磺胺的合成多步骤合成对氨基苯磺酰胺.docx

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磺胺的合成多步骤合成对氨基苯磺酰胺

广州大学化学化工学院

本科学生综合性、设计性实验报告

实验课程有机化学基础实验

实验项目磺胺的合成-多步骤合成对氨基苯磺酰胺

专业班级

学号姓名

指导教师

开课学期至学年学期

时间年月日

磺胺的合成

—多步骤合成对氨基苯磺酰胺

姓名：

摘要：

对氨基苯磺酰胺作为一种简单的磺胺药，投入大量生产。

能抑制多种细菌和少数病毒的生长和繁殖，用于防治多种病菌感染。

本实验以苯为原料经过硝化、还原、酰胺化、氯磺化、氨置换、水解及中和等一系列反应，得到磺胺。

最后通过测定熔点和红外光谱图鉴定磺胺的结构。

关键词：

对氨基苯磺酰胺、磺胺药物，红外光谱

Abstract:

Asasimplesulfadrugs,Sulfanilamideputintomassproduction.Sulfadrugscaninhibitthegrowthandmultiplicationofcertainkindsofbacteriaandafewvirusforthepreventingbacteriainfections.Inthisexperiment,benzenewastreatedbynitration,reduction,acylation,chlorine,ammoniasubstitution,hydrolysisandaseriesofreactionstogetsulfanilamide.ThestructureofsulfanilamidewascharacterizedbymeltpointandIRspectraanalysis.

Keywords:

