实验三-磺胺醋酰钠与合成.doc

实验三 磺胺醋酰钠（Sulfacetamide Sodium）的合成
一、实验目的
1. 通过磺胺醋酰钠的合成，了解用控制pH、温度等反应条件纯化产品的方法。
2. 加深对磺胺类药物一般理化性质的认识。
二、实验原理
磺胺醋酰钠用于治疗结膜炎、沙眼及其它眼部感染。磺胺醋酰钠化学名为N-[（4-氨基苯基）-磺酰基]-乙酰胺钠-水合物，化学结构式为：

磺胺醋酰钠为白色结晶性粉末；无臭味，微苦。易溶于水，微溶于乙醇、丙酮。
合成路线如下：

三、主要实验仪器和药品
表一 所用的玻璃仪器及规格
玻璃仪器名称
规格
数量
三颈烧瓶
100ml
1
球形冷凝管

1
温度计
100℃
1
量筒
5ml
2
50ml
2
胶头滴管
1ml
2
烧杯
50ml
3

250ml
4

1000ml
1
玻璃棒

3
表面皿

1
布氏漏斗

1
抽滤瓶
500ml
1
表二 所用的试剂及规格
药品名称
药品厂家
药品规格
药品用量
磺胺
天津市北联精细化学品开发有限公司
含量不少于99.5%
17.2g
氢氧化钠
上海试剂总厂
含量不少于96.0%

乙酸酐
广东汕头市西陇化工厂
含量不少于99.5%
13.6ml
浓盐酸
上海成海化学工业有限公司
36%~38%

活性炭

表三 所用的设备型号及规格
设备名称
设备规格
设备厂家
集热式恒温加热磁力搅拌器
DF-101S
郑州长城科工贸有限公司
电子天平

赛多利斯科学仪器（北京）有限公司
电热恒温鼓风干燥箱
DHG-9053A
上海精宏实验设备有限公司
子华牌循环水真空泵
SHZ-DⅢ
巩义市予华仪器有限责任公司
真空干燥箱
DZF-6020型
上海精宏实验设备有限公司
X-4显微熔点仪
SGWX-4
上海精密科学仪器有限公司
四、实验步骤
（一）磺胺醋酰的制备
1、在装有搅拌子，球形冷凝管及温度计的100 mL三颈瓶中，依次加入转子,磺胺17.2 g，22.5%氢氧化钠水溶液22 mL，于水浴上加热至50℃左右。实验装置如下图所示

图一 磺胺醋酰制备装置图
2、待磺胺溶解后，分次加入醋酐13.6 mL，77% 氢氧化钠12.5 mL（首先，加入醋酐3.6 mL，77% 氢氧化钠2.5 mL；随后，每次间隔5 min，将剩余的77% 氢氧化钠和醋酐分5次交替加入,每次2ml）。加料期间反应温度维持在50~55℃；并保持反应液的pH在12~13之间,加料完毕继续保持此温度反应30 min。（反应完毕应该为透明的溶液。如果PH过高，则有固形物，可能为磺胺双钠，在下述调节PH至7的过程中发现固形物先溶解，而后在pH 接近7的时候又析出固体。）
3、反应完毕，停止搅拌，将反应液倾入250 mL烧杯中，
4、加入20 mL水稀释，于冷水浴（用1000ml大烧杯装适量自来水）中用36% 盐酸调至pH 为7，放置30 min，并不时搅拌以加速固体析出，抽滤，滤饼（磺胺）弃去。
5、滤液用36% 盐酸调至pH为 4~5，此时又有固体析出，再次抽滤，滤饼（磺胺醋酰和双乙酰化合物的混合物）压紧抽干，得黄色粉末。
6、用3倍量（3 mL / g）10% 盐酸(v/v,即10mL36％的浓盐酸加90ml水)溶解得到的黄色粉末，不时搅拌，尽量使单乙酰物成盐酸盐溶解，放置一段时间后，抽滤除不溶物（双乙酰化物）。
7、滤液加少量活性碳50~60℃加热脱色10 min，抽滤。
8、滤液用40% 氢氧化钠调至pH 5，析出黄色固体（磺胺醋酰），抽滤，压干。置于真空干燥箱中干燥，并测其熔点（mp.179~184℃）。
（二）磺胺醋酰钠的制备
将磺胺醋酰置于50 mL烧杯中，于90℃热水浴上滴加计算量的20%氢氧化钠至固体恰好溶解，放冷，有结晶析出（磺胺醋酰钠），抽滤（用丙酮转移），滤饼压干，置于真空干燥箱中干燥至衡量，计算收率。
注释:
1. 在反应过程中交替加料很重要，以使反应液始终保持一定的pH值（pH 12~13）。否则收率会降低
2. 按实验步骤严格控制每步反应的pH值，以利于除去杂质。
3. 将磺胺醋酰制成钠盐时，应严格控制20% NaOH溶液的用量，按计算量滴加。

