由苯胺设计合成对硝基苯胺.docx
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由苯胺设计合成对硝基苯胺
由苯胺设计合成对硝基苯胺〔实验报告〕
第一部分：
由苯胺合成乙酰苯胺
一、实验目的：
①掌握苯胺以酰化反应的原理和实验操作
②掌握重结晶的方法和操作
③熟悉固体样品熔点的测定方法
二、实验原理：
苯胺可以与乙酰氯、乙酸酐和冰醋酸作用，生成乙酰苯胺。
苯胺和乙酸酐反应是实验室常用的方法，且得到的产物纯度高，产率高，用乙酸做乙酰化试剂反应比较平缓，虽然反应周期长，但乙酸的价格相对较廉价，且比较容易获得。
三、主要药品及其用量
苯胺〔
，5.0mol〕，冰醋酸〔
10ml〕，乙酸酐（
，6ml），冰水
四、实验装置图
五、实验步骤及现象
时间
步骤
现象
备注
14:
00
将三颈瓶和恒压滴液漏斗洗净并放入烘箱中烘干
恒压滴液漏斗上的橡胶塞应该取下
14:
25
向三颈瓶中加入5毫升苯胺和10毫升冰醋酸，向恒压滴液漏斗中加入6毫升乙酸酐
溶液呈淡黄色
14:
30
如下图搭好实验装置，并开启搅拌，逐滴滴加乙酸酐
滴加乙酸酐时不加热
14:
34
溶液仍为淡黄色，无明显变化，乙酸酐滴完
14:
35
开启加热装置，设置温度为175度
14:
55
向三颈瓶中加入5毫升冷水，加热煮沸
有大量液体回流，溶液呈橙红色
温度不应该高于120摄氏度
15:
00
停止加热，对三颈瓶中的溶液进行冷却
自然冷却
15:
19
将冷却后的溶液缓慢加入到30毫升冰水中
烧杯中的物质变成浅粉色，大量白色固体析出
15:
20
使烧杯静置
少搅拌摇晃
15:
35
将烧杯中的物质进行抽滤，用冰水洗涤两次
固体呈微粉色
15:
40
将固体转移至干净的外表皿中，放入烘箱中烘干
15:
50
洗净玻片，将其擦干并放入烘箱中烘干
15:
57
将产品从烘箱中拿出
产品为白色晶体
16:
00
制作两个玻片，观测其熔点
16:
05
将产品转移至烧杯中，加入54毫升水，放在电磁炉上进行加热
产品质量为9.60克
16:
15
烧杯中固体溶解，有少量油状物质未溶
向烧杯中加入少量水，直至烧杯中的物质完全溶解
16:
16
将布氏漏斗洗净，并放入烘箱中烘热
布氏漏斗的橡胶套在进烘箱之前应当取下
16:
20
对烧杯中的热饱和溶液进行趁热过滤
抽滤瓶中有大量白色固体析出
16:
22
将滤瓶中的混合物转移至小烧杯中进行冷却
继续有大量白色晶体析出
16:
45
将烧杯中的混合物进行抽滤
得到白色晶体
16:
55
将产品转移至外表皿中，放入烘箱中干燥
17:
07
将产品称量装袋
5.89克
熔点测得为100-105摄氏度
六、产品与产率
理论产量为：
7.41克
产率为：
〔5.89/7.41〕×100%=79.79%
由苯胺制备乙酰苯胺的反应，其转化率本不可能到达百分之百，因为该反应为可逆反应。
同时，在反应过程中，由于温度的控制差异，反应过程中可能存在某些副反应，也会降低乙酰苯胺的产率。
实验最后，对乙酰苯胺粗产品进行重结晶的过程，也会损失部分的乙酰苯胺。
七、思考题
1.实验过程中为什么要温和回流15分钟？
答：
