乙酰苯胺的方案.doc

乙酰苯胺合成方案
一、 性质和结构:
乙酰苯胺, 学名N-苯(基)乙酰胺, 白色有光泽片状结晶或白色结晶粉末, 是磺胺类药品原料, 可用作止痛剂、 退热剂、 防腐剂和染料中间体。
名称: 乙酰苯胺; N-苯(基)乙酰胺
分子式: C8H9NO; CH3CONHC6H5分子量: 135.1652
结构式 :
乙酰苯胺结构式

性状: 白色有光泽片状结晶或白色结晶粉末, 在水中再结晶析出呈正交晶片状。无臭或略有苯胺及乙酸气味。
溶解情况: 溶解度: 水0.56（25℃）、 3.5（80℃）、 18（100℃）; 乙醇36.9（20℃）, 甲醇69.5（20℃）, 氯仿3.6（20℃）, 微溶于乙醚、 丙酮、 甘油和苯。不溶于石油醚。
二、 试验目
1.学习试验室制备芳香族酰胺原理和方法。
2.训练固体有机物过滤、 溶解、 洗涤、 脱色、 重结晶、 干燥等纯化技术
三、 试验原理
乙酰苯胺为无色晶体, 含有退热镇痛作用, 是较早使用解热镇痛药, 有“退热冰”之称。乙酰苯胺可由苯胺与乙酰化试剂如: 乙酰氯、 乙酐或乙酸等直接作用来制备。反应活性是乙酰氯＞乙酐＞乙酸。因为乙酰氯和乙酐价格较贵, 本试验选择乙酸作为乙酰化试剂。反应以下:

乙酸与苯胺反应速率较慢, 且反应是可逆, 为了提升乙酰苯胺产率, 通常采取冰乙酸过量方法, 同时利用分馏柱将反应中生成水从平衡中移去。因为苯胺易氧化, 加入少许锌粉, 预防苯胺在反应过程中氧化。乙酰苯胺本身是关键药品, 而且是磺胺类药品合成中关键中间体。本试验除了在合成上意义外, 还有保护芳环上氨基作用。因为芳环上氨基易氧化, 通常先将其乙酰化, 然后再在芳环上接上所需基团, 再利用酰胺能水解成胺性质, 恢复氨基。如:

四、 试验用具
试剂: 苯胺5.1g(5ml、 0.055mol), 冰醋酸8.9g(8.5ml、 0.15mol), 锌粉, 活性炭。
器材: 锥形瓶（50或100ml,19＊1）, 维氏分馏柱（200mm,19＊3）接收管（19＊1）, 锥形瓶（50ml）, 温度计（C）。烧杯（250或400ml）, 布氏漏斗(60mm), 吸滤瓶
名称
分子量
用量或
理论产量
状态
熔点
（℃）
沸点
（℃）
密度
水中
溶解度
折光率
苯胺
93.12
5ml（0.055mol）
液体
-6.3
184
1.022

冰醋酸
60.05
7.4ml(0.13mol)
固体

117.9
1.0492

锌粉
65.37
0.1g
固体
419.5
908
7.14

活性炭
12.00
0.5g
固体

乙酰苯胺
131
7.4g
固体
114.3
305

5.2%(83.2℃)