由计算可知需2.3 g NaOH，即滴加20% NaOH 11.5 mL便可。因磺胺醋酰钠水溶性大，由磺胺醋酰制备其钠盐时若20% NaOH的量多于计算量，则损失很大。必要时可加少量丙酮，以使磺胺醋酰钠析出。
五、实验注意事项
1．试验中用到的氢氧化钠溶液有多种不同得浓度，切勿用错，否则会导致实验失败。氢氧化钠溶液是质量体积分数，比如：40%得氢氧化钠为40g氢氧化钠加水定容至100ml所得到得溶液。
2．交替滴加醋酐和氢氧化钠溶液，每滴完一种，让其反应5min后，再滴加另一种溶液，用玻璃管滴加，速度以一滴一滴滴下为宜。
3．本实验中，pH的调剂是反应能否成功得关键。
4. 第一步请严格按照加料顺序和加料量。一般都会保持pH =12~13.
六，试验现象和记录
表四 实验现象记录和分析
操作步骤
观察到的现象
现象解释
加入磺胺和22%的氢氧化钠溶液
磺胺全部溶解，溶液颜色为淡黄色
磺胺为白色晶体
水浴加热至50℃,
溶液呈淡黄色

加入乙酸酐3.6ml和77%的氢氧化钠2.5ml
溶液由淡黄色变为亮黄色，温度升到80℃
加入氢氧化钠会反应放热，所以应调低水浴锅温度或者将三颈瓶升高，置于水面上，避免温度骤升而增加副产物的量
间隔5min交替加入乙酸酐和77%氢氧化钠
第一次：加入乙酸酐，生成乳黄色糊状物，间隔5min后，加入氢氧化钠，糊状物变为亮黄色，随后溶解
乳黄色糊状物可能是磺胺，因为磺胺的PKa值最高，加入乙酸酐溶液之前溶液为碱性，加入乙酸酐后，PH降低，磺胺最先析出。加入氢氧化钠，PH升高，析出的磺胺再次溶解
第二次：加入乙酸酐，生成乳黄色糊状物，间隔5min后，加入氢氧化钠，糊状物溶解，溶液呈淡黄色

第三次：加入乙酸酐，无糊状物生成，溶液呈黄色，随后溶液变浑浊，乳黄色糊状物生成。
随着氢氧化钠的滴入，糊状物逐渐溶解，完全溶解后，溶液呈黄色。

第四次的现象与第三次相同上
PH下降至5，加入2ml氢氧化钠将PH调至11-12之间
加入乙酸酐后pH降到5，会有双乙酰化物生成
第五次：加入乙酸酐后，溶液呈黄色，无糊状物生成。PH下降至5，加入2ml氢氧化钠将PH调至11-12之间
。同上
加料完毕继续加热30min
溶液呈淡黄色

加水20ml稀释
有乳黄色晶体析出
磺胺的PKa值最高，加水稀释，pH下降，磺胺开始析出
冷水浴中用36%盐酸调至PH=7
更多晶体析出
PH=7 ， 析出的晶体为磺胺
抽滤
滤渣为乳白色，滤液为亮黄色
滤渣为磺酸，弃去，滤液含磺胺醋酰和双乙酰化物
滤液用36% 盐酸调至pH 4~5
有乳白色固体析出，溶液为淡黄色
析出的磺胺醋酰和双乙酰化物的混合物
抽滤
收集滤渣，弃去滤液
得到乳白色的磺胺醋酰和双乙酰化物固体
用10%盐酸溶解白色固体
固体部分溶解，溶液呈淡黄色
溶解的是磺胺醋酰，不容的是双乙酰化物
抽滤
滤渣、滤液均为淡黄色
手机滤液，弃去滤渣
少量活性炭加热脱色10min
脱色后溶液仍为淡黄色
活性炭脱色效果不佳
抽滤
滤液仍为淡黄色
过滤除去活性炭
滤液用 40%氢氧化钠调PH至5
,溶液开始时为淡黄色，滴加NaOH后，变为亮黄色，PH为5时有黄色淡固体析出
洗出的固体微磺胺醋酰
抽滤
得到淡黄色固体，黏在滤纸上

