.82.1g，熔点为161162。纯的对氨基苯磺酰胺为白色针状晶体，熔点为163164。将对氨基苯磺酰胺粗产品加入50ml水中，加热回流，溶液澄清后，倾入烧杯中，冷却结晶，干燥后得产物0.36g，为白色粉末状固体。碳酸钠中和滤液中的盐酸时，伴随着

24、二氧化碳的溢出，控制好加入速度，另外磺胺为一两性化合物，过碱也容易成盐而溶于水，所以要控制好PH防止损失六各个实验的粗产物分离纯化流程图1.苯胺的制备2乙酰苯胺的制备3. 对乙酰氨基苯磺酰氯的制备4. 对氨基苯磺酰胺的制备七结果分析及讨论1产品分析及产率计算(1)a.苯胺的产品分析:产品为无色透明澄清液体,约5.6g。理论产率为：18.92g，产率为29.6%。b.乙酰苯胺的产品分析：产品为白色针状晶体，约5g。理论产率为：8.11g，产率为：61.7%。熔点为114.5114.7。c.对乙酰氨基苯磺酰氯的产品分析： 产品为白色粉末，约1.5g。理论产率为：8.64g，产率为：17.4%。d.

25、对氨基苯磺酰胺的产品分析：产品为灰白色粉末，约0.36g。理论产率为：0.66g，产率为：54.5%.熔点为181.5181.6。（2）对氨基苯磺酰胺的红外分析查阅相关谱图信息,如上图,知道出现如上图谱图则可能含有n-phenyl Amides,即N -苯基酰胺。并对照课本对氨基苯磺酰胺的谱图，基本相近，则产物为对乙酰苯磺酰胺。2对实验现象、实验结果的分析及其结论 本实验经一系列的合成，得到0.36g对乙酰氨基苯磺酰胺，测得熔点为181.5181.6。融程较长，所以物质不纯，但经红外谱图分析，与对乙酰氨基苯磺酰胺谱图相近，含有特征峰。本实验基本成功。但是产品可能含有大量杂质，致使产品熔点偏大，

26、红外谱图出现偏差。3本实验的成败、关键环节及改进措施 本实验的关键步骤在于粗产物的提纯，如果使用的溶剂过多，则会使得产物损失严重而导致产率不高，所以加溶剂的时候可以先稍加少一点，回流之后如发现仍有固体没溶则可以补加少量溶剂，使得溶液澄清。稍冷却则能使得溶液饱和，析出晶体。 改进措施：硝基苯的制备过程毒性较大，所以本实验可以从化学纯硝基苯开始合成，以减少毒性。本实验关键环节注意事项有：（1）先加热使铁粉活化，铁与乙酸作用产生乙酸亚铁，可使铁转变为碱式乙酸铁的过程加速，缩短反应时间，活化时间一定要有5分钟。（2）硝基还原反应是放热反应，滴加过快会导致冲料。注意时时摇动反应瓶。（3）还原必须完全，否

27、则残留的硝基苯在下几步纯化中很难分离，影响产物纯度。（4）如果用盐酸铁作还原剂来还原制苯胺，则反应后要加入饱和碳酸钠至溶液呈碱性后，再进行水蒸气蒸馏，而本实验无需中和即可直接水进行水蒸气蒸馏，这是因为醋酸铁是弱酸弱碱盐，不稳定极易水解。（5）在水蒸气蒸馏至大部分苯胺蒸出时，可能有泡沫产物，应多加注意，防止冲出污染产物。（6）在18时，每100mL水中可溶解苯胺3.6g，为减少苯胺的损失，根据盐析原理，加入食盐饱和水层。但应注意所加之食盐应完全溶解，否则将堵塞活塞芯。加食盐时要逐渐加，直至饱和为止。（7）本次实验如过长，可先做到水蒸气蒸馏结束，分出粗产物为止。蒸馏一步可留待下一次进行。（8）由于

28、Fe3O4粘在反应瓶上，可以用盐酸清洗，洗涤液必须倒入废液桶中。（9）苯胺易氧化，久置后有杂质并带有颜色，会影响乙酰苯胺的质量。所以需要新蒸的无色或淡黄色的苯胺。（10）使用少量锌粉，可防止苯胺在反应过程中氧化而影响乙酰苯胺的产量。若加入过多的锌，会在后处理时生成不溶于水的氢氧化锌。（11）可用带短刺形分馏柱的克式蒸馏头代替。也可用空气冷凝管代替。（12）反应液冷却后，会立即析出固体，沾在瓶壁不易处理，故需趁热倒出。在不断搅拌下倒入冷水，可以防止结成大块，以利于除去过量的醋酸及未作用的苯胺（可以形成苯胺醋酸盐而溶于水）（13）氯磺酸与乙酰苯胺的反应相当激烈，将乙酰苯胺凝结成块状，可以使反应缓和进行。若在瓶壁上有水珠产生，需以滤纸将水珠吸去。（14）氯磺酸对皮肤和衣服有较强的腐蚀性，暴露在空气中会放出大量的氯化氢气体，遇水会发生猛烈的放热反应，甚至爆炸。故使用时需加小心，反应中