五、 试验步骤

六、 试验步骤:
在50ml圆底烧瓶中加入5ml新蒸馏C6H5NH2（0.05mol）、 7.5mlCH3COOH（0.1mol）及少许锌粉（约0.1g）(思索题1, 2)。依次安装分馏柱、 蒸馏头、 温度计、 接液管, 接液管伸入10ml小量筒内, 搜集蒸出水和乙酸。
用电热套将溶液缓慢加热, 使反应物保持微沸约15min。然后逐步升高温度, 保持温度计读数在105℃左右（思索题3）, 约经过45min, 反应生成水及部分醋酸可蒸出（约4ml）。当温度计读数下降时, 反应即达终点, 停止加热。
在不停搅拌下, 将反应物趁热慢慢倒入盛有100ml冷水烧杯中（思索题4）, 继续搅拌, 充足冷却, 使粗乙酰苯胺成细粒状完全析出。抽滤, 用5～10ml冷水洗涤粗产品。将粗产品转移到盛有150ml热水烧杯中, 加热至沸, 假如仍有未溶解油珠（思索题5）, 需补加热水, 直到油珠溶解完全, 再多加20%热水。稍冷, 加入0.2g活性炭(思索题6), 煮沸几分钟, 趁热用热水漏斗过滤, 冷却滤液, 待析出晶体后, 抽滤, 将产品转移至一个预先称重表面皿中, 晾干或置于烘箱中在100℃以上烘干。（思索题7）称重, 熔点114℃。
提纯: 将粗乙酰苯胺转入盛有100mL热水烧杯中, 加热至沸, 使之溶解, 如仍有未溶解油珠, 可补加热水, 至油珠全溶。稍冷后, 加入约1g活性碳, 在加热下搅拌几分钟, 趁热用热水漏斗过滤, 将滤液自然冷却至室温, 析出乙酰苯胺白色结晶。抽滤, 将产品放入洁净表面皿里在100℃以下烘箱中烘干, 得干燥精品乙酰苯胺, 称量。
七、 仪器装置