因为溶解时温度不宜超过25摄氏度，防止生成的乙酰苯胺水解，同时，在此温度下完全溶解需要15分钟。
2.为什么实验过程中需要再加5毫升并且煮沸？
答：
目的是使乙酸酐水解获得乙酸，提供足量的酰化试剂，提高苯胺的转化率，使反应更加充分。
3.为什么要将反应液倒入30毫升冰水中？
答：
根据乙酰苯胺在不同温度时水中溶解度的差异，将反应获得的产品乙酰苯胺从反应体系中别离出来。
第二部分：
由乙酰苯胺合成对硝基苯胺
一、实验目的：
①了解芳香族硝基化合物的制备方法，尤其是由芳胺制备芳香族硝基化合物的方法
②掌握邻硝基苯胺和对硝基苯胺的别离方法
二、实验原理
三、主要药品及其用量
乙酰苯胺〔2.4克〕，冰醋酸〔4毫升〕，浓硫酸〔5毫升〕，混酸〔2.0毫升浓硫酸，1.5毫升浓硝酸〕，40%的硫酸〔10毫升〕，20%的氢氧化钠溶液
四、实验装置图
五、实验步骤及现象
时间
步骤
现象
备注
14:
00
将产品放入外表皿中，放入烘箱中烘干
14:
05
涮洗一个25毫升的锥形瓶和一个50毫升的圆底烧瓶
14:
10
向锥形瓶中加入1.5毫升浓硝酸，将其放在冰水浴中，并放入搅拌子
制备混酸，应将浓硫酸加入到浓硝酸中
14:
13
向小试管中加2毫升浓硫酸，用胶头滴管，逐滴加入到锥形瓶中，并不断搅拌
混合酸呈现淡淡的黄色
14:
20
称取2.4克乙酰苯胺，将其转移到烧瓶中，再加入4.0毫升冰醋酸
液体为乳白色的混浊液
14:
35
将冷却后的混酸逐滴滴加到烧瓶中，冰水浴，且不断地搅拌
乳白色的混浊液逐渐变成澄清溶液，且逐渐变成黄色
14:
40
将混合溶液开始静置
15:
10
将混合溶液倒入布氏漏斗中进行抽滤，并用冷水洗涤两次
得到奶黄色的固体
15:
15
将固体转移至外表皿中，放入烘箱中烘干
15:
46
取少量样品制成玻片，观测其熔点
92-98度
15:
50
向烧瓶中加入10毫升40%的硫酸溶液，将样品转移一部分进入烧瓶中
16:
00
加热搅拌进行回流
溶液变成浅黄色乳浊液
16:
09
乳浊液的颜色加深，变成橙黄色，溶液相对变稀，变成橙红色澄清透明均一的溶液
16:
20
停止加热回流，将溶液倒入15毫升冷水中，并冷却
溶液颜色变淡，变成橘粉色
16:
25
向烧杯中逐滴滴加40%的氢氧化钠溶液
有大量橘黄色沉淀产生，试纸变为深蓝色
16:
30
将溶液倒入布氏漏斗中抽滤，用冰水洗涤两次
布氏漏斗中得到橘黄色晶体
16:
45
将固体转移至外表皿中，放入烘箱中烘干
17:
30
将外表皿中的产物转移至产品袋中，并称量其质量
1.01克
六、产品与产率
理论产量：
2.45克
产率为：
〔1.01/2.45〕×100%=41.22%
乙酰苯胺经硝化、水解制得对硝基苯胺和邻硝基苯胺，这两步都不是完全反应，此为产率达不到100%的主要原因。
其次，由于乙酰苯胺中滴加混酸的速率有差异，可能导致一小部分产品碳化。
同时，在多次抽滤洗涤滤渣的过程中，多少仍旧会有一部分产品的损失。
七、思考题
1.催化剂的用量一般为多少？
答：
一般催化剂的量占1%-5%〔摩尔比〕，如果底物翻倍，催化剂应该要翻倍的，催化剂的量主要跟催化剂的催化活性有关系，如果是贵金属催化剂，比方钌，钯，铑等催化剂，一般用量为0.5%，假设是铜，镍，铬之类的，为3%-10%。
