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乙酰苯胺的制备实验
2025-09-25 17:55:39 责编:小OO
文档
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。

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