重结晶、乙酰苯胺制备.doc

实验二 重结晶提纯法
一、实验目的
   重结晶是纯化和精制固体有机化合物的重要手段，通过本实验熟悉重结晶提纯法及其各项单元操作。
二、实验原理
固体有机物在溶剂中的溶解度与温度有密切关系，一般是温度升高，溶解度增大。利用溶剂对被提纯物质及杂质的溶解度不同，可以使被提纯物质从过饱和溶液中析出，而让杂质全部或大部分仍留在溶液中，或者相反，从而达到分离、提纯之目的。
三、操作要点及说明
    重结晶提纯法的一般过程为：
1、选择适宜的溶剂   某一有机化合物进行重结晶的溶剂应该具有如下性质：（1）与被提纯的有机化合物不起化学反应。（2）对被提纯的有机物应具有热溶，冷不溶性质。（3）杂质化合物的溶解性对温度变化不敏感。（4）对要提纯的有机物能在溶剂中形成较整齐的晶体。（5）溶剂的沸点，不宜太低（易损），也不宜太高（难除）。（6）价廉易得无毒。
选择溶剂时常根据“相似相溶”原理，溶质往往易溶于结构与其相似的溶剂中。可查阅有关的文献和手册，了解某化合物在各种溶剂中不同温度的溶解度；也可通过实验来确定化合物的溶解度，即取少量的重结晶物质在试管中，加入不同种类的溶剂进行预试，筛选出适宜溶剂。
2、将待重结晶物质制成热的饱和溶液   制饱和溶液时，溶剂可分批加入，边加热边搅拌，至固体完全溶解后，再多加20-30%左右（这样可避免热过滤时，晶体在漏斗上或漏斗颈中析出造成损失）也不可加过多溶剂，否则冷后析不出晶体。溶剂量的多少还要考虑结晶析出的难易程度，结晶容易析出的则需适当多加一些溶剂，以抵消热过滤时结晶在滤纸上析出而造成的损失；如果结晶不易析出，可适当少加一些溶剂，以提高重结晶的回收率。本实验因乙酰苯胺较易析出结晶，所以溶剂量适当多加一些。下面以2g乙酰苯胺用水作溶剂重结晶为例说明溶剂用量如何确定。
已知乙酰苯胺在水中，在不同温度下的溶解度数据为：
t(℃) 20 25 50 80 100
g/100ml 0.45 0.56 0.84 3.45 5.5
热过滤时，温度会从100℃迅速下降，按热过滤温度为80℃计算，设2g乙酰苯胺饱和水溶液中的含水量为X，则：
100:3.45=x:2 x=58ml
为了减少饱和溶液热过滤时的损失，溶剂量一般过量20-30%，58+58 30%=75ml
设把重结晶溶液冷却到20℃时结晶完全析出后，过滤出结晶，母液中乙酰苯胺的含量为：
100:0.46=75:x x=0.34g
重结晶回收率为：(2-0.34)/2 = 83%
3、脱色 待溶液稍冷后，加入活性炭（用量为固体1－5％），煮沸5－10min（切不可在沸腾的溶液中加入活性炭，以防暴沸危险。）
4、趁热过滤 除去不溶性杂质 趁热过滤时，先熟悉热水漏斗的构造，放入菊花滤纸（要使菊花滤纸向外突出的棱角，贴于漏斗壁上），先用少量热的溶剂润湿滤纸（以免干滤纸吸收溶液中的溶剂，使结晶析出而堵塞滤纸孔），将溶液沿玻棒倒入，过滤时，漏斗上可盖上表面皿（凹面向下）减少溶剂的挥发，盛溶液的器皿一般用锥形瓶（只有水溶液才可收集在烧杯中）。
5、抽滤 抽滤前先熟悉布氏漏斗的构造及连接方式，将剪好的滤纸放入，滤纸的直径切不可大于漏斗底边缘，否则滤纸会折边，滤液会从折边处流过造成损失，将滤纸润湿后，可先倒入部分滤液（不要将溶液一次倒入）启动水循环泵，通过缓冲瓶（安全瓶）上二通活塞调节真空度，开始真空度可低些，这样不致将滤纸抽破，待滤饼已结一层后，再将余下溶液倒入，此时真空度可逐渐升高些，直至抽“干”为止。注意停泵时，要先打开放空阀（二通活塞），再停泵，可避免倒吸。
6、结晶的洗涤和干燥 用溶剂冲洗结晶再抽滤，除去附着的母液。抽滤和洗涤后的结晶，表面上吸附有少量溶剂，因此需用适当的方法进行干燥。固体的干燥方法很多，可根据所用的溶剂及结晶的性质来选择，常用的方法有以下几种：空气晾干；烘干（红外灯或烘彩）；用滤纸吸干；真空干燥。
四、思考题
   1、重结晶时，溶剂的品种和用量如何确定？
   2、重结晶法一般包括哪几个步骤？各步骤的主要内容是什么？
 3、用活性炭脱色为什么要待固体物质完全溶解后才加入？为什么不能在溶液沸腾时加入？
 4、用水重结晶乙酰苯胺，在溶解过程中为何有油状物出现？
 答：在溶解过程中会出现油状物，此油状物不是杂质。乙酰苯胺的熔点为114℃，但当乙酰苯胺用水重结晶时，往往于83℃就熔化成液体，这时在水层有溶解的乙酰苯胺，在熔化的乙酰苯胺层中含有水，故油状物为未溶于水而已熔化的乙酰苯胺，所以应继续加入溶剂，直至完全溶解。
实验三 乙酰苯胺的制备和重结晶提纯
一、实验目的
1、 了解酰化反应的原理和酰化剂的使用。
2、 掌握回流操作和分馏操作的原理和方法。
3、 掌握重结晶的原理和以水为溶剂进行重结晶的操作方法。
二、实验原理
乙酰苯胺为无色晶体，具有退热镇痛作用，是较早使用的解热镇痛药，有“退热冰”之称。乙酰苯胺本身是重要的药物，而且是磺胺类药物合成中重要的中间体。
乙酰苯胺可由苯胺与乙酰化试剂，乙酰氯、乙酐或乙酸等，反应来制备。反应活性顺序是乙酰氯＞乙酐＞乙酸，本实验选用乙酸作为乙酰化试剂。反应如下：