干燥
得到淡黄色磺胺醋酰粉末

90℃热水浴中滴加计算量的20%氢氧化钠
加热时溶液为亮黄色，放冷，有亮黄色的固体析出
加热制得磺胺醋酰钠的饱和水溶液 ，防风，溶解度减小磺胺醋酰钠固体析出
抽滤，干燥
得到亮黄色固体
得到的固体为磺胺醋酰钠
七、实验结果与分析
表五 实验结果记录
药物名称
质量/g
熔点/℃
磺胺醋酰
3.202
179
磺胺醋酰钠

制得的磺胺醋酰为3.202g，取出0.031g来测其熔点，测得的熔点为179℃。剩余3.171g用来制备磺胺醋酰钠。加入的氢氧化钠为计算量的，从反应方程式中各物材料的摩尔比，可看出磺胺醋酰钠的理论产量可直接用磺胺醋酰计算。磺胺醋酰的相对分子质量为214g/mol，磺胺醋酰钠的相对分子质量为236g/mol，磺胺醋酰钠的理论产量为；
3.171/214*236=3.497g
磺胺醋酰钠的产率为
结果分析
（1）间隔5 min分次加入醋酐和77% 氢氧化钠，每次2ml时要求加料期间反应温度维持在50~55℃；并保持反应液的pH在12~13之间,实际操作时第一次加入氢氧化钠后由于反应放热，温度飙到了将近80℃。第四次和第五次加入醋酸酐之后溶液的pH都降到了5，有点过低了，可能使生成的双乙酰化物增多。反应完毕应该为透明的液体，而我们得到的溶液呈淡黄色，说明除了双乙酰化物之外还有其他副产物生成。造成磺胺醋酰的产量降低。
（2）制备磺胺醋酰钠时，应该加入3ml的计算量的20%氢氧化钠，实际上氢氧化钠还没加完磺胺醋酰固体已经完全溶解了，我们滴加的氢氧化钠可能已经超过了反应本身所需的量，又或者是我们制得的磺胺醋酰纯度不够。使计算的理论产量偏高，磺胺醋酰钠的产率降低。
（3）操作过程中也会损失一部分产品。
八、讨论、心得
做实验的时候因为感冒发烧，都没怎么动手，这份实验报告也是在查文献和自己理解的基础上写成的，所以心得体会也不知道该写些什么。下面就把我查到的可以提高磺胺醋酰钠产率的一些改进方法了总结一下；
（1）加入催化剂 在磺胺醋酰制备中，加少量吡啶做催化剂，可使醋酐酰化能力增强，磺胺利用率有明显提高，
（2）用5%氢氧化钠乙醇液取代20%氢氧化钠水溶液 在磺胺醋酰钠制备过程中，采用20%氢氧化钠水溶液与磺胺醋酰成盐，操作繁琐，需要90℃的水浴加热，在实际操作中发现严格按上述步骤操作，仍很难得到产品，因磺胺醋酰钠易溶于水。根据磺胺醋酰钠略溶于乙醇的物理性质，用5%氢氧化钠乙醇液取代20%氢氧化钠水溶液，并按计算量进行投料。已通过实验验证，此步改进使操作简单化，避免了热水浴，只需在室温中进行，所用乙醇可通过蒸馏回收，重新利用。
（3）磺胺醋酰在体积分数为70 %～75 %的乙醇溶液中溶解度最大,而双乙酰化产物溶解度极小,故可用乙醇代替10%盐酸溶解磺胺醋酰,分离出双乙酰化产物,然后蒸出乙醇和水,得到目标产物。其优点为不经过酸碱中和反应,直接利用待分离物的溶解性差异进行分离,减少了分离步骤,蒸出的乙醇可以套用,减少了对环境的污染,提高了产率
思考题；
1、 酰化液处理的过程中，pH 7时析出的固体是什么？pH 5时析出的固体是什么？10% 盐酸中的不溶物是什么？
答；酰化液处理的过程中，pH 7时析出的固体是磺胺，pH 5时析出的固体是双乙酰化物和磺胺醋酰的混合物，10% 盐酸中的不溶物是双乙酰化物。
2. 反应碱性过强其结果磺胺较多，磺胺醋酰次之，双乙酰物较少；碱性过弱其结果双乙酰物较多，磺胺醋酰次之，磺胺较少，为什么？
答：因碱度过大磺胺双醋酰易水解成磺胺，且易引起磺胺醋酰水解成磺胺；而因碱度过小时，反应过程中易生成较多的N－乙酰磺胺，且磺胺双醋酰分子结构中的N－乙酰基不易水解下来， 所以反应碱性过强其结果磺胺较多，磺胺醋酰次之，双乙酰物较少；碱性过弱其结果双乙酰物较多，磺胺醋酰次之，磺胺较少。

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