Ammoniump-aminobenzenesulfonicacid,sulfadrugs,IR

前言：

磺胺药物是含磺胺基团合成抗菌药的总称，能抑制多种细菌和少数病毒的生长和繁殖，用于防治多种病菌感染。

具有抗菌谱广、较为稳定、不易变质等特点。

可以口服，吸收较迅速，但是不同于抗生素，属于化学药品。

其不足之处是，绝大多数磺胺药的抗菌力较弱，对细菌只能抑制不能将其杀死；而且口服容易引起恶心，呕吐等胃肠道反应。

磺胺药曾在保障人类生命健康方面发挥过重要作用，在抗菌素问世后，虽然失去了先前作为普遍使用的抗菌剂的重要性，但在某些治疗中仍然应用。

因此，学习和掌握磺胺类药物的合成有重要的意义。

实验目的

A掌握硝基苯的还原反应，苯胺的酰化反应，苯环上的磺化反应。

B掌握各类反应的实验方法和实验原理。

C巩固水蒸气蒸馏，简单蒸馏，固体提纯，熔点测定，红外光谱测定等知识。

D通过硝化、磺化等综合性实验，全面培养我们的综合能力。

反应与讨论：

（一）设计路线与实验原理

制备苯胺：

制备乙酰苯胺：

副反应：

对乙酰氨基苯磺酰胺

制备对氨基苯磺酰胺

实验流程图：

苯胺的制备

乙酰苯胺的制备

对乙酰氨基苯磺酰氯的制备

对氨基苯磺酰胺的制备

粗产物分离流程图：

1苯胺

2乙酰苯胺

3对乙酰氨基苯磺酰氯

4对氨基苯磺酰胺

三、实验参数

名称

分子量

性状

密度/g/cm3

熔点/℃

沸点/℃

溶解度

水

油

苯胺

93.12

无色油状液体

1.02

-6.2

184.4

微溶

易溶于乙醇、乙醚等

乙酸

60.05

无色液体

1.05

16.6

118.1

易溶

易溶于乙醇、乙醚和CCl4

乙酰苯胺

氯磺酸

对乙酰基苯磺酰氯

对乙酰基苯磺酰胺

对氨基苯磺酰胺

135.17

116.52

233.64

214.23

172.21

白色结晶或粉末

无色或黄色液体

白色或粉红色粉末

白色粉末

白色粉末

1.22

1.08

114.3

151

149

219

164.5-166.5

304

80

微溶于冷水，溶于热水

溶

微溶

微溶

微溶

溶

溶

溶

溶

溶

具体合成步骤：

1苯胺的合成：

在—个250mL三口烧瓶中，放置20g（0.35mol）铁屑和30mL水，再加2mL冰醋酸，振荡混合。

装上回流冷凝管，用小火煮沸5~10min[1]。

稍冷，从冷凝管上端分批加入10.5mL（12.5g，0.1mol）硝基苯。

每次加完后，须振摇烧瓶使反应物充分混合①，由于反应放热足以使反应混合物沸腾[2]。

加完后，加热回流0.5~1h，并时加振摇，使反应完全[3]。

稍冷，反应混合物加入饱和Na2CO3至碱性②，然后进行水蒸气蒸馏[4]，直到馏出液变清、无明显油滴为止。

分出有机层，水层用精盐饱和，用乙醚（20mL×2）萃取，合并苯胺与乙醚萃取液，用粒状氢氧化钠干燥[5]。

过滤，先蒸去乙醚，再改用空气冷却管蒸馏，收集182~185℃的馏分，产量6～7g。

纯的苯胺bp为184.4℃。

[1]酸煮沸可溶去铁屑表面的铁锈，使之活化，缩短反应时间。

[2]若反应放热剧烈，应配备冷水浴随时冷却。

[3]硝基苯为黄色油状物，如果回流液中黄色油状物消失而转变成乳白色油珠表示反应完成。

必要时，可取反应液数滴，加入稀盐酸中，振摇后如完全溶解，表示还原完全，否则将会影响产物的纯化。

[4]水蒸气蒸馏完成后烧瓶壁上附着的黑褐色物质可用1:

1盐酸溶液温热除去

[5]由于氯化钙能与苯胺形成分子化合物，所以用固体氢氧化钠作干燥剂，也可以用固体氢氧化钾、无水碳酸钾作干燥剂。

1硝基苯与稀醋酸不混溶，且它们与铁屑接触面小，因此，充分摇匀反应物是促进还原作用的关键。

如使用机械搅拌器效果将更好。

2生成的苯胺有一部分与醋酸成盐，故需加碱使苯胺游离出来。

②乙酰苯胺的合成：

在250mL锥形瓶中，加入5mL浓盐酸、120mL水和5.6g（5.5mL，0.06mol）苯胺，搅拌混合[1]（若溶液颜色深，加约1g活性炭，煮沸，趁热过滤脱色）。

加热至50℃，加入7.3mL（7.5g，0.07mol）醋酐，搅拌溶解。

再立即加入配制好的9g（0.065mol）结晶醋酸钠的20mL水溶液。

搅拌混合后，将反应混合物在冰浴中冷却，使产物结晶析出，抽滤收集，用少量冷水洗涤，干燥，称重约5~6g（产率65~75%）。

如果所得乙酰苯胺不纯或有颜色，可用水重结晶。

乙酰苯胺mp113~114℃。

③对乙酰氨基苯磺酰氯的合成

[1]自制的苯胺如含有少量硝基苯，用盐酸使苯胺成为苯胺盐酸盐溶于水中，而硝基苯则不溶于水，此时可用分液漏斗分出少量的硝基苯油层。

在150mL干燥的锥形瓶中，放入4g干燥的乙酰苯胺，缓和加热熔化。

旋转烧瓶使其均匀地凝结在瓶底和下部瓶壁上[1]。

置锥瓶于冰水浴中冷却，迅速将（16g）氯磺酸一次加入锥形瓶，立即塞上带有氯化氢导气管的塞子，此时大量氯化氢气体放出[2]，反应立即发生，甚至沸腾，必要时可用冰水浴冷却。

