乙酰苯胺的制备提纯及结构解析

1乙酰苯胺的制备、提纯及结构解析一、实验目的1、熟悉氨基酰化反应的原理及意义，掌握乙酰苯胺的制备方法。2、学习分馏操作的原理和技术。3、熟练掌握重结晶、趁热过滤和减压过滤等操作技术。4、了解红外光谱法鉴定有机化合物结构和方法。二、实验原理1、苯胺的乙酰化反应胺的酰化在有机合成中有着重要的作用。作为一种保护措施，一级和二级芳胺在合成中通常被转化为它们的乙酰基衍生物以降低胺对氧化降解的敏感性，使其不被反应试剂破坏；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。芳胺可用酰氯、酸酐或与冰醋酸加热来进行酰化，酸酐一般来说是比酰氯更好的酰化试剂，用游离胺与纯乙酸酐进行酰化时，常伴有二乙酰胺[ArN(COCH3)2]副产物的生成。但如果在醋酸-醋酸钠的缓冲溶液中进行酰化，由于酸酐的水解速度比酰化速度慢得多，可以得到高纯度的产物。但这一方法不适合于硝基苯和其它碱性很弱的芳胺的酰化。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，因此俗称“退热冰”。乙酰苯胺也是磺胺类药物合成中重要的中间体。由于芳环上的氨基易氧化，在有机合成中为了保护氨基，往往先将其乙酰化转化为乙酰苯胺，然后再进行其他反应，最后水解除去乙酰基。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。由于乙酰氯和乙酐的价格较贵，本实验选用纯的乙酸（俗称冰醋酸）作为乙酰化试剂。反应式如下：NH2+CH3COOHNHCOOCH3+H2O乙酰苯胺的物理参数化合物分子量性状比重（d）熔点（℃）沸点（℃）溶解度（水中）℃2080100乙酰苯胺135.1652白色有光泽片状结晶或白色结晶粉末1.2190114.33040.463.455.52、乙酰苯胺的提纯重结晶的原理是由于晶体物质的溶解度一般随温度的降低而减小，当热的饱和溶液冷却时，待提纯的物质首先结晶析出而少量杂质由于尚未达到饱和，仍留在母液中。乙酰苯胺在水中的溶解度随温度的变化差异较大（20℃，0.46g；100℃，5.5g），因此生成的乙酰苯胺粗品可以用水重结晶进行纯化。其操作流程如下：23、乙酰苯胺的红外光谱鉴定红外光谱是基于分子中原子的振动。由于有机分子不是刚性结构，分子中的共价键就像弹簧一样，在一定频率的红外光辐射下会发生各种形式的振动，如伸缩振动（以υ表示）、弯曲振动（以δ表示）等，伸缩振动中又分为对称伸缩振动（以υa表示）和不对称伸缩振动（以υas表示）。不同类型的化学键，由于它们的振动能级不同，所吸收的红外射线的频率也不同，因而通过分析射线吸收频率谱图（即红外光谱图）就可以鉴别各种化学键。乙酰苯胺的红外光谱中的振动频率如下：3200～3300cm-1υNH1560cm-1δNH（难于检测，被苯环1450~1600cm-1带所掩蔽）1360~1250cm-1υCN1670cm-1υC=O3030cm-1苯环的υCH1450~1600cm-1苯环的骨架振动760cm-1，699cm-1苯环一取代的δCH三、仪器和试剂1.仪器：圆底烧瓶(100mL)刺形分馏柱直形冷凝管接液管量筒（10mL）温度计（200℃）烧杯（250mL）吸滤瓶布氏漏斗小水泵保温漏斗电热套2.试剂苯胺冰醋酸锌粉活性炭四、实验内容实验装置图31、酰化实验操作现象的解释及注意事项（1）25mL圆底烧瓶中依次加入5mL苯胺、7.4mL冰醋酸和0.1g锌粉。（2）安装装置。（3）小火加热回流30min，然后逐渐升高回流时间不得少于25min，维持拄顶温度在100～105℃之间，把反应生成的水及未反应完的醋酸慢慢蒸出。苯胺要新蒸的，因为苯胺易氧化（久置的苯胺色深且有杂质）加入锌粉是为了防止苯胺在反应过程中氧化。但锌粉加入量不可过多，否则不仅消耗乙酸（生成乙酸锌），还会在后处理时因乙酸锌水解生成难溶于水的Zn(OH)2而难以从乙酰苯胺中分离出去。锌粉加入适量，反应液呈淡黄色或接近无色。安装分馏装置，既作回流又作分馏。回流时间不得少于25min，否则由于反应不完全，产物很少甚至无产物。反应1h后，生成的水及少量未反应的醋酸被蒸出。分馏时温度不可过高，保持馏出速度为1d／2～3秒，切忌开始就强烈加热，否则会有二取代产物生成。应尽量减少分馏柱上热量的损失及温度波动，如有必要应包裹分馏柱进行保温。后期用电热套蒸不出时，可改用酒精灯加热，但要注意控温，不可过高。在恒定的加热条件下，当温度持续下降，或收集水醋酸量约为2mL，则表示反应已经完成。42、结晶抽滤在烧杯中加入30ml冷水，将反应液趁热以细流倒入水中，边倒边不断搅拌，（否则造成水局部过热而气化暴沸冲料，并使产物结成块状物，未反应的醋酸及苯胺容易包裹于内，重结晶时可能发生逆反应），此时有细粒状固体析出。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。3、重结晶将粗产品转移到烧杯中，加入100ml水，在搅拌下加热至沸腾。观察是否有未溶解的油状物，如有则补加水，直到油珠全溶。稍冷后，加入适量活性炭，并煮沸10min。活性炭用量的多少视反应液颜色而定，不必准确称量，通常加半牛角勺即可，不可在溶液沸腾时加活性炭,以防暴沸。在保温漏斗中趁热过滤除去活性炭滤液倒入热的烧杯中。然后自然冷却至室温，冰水冷却，待结晶完全析出后，进行抽滤。4、滤饼的洗涤把滤饼尽量抽干、压干，拔掉抽气的橡皮管，使恢复常压。把少量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。这样反复几次，就可洗净滤饼。5、结构解析将纯化后的乙酰苯胺采用FT-IR光谱对其结构进行初步的解析。五、结果记录产品色泽外观：理论产量：g提纯后的实际产量：g产率：六、思考题1、合成乙酰苯胺时，柱顶温度为什么要控制在105ºC左右？2、合成乙酰苯胺的实验是采用什么方法来提高产品产量的？3、合成乙酰苯胺时，锌粉起什么作用？加多少合适？4、合成乙酰苯胺时，为什么选用韦氏分馏柱？