八、 操作关键点和说明
1.合成
（1）.反应物量确定:
　　本试验反应是可逆, 采取乙酸过量和从反应体系中分出水方法来提升乙酰苯胺产率, 但随之会增加副产物二乙酰基苯胺生成量。二乙酰苯胺很轻易水解成乙酰苯胺和乙酸, 在产物精制过程中经过水洗、 重结晶等操作, 二乙酰基苯胺水解成乙酰苯胺和乙酸, 经过滤可除去乙酸, 不影响乙酰苯胺产率和纯度。苯胺极易氧化, 在空气中放置会变成红色, 使用时必需重新蒸馏除去其中杂质。反应过程中加入少许锌粉。锌粉在酸性介质中可使苯胺中有色物质还原, 预防苯胺继续氧化。在试验中能够看到, 锌粉加得适量, 反应混合物呈淡黄色或靠近无色。但锌粉不能加得太多, 首先消耗乙酸, 其次在精制过程中乙酸锌水解成氢氧化锌, 极难从乙酰苯胺中分离出来。
（2）.合成反应装置设计:
水沸点为100℃, 乙酸沸点为117℃, 二者仅差17℃, 若要分离出水而不夹带更多乙酸, 必需使用分馏反应装置, 而不能用蒸馏反应装置。本试验用分馏柱。通常有机反应用耐压、 耐液体沸腾冲出圆形瓶作反应器。因为乙酰苯胺熔点为114℃, 稍冷即固化, 不易从圆形瓶中倒出, 所以用锥形瓶作反应器更方便。分出水量极少, 分馏柱能够不连接冷凝管, 在分馏柱支口上直接连尾接管, 兼作空气冷凝管即可, 使装置更简单。
为控制反应温度, 在分馏柱顶口插温度计。
（3）.操作条件控制
保持分馏柱顶温度低于105℃稳定操作, 开始缓慢加热, 使反应进行一段时间, 有水生成后, 再调整反应温度使蒸汽缓慢进入分馏柱, 只要生成水速度大于或等于分出水速度, 即可稳定操作, 要避免开始强烈加热。
反应终点可由下列参数决定:
a.反应进行40-60min。
b.分出水量超出理论水量（1g）, 但这和操作情况和分馏柱效率相关, 假如乙酸蒸出量大, 分出“水量”就应该多。
c.反应液温度升高, 瓶内出现白雾。
2.产物分离精制
（1）产物经洗涤,过滤等操作后, 用重结晶方法进行精制, 乙酸苯胺重结晶常见溶剂有甲苯, 乙醇与水混合溶剂和水等。本试验用水作重结晶溶剂, 其优点是价格廉价, 操作简化, 降低试验环境污染等。又将用活性炭脱色与重结晶两个操作结合在一起, 深入简化了分离纯化操作过程。
依据乙酸苯胺－水相图可知乙酸苯胺在水中溶解度与温度关系为:
温度（℃）
25
31
50
60
70
80
83.2
90
100
乙酰苯胺饱和浓度（%）
0.52
0.63
1.25
2.0
3.2
4.5
5.2
5.8
6.5
乙酰苯胺在水中含量为5.2％时, 重结晶效率好, 乙酰苯胺重结晶产率最大。在体系中含量稍低于5.2％, 加热到83.2℃时不会出现油相, 水相又靠近饱和溶液, 继续加热到100℃, 进行热过滤除去不溶性杂质和脱色用活性炭, 滤液冷却, 乙酰苯胺开始结晶, 继续冷却至室温（20℃）,过滤得到晶体乙酰苯胺纯度很高, 可溶性杂质留在母液中。
本试验乙酰苯胺理论产量为7.4g, 需150ml水才能配制含量为5.2%溶液, 但每个学生转化率不一样, 在前几步过滤、 洗涤等操作中又有不一样损失, 同学间乙酰苯胺量会有很大差异, 极难估量用水量。一个经验措施是按操作步骤给出产量5g（初做学生极难达成）,估量需水量为100ml,加热至83.2℃,假如有油珠, 补加热水, 直至油珠溶完为止。部分同学加水过量, 可蒸发部分水, 直至出现油珠, 再补加少许水即可。
为使热过滤顺利进行, 避免乙酰苯胺析出, 必需先将漏斗预热充足,快速取出、 装配、 过滤, 被滤液也应加热至沸立即过滤。重结晶操作时, 乙酰苯胺不宜长时间加热煮沸。
热过滤滤纸要用优质滤纸。滤纸要剪好, 预防穿滤。减压抽滤时, 真空度不宜太高, 不然滤纸在热溶液作用下易破。
(2) 活性炭能够吸附有色物质, 使用活性炭脱色注意以下几点:
① 用量依据杂质颜色而定, 通常见量为固体容量1%～5％, 煮沸5～10min。一次脱色不好, 可再加活性炭, 反复操作。
② 注意不能向正在沸腾溶液中加入活性炭, 以免溶液爆沸。
③ 活性炭对水溶液脱色很好, 对非极性溶液脱色较差。
④ 如发觉滤液中有活性炭时, 应重新加热过滤
（3）减压过滤
用布氏漏斗趁热过滤时, 为了避免在漏斗中析出晶体, 需用热水浴或蒸气浴把漏斗预热, 然后用来减压过滤。抽滤瓶也可同时预热。布氏漏斗中铺圆形滤纸要剪得比漏斗内径小, 使其紧贴于漏斗底壁。在抽滤前先用少许溶剂把滤纸润湿, 然后打开水泵将滤纸吸紧, 预防固体在抽滤时从滤纸边缘吸入瓶中。布氏漏斗斜口要远离抽气口, 用玻璃棒引导将脱色后固液混合物分批倒入布氏漏斗中抽滤。过滤完成后, 关闭水泵前应先将抽滤瓶与水泵间连接橡皮管断开, 以免水倒流入抽滤瓶内。
（3）结晶析出
结晶时, 让溶液静置, 使之慢慢地生成完整大晶体, 若在冷却过程中不停搅拌则得较小结晶。若冷却后仍无结晶析出, 可用下列方法使晶体析出:
① 用玻璃棒摩擦容器内壁;
② 投入晶种;
③ 用冰水或其她冷冻溶液冷却, 假如不析出晶体而得油状物时, 可将混合物加热到澄清后, 让其自然冷却至开始有油状物析出时, 立刻用玻璃棒猛烈搅拌, 使油状物分散在溶液中, 搅拌至油状物消失为止, 或加入少许晶种。
（4）滤饼洗涤
把滤饼尽可能抽干、 压干, 拔掉抽气橡皮管, 使恢复常压。把少许溶剂均匀地洒在滤饼上, 使溶剂恰能盖住滤饼。静置片刻, 使溶剂渗透滤饼, 待有滤液从漏斗下端滴下时, 重新抽气, 再把滤饼抽干。这么反复几次, 就可洗净滤饼。
九、 注意事项
1、 因属小量制备, 最好用微量分馏管替换刺形分馏柱。分馏管支管用一段橡皮管与一玻璃弯管相连玻管下端伸入试管中, 试管外部用冷水浴冷却。
2、 活性炭脱色: 其用量要依据反应液染色而定, 无须正确称量, 通常加半牛角勺即可。尤其注意不要在溶液沸腾时加入, 以防暴沸。
3、 热过滤时, 玻璃漏斗必需预先在热水中充足预热, 尽可能降低产物在滤纸上结晶析出。
4、 扇形滤纸折叠: 扇形滤纸作用是增大母液与滤纸接触面积, 加紧过滤速度, 在折叠扇形滤纸时, 注意不要将滤纸顶部折破。
5、 分馏时, 应检验分馏柱保温情况, 反应温度保持在105 oC左右。
6、 调整温度控制馏出速度。
7、 当温度计读数上下波动（或反应器中出现白雾）时, 反应达成终点。
8、 应以细流形式趁热倒出反应液, 同时猛烈搅拌使粗乙酰苯胺分散析出。
9、 结晶时, 要估量所得粗酸乙酰苯胺量, 依据其溶解度数据加水。
10、 滤液要慢慢冷却, 这么得到结晶, 晶形好, 纯度高。假如没有晶体析出, 可用玻棒摩擦产生静电, 加强分子间引力, 同时使分子相互碰撞吸力增大, 使晶体加速析出, 另外, 蒸发溶剂、 深度冷冻或加晶种都可使晶体加速析出。
11、 苯胺有毒, 醋酐有刺激性, 不要接触皮肤, 立刻盖紧试剂瓶。
12、 干燥时乙酰苯须在100 oC以下。
13、 熔点测定应先粗测, 再精测。
14、 停止抽滤前, 应先将吸滤瓶上橡皮管拨去, 以防水泵水发生倒吸。
15、 洗涤时, 应先拨开吸滤瓶上橡皮管, 加少许溶剂在滤饼上, 溶剂用量以使晶体刚好湿润为宜, 再接上橡皮管将溶剂抽干。
十、 讨论题:
思索题1: 为何使用新蒸馏苯胺？
思索题2: 试验中加入锌粉目是什么？
思索题3: 为何保持温度在105℃左右？
思索题4: 为何将反应物趁热慢慢倒入冷水中？
思索题5: 假如仍有未溶解油珠, 该油珠是什么？
思索题6: 是否能够直接向热溶液中加入活性炭？
思索题7: 抽滤过程怎么洗涤晶体？