待反应缓和后，旋摇烧瓶使固体全部溶解，再在温水浴中温热10min，使反应完全。

将反应瓶置于冰浴中完全冷却后，在通风橱内，搅拌下，将冷的混合物慢慢倒入盛有约55g碎冰的烧杯中[3]，用少量冷水淋洗烧瓶，并将洗涤液倒入烧杯中。

搅拌数分种并尽量将大块固体捣碎，抽滤收集，用少量冷水洗涤，压干[4]。

称重，得到10~12g对乙酰胺基苯磺酰氯粗产品。

取上述粗产品的1/3量直接用于磺胺的制备。

另外的2/3上述粗产品按如下方法进行重结晶。

将欲重结晶的粗产品转移至圆底烧瓶中，加入50~70mL氯仿，装上回流冷凝管，加热回流几分钟，观察固体是否溶解。

待溶液成为清亮透明的溶液后，迅速趁热将溶液转移到事先预热好的分液漏斗中仔细分去水层。

然后将氯仿溶液在冰浴中冷却，抽滤收集结晶的对乙酰胺基苯磺酰氯产品[5]。

纯的对乙酰氨基苯磺酰氯mp149℃。

[1]氯磺酸与乙酰苯胺反应激烈，将乙酰苯胺凝结在瓶底周围，可使反应缓和。

当反应过于剧烈，应适当冷却。

[2]为避免污染室内空气，装置应严密，导气管的未端要与碱液接收瓶的水面接近，但不能插入水中，否则可能倒吸而引发事故。

[3]加入速度必须缓慢，并充分搅拌，以免局部过热而使对乙酰氨基苯磺酰氯水解，这是实验成功的关键。

[4]尽量洗去固体所夹带的杂质和盐酸，否则产物在酸性介质中放置过久，会很快水解。

洗涤时要捣碎块状产物，抽滤时尽量压干，并且应在当天的实验课用掉。

[5]应将此干燥的产物置于密塞瓶中保存，在下次课使用。

④对氨基苯磺酰胺的合成

1．对乙酰氨基苯磺酰胺

称取3克（约0.013mol）自制的对乙酰氨基苯磺酰氯粗产品于100mL锥形瓶中。

在搅拌下，缓慢加入（在通风橱内）15mL浓氨水[1]，立即发生放热反应并产生白色糊状物。

继续搅拌10min。

再加入10mL水，缓缓加热10min，并不断搅拌，以除去多余的氨。

得到对乙酰氨基苯磺酰胺混合物。

将混合物在冰水浴中冷却[1]，抽滤，少量冰水洗涤，干燥，可直接用于下一步实验。

粗产品可用水重结晶，产品mp219~220℃。

2．对氨基苯磺酰胺

将上述粗产品移入圆底烧瓶中，加入3mL浓盐酸，加热回流约30min。

冷却至室温，应得到几乎澄清的溶液。

若有固体析出[2]，继续加热，使反应完全。

如溶液呈黄色，并有极少量固体存在时，需加少量活性炭煮沸几分钟，趁热过滤。

将滤液转入大的烧杯中，在搅拌下，小心地向滤液中加入碳酸钠[3]恰好呈碱性（约4g）。

冰水浴冷却，抽滤收集固体，用少量冰水洗涤，压干得对氨基苯磺酰胺粗产品。

粗产物用水重结晶（每克粗产物用水10~12mL），产量1.8~2.1g，mp161~162℃。

纯的对氨基苯磺酰胺为白色针状结晶，mp163~164℃。

[1]对乙酰氨基苯磺酰胺可溶于过量的浓氨水中，若冷却后结晶析出不多，可加入稀盐酸至刚果红试纸变色，则对乙酰氨基苯磺酰胺就几乎全部沉淀析出。

[2]对乙酰氨基苯磺酰胺在稀盐酸中水解成磺胺，后者又可与过量的盐酸形成磺胺盐酸盐而溶于水，所以水解完成后，反应液冷却应无固体析出。

由于水解前溶液中氨的含量不同，或许盐酸用量不够，因此回流后可以重新检测溶液的pH值，若酸性不够，应补加盐酸，继续回流一段时间。

[3]用碳酸钠中和滤液中的盐酸时，伴随着二氧化碳逸出，应控制加入速度并不断搅拌。

另外磺胺为一两性化合物，在过量的碱溶液中也易成盐而溶于水，故中和须仔细进行，以免降低产量。

（二）实验的主要影响因素和注意事项

①苯胺的制备：

反应是个放热反应，要注意控制反应温度，防止温度过高或者聚热而引起而冲料，而且要充分震荡，保持瓶内反应物之前的充分接触。