第三部分：
水蒸气蒸馏和薄层层析
一、实验目的：
①掌握水蒸气蒸馏的基本操作和原理
②掌握薄层层析的基本操作和原理
③学会用水蒸气蒸馏和薄层层析别离对硝基苯胺和邻硝基苯胺的原理和操作
二、实验原理
水蒸气蒸馏的原理：
水蒸气蒸馏是别离和纯化有机物的常用方法之一，尤其是在反应产物中有大量树脂状或焦油状杂质的情况下，效果较一般的=蒸馏或重结晶为好。
使用这种方法时，被提纯物质应该具有以下条件：
不溶或几乎不溶于水，在沸腾下长时间与水共存而不起化学变化；在100摄氏度左右时必须具有一定的蒸汽压，一般不小于1.33kpa。
当与水不相混溶的物质与水一起存在时，它们的蒸汽压力P根据道尔顿分压定律，应为水蒸气压PA和此物质蒸汽压PB之和，即P=PA+PB。
P随温度升高而增大，当温度升高到使P等于外界大气压时，该体系开始沸腾，这时的温度为该体系的沸点，此沸点必须较体系中任一组分的沸点都低。
蒸馏时，混合物沸点保持不变，直至该物质全部随水蒸出，温度才会上升至水的沸点。
蒸出的是水和与水不混溶的物质，很容易别离，从而到达纯化的目的。
薄层层析的原理：
薄层色谱分为薄层吸附色谱和薄层分配色谱两种。
薄层色谱是将吸附剂均匀的涂在玻璃板〔或某些高分子薄膜〕上作为固定相，经干燥、活化后点上待别离的样品，用适当极性的有机溶剂作为展开剂〔即流动相〕。
当展开剂在吸附剂上展开时，由于样品中各组分对吸附剂吸附能力不同，发生了无数次吸附和解吸附的过程，吸附能力弱的部分〔极性较弱的〕随流动相迅速向前移动，吸附能力强的组分〔极性较强的〕移动慢。
利用各组分在展开剂中溶解能力的不同，最终将各组分分开。
如果各组分本身有颜色，则薄层板干燥后会出现一系列高低不同的斑点，如果本身无色，则可用各种显色方法使之显色，以确定斑点的位置。
三、主要药品及其用量
对硝基苯胺粗产品〔0.4克〕，展开剂〔石油醚：
乙酸乙酯=2:
1〕，二氯甲烷〔60毫升〕，无水硫酸镁
四、实验装置图
水蒸气蒸馏：
薄层层析：
五、实验步骤及现象
时间
步骤
现象
备注
13:
30
称取对硝基苯胺粗产品0.41克
13:
32
称取15毫升水，加入到三颈瓶中
13:
35
如图搭好实验装置图，加热水蒸气蒸馏装置
14:
00
对三颈瓶中的溶液进行水蒸气蒸馏
14:
15
第一滴馏出液蒸出
14:
27
蒸出大约30毫升溶液，更换接收的锥形瓶，继续蒸馏
蒸出的溶液呈金黄色
14:
32
蒸出大约10毫升溶液
14:
33
由于水蒸气蒸馏中水蒸气产生的速率过快，导致三颈瓶中溶液的量过多，因此将水蒸气蒸馏改为常压蒸馏
14:
40
以石油醚：
乙酸乙酯=2:
1的配比制备展开剂
14:
50
三颈瓶上方有白色的水蒸气产生
14:
59
常压蒸馏蒸出第一滴馏出液
15:
10
萃取第一次馏出液
溶液分层，上层为金黄色，下层为荧光绿色
15:
21
萃取第二次馏出液
上下层溶液都呈现为淡淡的荧光绿色
15:
31
将三颈瓶架起，对其进行自然冷却
15:
43
三颈瓶中有针状晶体析出
15:
44
将三次萃取获得的有机相用无水硫酸镁干燥，抽滤后，将滤液转移至烧瓶中，对其进行旋转蒸除