思索题1答: 苯胺久置, 颜色变深, 会影响乙酰苯胺质量, 故最好用新蒸馏苯胺。
思索题2答: 锌粉作用时预防苯胺在反应过程中被氧化, 但不宜过多, 不然在后处理过程中会出现不溶于水氢氧化锌。
思索题3答: 关键由原料CH3COOH（b.p.118℃）生成物水（b.p.100℃）沸点所决定 。控制在105℃这么能够确保原料CH3COOH充足反应而不被蒸出, 生成水立刻移走促进反应向生成物方向移动, 有利于提升产率。
思索题4答: 反应物冷却后, 固体产物析出沾于瓶壁不易处理, 故需趁热在搅动下倒入冷水中, 以除去过量乙酸及未作用苯胺（它可成为苯胺乙酸盐而溶于水）。
思索题5答: 此油珠是熔融状态含水乙酰苯胺（83℃时含水13%）。假如溶液温度在83℃以下, 溶液中未溶解乙酰苯胺以固态存在。
思索题6答: 不能, 假如直接向热溶液中加入活性炭, 将发生暴沸, 所以必需稍微冷却后, 再加活性炭。
思索题7答: 洗涤晶体时, 先将连接安全瓶（抽滤瓶）橡胶管拔下, 然后用少许冷水润湿晶体, 再抽干, 如此反复2-3次。