②乙酰苯胺的制备：

1.久置的苯胺色深有杂质（暴露于空气中或日光下变为棕色），会影响乙酰苯胺的质量，故最好用新蒸的苯胺。

另一原料乙酸酐也最好用新蒸的。

2.加入锌粉防止苯胺在反应过程中被氧化，生成有色的杂质。

通常加入后反应液颜色会从黄色变无色。

但不宜加得过多，因为被氧化的锌生成氢氧化锌为絮状物质会吸收产品。

3..不应将活性炭加入沸腾的溶液中，否则会引起暴沸，会使溶液溢出容器。

溢出容器。

4.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。

③对氨基苯磺酰胺的制备：

1.氯磺酸对皮肤和衣服有强烈的腐蚀性，暴露在空气中会冒出大量氯化氢气体，遇水会发生猛烈的放热反应，甚至爆炸，故取用时需加小心。

反应中所用仪器及药品皆需十分干燥，含有氯磺酸的废液不可倒入废液缸中。

2.氯磺酸与乙酰苯胺的反应相当激烈，将乙酰苯胺凝结成块状，可使反应缓和进行，当反应过于剧烈时，应适当冷却。

3.在氯磺化过程中，将有大量氯化氢气体放出，为避免污染室内空气，装置应严密，导气管的末端要与接收器内的水面接近，但不能插入水中，否则可能倒吸而引发严重事故！

4.加入速度必须缓慢，并充分搅拌，以免局部过热而使对乙酰氨基苯磺酰氯水解。

5.尽量洗去固体所夹杂和吸附的盐酸，否则产物在酸性介质中放置过久，会很快水解，因此在洗涤后，应尽量压干，且在1~2h内将它转变为磺胺类化合物。

8.对乙酰氨基苯磺酰胺在稀酸中水解成磺胺，后者又与过量的盐酸形成可溶性的盐酸盐，所以水解完成后，反应液冷却时应无晶体析出。

由于水解前后溶液中氨的含量不同，应该控制PH值在7-8，因此，在回流至固体完全消失前，应测一下溶液的酸碱性，若碱性不够，应补加盐酸继续回流一段时间。

9.用碳酸钠中和滤液中的盐酸时，有二氧化碳伴生，故应控制加入速度并不断搅拌使其逸出。

磺胺是一两性化合物，在过量的碱溶液中也易变成盐类而溶解。

故中和操作必须仔细进行，以免降低产量。

（三）实验数据处理方法

测熔点和红外光谱鉴定。

参考文献：

[1]、刘天穗、陈亿新，《基础合成实验—有机化学实验》，151-155页，广州大学，2010,9月1

[2]、高峰莲，汪颖等，氯苯法合成磺胺新工艺研究，化工生产与技术，2002，第九卷第五期，4—6

[3]、李志裕，林克江等，磺胺合成工艺的改进，中国现代应用药学杂志1999，第十六卷第五期，,336

[4]苏砚溪，杨纪清，对乙酰氨基苯磺酰氯的合成工艺改进，河北师范大学学报，2002，第26卷第2期，162—164

[5]李工安，刘锦贵等，有机染料中间体对乙酰氨基苯磺酰氯的合成工艺的改进，河南事发大学学报，2007第35卷，第4期，182—184

教师对实验方案设计的意见

签名：

年月日

操作步骤实验现象

苯胺的制备

在—个250mL三口烧瓶中，放置20g（0.35mol）铁屑和30mL水，再加2mL冰醋酸，振荡混合。

装上回流冷凝管，用小火煮沸5~10min[1]。

稍冷，从冷凝管上端分批加入10.5mL（12.5g，0.1mol）硝基苯。

每次加完后，须振摇烧瓶使反应物充分混合，由于反应放热足以使反应混合物沸腾。

加完后，加热回流0.5~1h，并时加振摇，使反应完全。

稍冷，反应混合物加入饱和Na2CO3至碱性，然后进行水蒸气蒸馏，直到馏出液变清、无明显油滴为止。

分出有机层，水层用精盐饱和，用乙醚（20mL×2）萃取，合并苯胺与乙醚萃取液，用粒状氢氧化钠干燥。

过滤，先蒸去乙醚，再改用空气冷却管蒸馏，收集182~185℃的馏分。

乙酰苯胺的制备

[1]溶液沸腾。

反应剧烈。

[2]11:

07开始回流

[3]未加氢氧化钠前,PH约为3，加入氢氧化钠后变为5，继续加至10。

[4]水蒸气蒸馏得到浅黄色的馏出液体。

[5]加入精盐后分层，上层淡黄色，下层浑浊。

[6]萃取完毕，有机液为黄色。

[7’蒸馏至180℃时有馏分。

m=2.21g

在250mL锥形瓶中，加入5mL浓盐酸、120mL

水和5.6g（5.5mL，0.06mol）苯胺，搅拌混合[1]（若

溶液颜色深，加约1g活性炭，煮沸，趁热过滤脱色）

。

加热至50℃，加入7.3mL（7.5g，0.07mol）醋酐，

搅拌溶解。

再立即加入配制好的9g（0.065mol）结晶

醋酸钠的20mL水溶液。

搅拌混合后，将反应混合物

在冰浴中冷却，使产物结晶析出，抽滤收集，用少量

冷水洗涤，干燥，称重。

如果所得乙酰苯胺不纯或有颜色，可用水重结晶。

对乙酰氨基苯磺酰氯的合成

[1]溶液变为白色。

[2]在冰水浴下，有白色固体沉淀。

[3]重结晶得到白色鳞片状固体。

m=3.21g

在150mL干燥的锥形瓶中，放入4.0g干燥的乙酰苯胺，缓和加热熔化。

旋转烧瓶使其均匀地凝结在瓶底和下部瓶壁上。

置锥瓶于冰水浴中冷却，迅速将16g氯磺酸一次加入锥形瓶，立即塞上带有氯化氢导气管的塞子，此时大量氯化氢气体放出，反应立即发生，甚至沸腾，必要时可用冰水浴冷却。

待反应缓和后，旋摇烧瓶使固体全部溶解，再在温水浴中温热10min，使反应完全。

将反应瓶置于冰浴中完全冷却后，在通风橱内，搅拌下，将冷的混合物慢慢倒入盛有约55g碎冰的烧杯中，用少量冷水淋洗烧瓶，并将洗涤液倒入烧杯中。

搅拌数分种并尽量将大块固体捣碎，抽滤收集，用少量冷水洗涤，压干。

称重。

[1]壁上得到均匀的白色膜。

[2]产生大量的白烟。

[3]锥形瓶内液体为淡黄色，有大量气泡。

[4]加入冰水后，反应不剧烈。

[5]产生大量白色沉淀。

m=3.56g

对氨基苯磺酰胺的合成

1．对乙酰氨基苯磺酰胺

称取3克（约0.013mol）自制的对乙酰氨基苯磺酰氯粗产品于100mL锥形瓶中。

在搅拌下，缓慢加入（在通风橱内）15mL浓氨水，立即发生放热反应并产生白色糊状物。

继续搅拌10min。

再加入10mL水，缓缓加热10min，并不断搅拌，以除去多余的氨。

得到对乙酰氨基苯磺酰胺混合物。

将混合物在冰水浴中冷却，抽滤，少量冰水洗涤，干燥，可直接用于下一步实验。

2．对氨基苯磺酰胺

将上述粗产品移入圆底烧瓶中，加入3mL浓盐酸，加热回流约30min。

冷却至室温，应得到几乎澄清的溶液。

若有固体析出]，继续加热，使反应完全。

如溶液呈黄色，并有极少量固体存在时，需加少量活性炭煮沸几分钟，趁热过滤。

将滤液转入大的烧杯中，在搅拌下，小心地向滤液中加入碳酸钠恰好呈碱性（约4g）。

冰水浴冷却，抽滤收集固体，用少量冰水洗涤，压干得对氨基苯磺酰胺粗产品。