乙酸与苯胺的反应速率较慢，且反应是可逆的，为了提高乙酰苯胺的产率，一般采用冰乙酸且过量的方法，同时利用分馏柱将反应中生成的水从平衡中移去。
由于苯胺易氧化，加入少量锌粉，防止苯胺在反应过程中氧化。
胺的酰化反应除了在合成上的意义外，还有保护芳环上氨基的作用。由于芳环上的氨基易氧化，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的性质，恢复氨基。同时氨基酰化后降低了氨基在亲电取代反应（特别是卤化）中的活化能力，使其由很强的第Ⅰ类定位基变为中等强度的第Ⅰ类定位基，使反应由多元取代变为有用的一元取代，由于乙酰基的空间位阻,往往选择性的生成对位取代物。如：

主要试剂及产品的物理常数：（文献值）
名 称
分子量
性状
折光率
比重
熔点℃
沸点℃
苯胺
93.13
liq
1.5860
1.02
—6
184
冰醋酸
60.05
liq
1.049
l

 118
乙酰苯胺
135.17
 白色结晶

1.214
114
305
锌粉（粒、片均可）
三、仪器装置和实验步骤
⑴ 铁架台1 双顶丝、万能夹3 加热套1 250、100mL单口烧瓶1 刺型分馏柱1 温度计2 温度计套管2 接收头1 250 mL烧杯2 玻璃棒1 抽滤瓶（缓冲瓶）2 布氏漏斗 1 橡皮塞 1 热过滤漏斗1 滤纸15、10cm 酒精灯1 火柴1
⑵ 实验步骤
1、 投料：6mL(6.1g，0.066mol)新蒸馏过的苯胺和36mL(37.6g，0.63mol)冰醋酸和少许锌粉(1g)，放入250 mL三口烧瓶中，按左图安装反应装置。
2、 反应：小火加热至回流并保持回流，回流过程中，注意调整加热电压，并观察气液界面的位置，高度应超过2/3分馏柱但低于蒸馏头出气口，使反应生成的水馏出而使反应物醋酸回流。温度计水银球应能感受气相温度，读数在100-110℃之间。回流1h后停止加热。
3、 后处理：先将180mL左右冷的蒸馏水盛入250mL大小的烧杯中；不断搅拌烧杯中的水，并趁热将反应液以细流倒入烧杯中，粗乙酰苯胺呈细粒状析出；抽滤；用36mL左右冷水依次洗涤反应瓶、烧杯；（若用热水洗涤，在下一步淋洗操作前，需充分冷却）；淋洗粗产品。
4、 精制：用水重结晶粗品乙酰苯胺。
① 粗品放入150mL左右热水中，加热至微沸，若溶液中有未溶的油珠，则补加热水20~30ml，至油珠完全溶解。

② 若体系颜色较深，应在冷却片刻后缓慢（以防暴沸）加入1.5g活性炭，煮沸3分钟脱色。
③ 用保温漏斗趁热过滤。
④ 充分冷却，数分钟后乙酰苯胺呈无色片状晶体析出。抽滤，晶体晾干后用鼓风烘箱或红外灯烘干。
5、 称重，计算产率 理论产量： 实际产量：
四、实验关键及注意事项
1、 加入锌粉的作用是防止苯胺氧化，用量不易过多。
2、 回流操作过程中，前期可无馏出物，随反应进行和水的生成，后期应控制馏出物少而均匀，总量10~12mL左右。
3、 反应过程中，温度的控制。反应回流时，蒸气高度应超过2/3分馏柱的高度，若加热强度不够时，则可能产生苯胺乙酸盐，而难以产生乙酰苯胺；但若加热过猛，会使乙酸挥发，母液发生显色副反应。
4、 在重结晶操作过程中，注意弄清产物和杂质在各步操作中的存在形式（固、液物态）。加入活性炭时，一定要将溶液冷却至沸点以下，以免产生暴沸而溢出烧杯造成损失。
五、思考题
1、 反应时分馏柱的作用有哪些？为什么要控制分馏柱中蒸汽高度？
2、 根据理论计算，反应完成时应产生几毫升水？为什么实际收集的液体远多于理论量？
3、 请列举酰化反应的意义和实际应用。