由苯胺制备对硝基苯胺

由苯胺制备对硝基苯胺

一、实验目的

1．掌握通过苯胺多步连续合成制备对硝基苯胺的原理和方法。

2．掌握氨基的保护和去保护的原理和实验操作。

3．练习和掌握分馏、重结晶、低温反应等操作技术。

二、实验原理

芳环上的氨基易被氧化，因此由苯胺制备对硝基苯胺，不能直接硝化，须先保护氨基。一般是将苯胺乙酰化转化为乙酰苯胺，保护氨基后再硝化。在芳环上引入硝基后，再水解去保护恢复氨基，从而得到对硝基苯胺。另外氨基酰化后，降低了氨基对苯环亲电取代反应的活化能力，又因为乙酰基的空间效应，可提高生成对位产物的选择性。

1．苯胺的乙酰化．

苯胺的乙酰化在有机合成中有重要的作用。除具有保护苯环上氨基的作用外，生成的乙酰苯胺本身也是重要的药物，也是磺胺类药物合成中重要的中问体。本实验采用乙酸作酰化试剂。

乙酸与苯胺的反应是可逆的，且反应速率较慢。本实验采用乙酸过量的方法和利用分馏柱将反应中生成的水蒸除，使平衡向生成水的方向移动而提高乙酰苯胺的产率。

同时由于苯胺易氧化，在反应过程体系中加入少量锌粉，防止苯胺在反应过程中氧化。

2．对硝基乙酰苯胺的制备

乙酰苯胺与混酸反应，硝化的位置与反应温度有关。在低温(低于5℃)下产物以对硝基乙酰苯胺为主；硝化温度升高，邻硝基乙酰苯胺产物增多，在40℃时约为25％。

主反应：

副反应：

3．pH=10时，邻位产物较对位产物易水解，生成的邻硝基苯胺又溶于50℃的碱液，故将混合产物与碳酸钠溶液共沸水解，50℃过滤即可除去邻位副产物。对位产物再与氢氧化钠溶液共沸，水解得对硝基苯胺。

主反应

副反应：

三、实验试剂

新蒸苯胺15．3g(15ml，0．165m01)，冰醋酸26．7g(25．5ml，0．45m01)，锌粉，活性炭，浓硫酸10ml，浓硝酸。

四、主要试剂及产物的物理参数

五、实验装置

图1、苯胺乙酰化装置图

六、实验步骤

1．苯胺的乙酰化

在100ml圆底烧瓶[1]中，加入15ml新蒸苯胺[2]、25．5ml冰乙酸和约0．3g[3]锌粉。搭好分馏装置，接引管直接与蒸馏头连接，25mL量筒作接收器，量筒置于盛有冷水的烧杯中。

缓慢加热使反应物微沸15min。然后逐渐升高温度，温度达到100o C左右，蒸馏头支管有液体流出。控制分馏柱温度在100—110o C[4]之间反应进行约40min，反应所生成的水和大部分乙酸已被蒸出[5]。当温度计的读数不断下降或反应瓶内出现白雾时，表示反应已经完成。在搅拌下将反应液趁热[6]倒人250ml冷水中，有细粒状固体析出。充分冷却后抽滤，并用少量冷水洗涤固体，得到白色或带黄色的乙酰苯胺粗品。

2．乙酰苯胺的重结晶

粗产品加入150ml水，加热回流。观察是否有未溶解的油状物，如有则补加水，直到其全部溶解，再补加约20％的水。稍冷却后，加入少量活性炭煮沸10min。趁热过滤，滤液自然冷却，过滤，冷水洗涤，干燥，得白色片状结晶，熔点113～114℃。

纯乙酰苯胺为鳞片状晶体，熔点114．3℃。

3．对硝基乙酰苯胺的制备

15ml冷的浓硫酸置于烧杯中，搅拌下分批加入6．8g干燥研细的乙酰苯胺，充分搅拌至完全溶解[7]，冰盐浴冷却至0℃。不断搅拌下，用滴管缓慢滴加2．5ml浓硫酸和4ml浓硝酸配制的混酸，滴加过程控制反应温度0～2℃，不可超过5℃[8]。约20min加完混酸，在室温下搅拌30min后，将反应混合物缓慢倒入装有20ml水和35g碎冰的烧杯，并不断搅拌，立即析出淡黄色的对硝基乙酰苯胺粗品。减压过滤，尽量挤压以除去酸液，用30ml冰水分两次洗涤固体[9]。粗产物放人盛有30ml水的烧杯中，加入碳酸钠粉末，不断搅拌，直至混合物呈碱性(酚酞试纸变红)。将混合物煮沸后冷却，至50℃时[10]迅速抽滤，滤饼用50℃的

热水充分洗涤，得到对硝基乙酰苯胺，约8g。

若需进一步纯化，可在乙醇一水混合溶剂中重结晶。

纯对硝基乙酰苯胺为无色晶体，熔点215．0℃。

4．对硝基乙酰苯胺水解制备对硝基苯胺

8g对硝基乙酰苯胺加入7ml35％NaOH水溶液中[11]，再加入15ml水，加热微沸20～30min，待反应混合物冷却至50℃时，迅速抽滤，晶体用少量冷水洗涤2次。1：1的乙醇一水混合溶剂重结晶[12]，产量约4—5g。

纯对硝基苯胺为黄色针状晶体，熔点147．7℃。

注释：

[1]反应中所用玻璃仪器必须干燥。

[2]久置的苯胺因为氧化而颜色较深，会影响乙酰苯胺的质量，使用前需重蒸。

[3]锌粉的作用是防止苯胺氧化，少量即可。锌粉过多会出现不溶于水的Zn(OH)2。

[4]分馏温度不能太高，防止大量乙酸蒸出而降低产率。

[5]收集乙酸和水的总体积约8ml。

[6]反应混合物冷却后，固体产物立即析出，粘在瓶壁上不易取出。故须趁热在搅拌下倒入冷水，以除去过量的乙酸和未反应的苯胺(生成乙酸苯胺而溶于水)。

[7]溶解时温度不宜超过25℃，防止乙酰苯胺水解；在此温度下，完全溶解约需15min。

[8]在低温(低于5℃)下反应，主要产物为对硝基乙酰苯胺；高温反应邻位产物比例增加。

[9]特别是硝酸，必须用水洗净，否则对硝基乙酰苯胺水解时，就可能生成黑色的氧化物。

[10]当pH值为10时，邻硝基乙酰苯胺易水解为邻硝基苯胺，而对位产物不水解；邻硝基苯胺在50℃时又溶于碱溶液，故在50℃时减压过滤即可除去。

[11]也可在酸性条件下水解，但残留的邻位副产物需碱性才能除去；另外注意碱液切勿沾污磨口，否则加热后磨口处玻璃粘连，无法打开仪器。

[12]硝基苯胺长时间与碱液共沸，氨基易水解为羟基，因此碱性水解时不可久煮。可吸取少量反应混合液，滴入到10％盐酸中，若无沉淀析出，则表示水解反应已经完成。