2、对实验现象、实验结果的分析及其结论

[1]有刺激性气体产生。

[2]溶液变为白色糊状物。

[3]加水加热后，糊状物粘度降低。

[4]11:

26分开始加热，11:

36分停止。

[5]产生大量白烟

[6]11:

55分开始回流。

[7]固体溶解，液体为淡黄色。

[8]产生大量气泡，有白色固体沉淀析出。

PH=8

m=1.14g

产率计算

苯胺：

理论产值9.3g实际产值2.21g产率23.76%

乙酰苯胺理论产值8.1g实际产值3.21g产率39.63%

磺胺理论产值5.09g实际产值1.14g产率22.40%

产品的产率普遍偏低。

测得磺胺的熔点为163.8~164.8℃。

与理论值接近。

乙酰苯胺重结晶时，溶剂过少，导致损失了相当一部分的产品。

三、实验结果

1、本次实验成败及其原因分析

在这次的综合实验中，我严格按照实验要求操作，虽然产率都比较低。

应该是在转移的时候，损失了比较多。

在抽滤乙酰苯胺的时候并没有很好地预热布氏漏斗。

在脱色的时候放入了活性碳不能很好地出去。

重结晶的时候放了太少溶剂，导致了，损失了很多乙酰苯胺产品。

但是最后得到的对氨基苯磺酰胺的熔点是163.8~164.8℃。

证明水解的彻底。

产品较纯，和红外光谱的谱图显示（见附图一）可知此次实验制备的对氨基苯磺酰胺产品较纯。

2、本实验的关键环节及改进措施

1.苯胺的制备：

是放热反应，必须控制反应速度，防止温度过高或聚热而引起冲料。

所以使用电力搅拌棒。

2.乙酰苯胺的制备：

A反应所用的玻璃仪器需要干燥。

B重结晶时。

布氏漏斗和吸滤瓶要预热，过程要快，避免产品在布氏漏斗中结晶。

C先让溶液稍冷后才加活性炭，并且需要煮沸一段时间才达到褪色效果。

3．对氨基苯磺酰胺的制备：

A氯磺酸和乙酰苯胺的反应太剧烈，必须先将盛有乙酰苯胺的三角瓶在冰水中冷却，然后加入氯磺酸。

反应的温度应保在15℃以下，否则反应太剧烈会局部过热而产生副反应。

B对乙酰氨基苯磺酰氯制备完后，马上进入下一步实验。

C用碱中和反应的盐酸，使对氨基苯磺酰胺析出。

必须注意控制PH值为7-8。

附图一

3478.02cm-1、3445.38cm-1、3319.30cm-1的峰是N-H伸缩振动产生的吸收峰：

3242.46cm-1的峰是Ar-H伸缩振动产生的吸收峰；

1409.88cm-1的峰是环内碳原子间伸缩振动引起的环骨架振动产生的吸收峰；

1596.62cm-1的峰是是苯环的伸缩产生的吸收峰；

1350.12cm-1的峰是O=S=O的伸缩振动产生的吸收峰；

1093.57cm-1的峰是Ar-H面内弯曲振动产生的吸收峰；

825.48cm-1的峰是Ar-H面外弯曲振动产生的吸收峰；

综上，推测有N-苯基酰胺，与课本对照对氨基苯磺酰胺的谱图，基本相近，能够确定产物为对氨基苯磺酰胺

教师评语及评分：

签名：