转速为55
溶液为橘红色
烧瓶中溶液的量略有减少
烧瓶中溶液的量太多，在旋转蒸除的过程中应将烧瓶逐渐浸入水中，且要逐渐增大旋转蒸发的转速
15:
45
设置转速为60
15:
46
增加转速至66
15:
48
烧瓶中溶液的量明显减少
15:
50
停止旋转蒸馏
烧瓶中有橘黄色的晶体析出
16:
04
对三颈瓶中的混合物进行抽滤，冷水洗涤两次
得到金黄色的针状晶体
16:
10
将抽滤得到的产品转移到称量纸上进行称量
得到较纯的对硝基苯胺0.26克
16:
13
将烧瓶中旋转蒸除得到的物质转移到称量纸上进行称量
0.14克
六、实验过程图片
第四部分：
柱层析
一、实验目的：
①了解柱层析的基本原理
②掌握柱层析的基本实验操作
③用柱层析别离对硝基苯胺和邻硝基苯胺，得到其溶液
二、实验原理
柱层析原理：
本实验中使用的柱层析属于吸附柱层析。
将吸附剂均匀致密地填充在层析柱中，使其呈一圆柱状，为固定相；将待别离的样品制成溶液样，从柱顶加入，混合物各组分即吸附在吸附剂颗粒外表。
选取合适的溶剂自柱顶向下均匀淋洗，对样品中的各组分的分子，溶解度大的易分配进入流动相，而极性小者易被其他分子替换。
同种分子各方面相同，下行速率也应相同，不同分子下行速率不同，即在柱上拉开距离。
用不同的接收容器分别接收各组分的溶液，蒸除溶剂即可得到纯品。
三、主要药品及其用量
装柱的药品：
棉花，海砂，硅胶粉
石油醚，乙酸乙酯，展开剂〔石油醚：
乙酸乙酯=2:
1〕
四、实验装置图
五、实验步骤
柱层析别离对硝基苯胺和邻硝基苯胺
称取0.05克对硝基苯胺，准备进行以下操作：
①湿法装柱
取一根层析柱和一根长玻璃棒〔长度大于层析柱的深度，一端带有橡皮套〕，在层析柱的活塞处涂上真空脂。
将层析柱固定在铁夹上，使其呈竖直状态，关闭活塞。
通过漏斗向柱中加入少量溶剂〔展开剂〕，观察活塞处是否漏液，在管口下端放一锥形瓶，开启活塞，观察液体能否顺利流出。
否则需要检查真空脂是否涂得足够，或是否有真空脂堵塞活塞上的小孔。
关闭活塞，向柱中加入一半溶剂，放入一小片棉花，用玻璃棒将其压入到底部并挤出气泡，将活塞开到最大，确保液体能以每秒不少于一滴的速率流出。
向小烧杯中加入20克硅胶粉，加入少量溶剂搅成悬浮液，迅速加入到层析柱中。
打开活塞，用锥形瓶承接液体，继续加入悬浮液，用少量溶剂洗涤烧杯和漏斗内壁，使所有硅胶进入到层析柱中，并使硅胶顶部仍有1cm左右的液体，用玻璃棒一端的橡皮轻敲柱外壁，使硅胶紧密。
②洗脱和收集
取假设干支试管，依次编号。
打开活塞使液体留下，开始放出的液体为无色，可不用试管收集，待柱中的黄色部分移动到接近柱底时，开始用试管承接淋洗液，每只试管承接液体的体积可不固定，但需依据柱中颜色判断是否需要更换承接淋洗液的试管。
收集时，必须时刻保持吸附剂上端溶剂的量，保持其溶剂始终高于吸附剂，以免气泡被带入吸附剂中〔随着溶剂不断从吸附剂上端通过吸附剂流出层析柱，柱中逐渐形成两层黄色色带，黄色色带下面的颜色较浅，且色带会随溶剂向下移动〕。
六、实验过程图片
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