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乙酰苯胺的制备实验

一、实验原理
酰胺可以用酰氯、酸酐或酯同浓氨水、碳酸铵或（伯或仲）胺等作用制得。同冰醋酸共热来制备。这个反应是可逆的。在实际操作中，一般加入过量的冰醋酸，同时，用分馏柱把反应中生成的水（含少量的冰醋酸）蒸出，以提高乙酰苯胺的产率。
主反应：

二、反应试剂、产物、副产物的物理常数

三、药品

四、流程图

五、实验装置图

（1）分馏装置  （2）抽滤装置   （3）干燥装置
六、实验内容
在60ml锥形瓶上装一个分馏柱，柱顶插一支 200℃温度计，用一个小锥形瓶收集稀醋酸溶液。
在锥形瓶中放入5.0ml（0.055mol）新蒸馏过的苯胺、7.4ml(0.13mol)冰醋酸和0.1g锌粉，缓慢加热至沸腾，保持反应混合物微沸约10min，然后逐渐升温，控制温度，保持温度计读数在105℃左右。经过40～60min，反应所生成的水（含少量醋酸）可完全蒸出。当温度计的读数发生上下波动或自行下降时（有时反应容器中出现白雾），表明反应达到终点。停止加热。这时，蒸出的水和醋酸大约有4ml。
在不断搅拌下把反应混合物趁热以细流慢慢倒入盛100ml冷水的烧杯中。继续剧烈搅拌，并冷却烧杯，使粗乙酰苯胺成细粒状完全析出。用布氏漏斗抽滤析出的固体，用玻璃瓶塞把固体压碎，再用5～10ml冷水洗涤以除去残留的酸液。把粗乙酰苯胺放入150ml热水中，加热至沸腾。如果仍有未溶解的油珠，需补加热水，直到油珠完全溶解为止。稍冷后加入约0.5g粉末状活性炭，用玻璃棒搅动并煮沸5-10min。趁热用保温漏斗过滤或用预先加热好的布氏漏斗减压过滤。冷却滤液，乙酰苯胺呈无色片状晶体析出。减压过滤，尽量挤压以除去晶体中的水分。产品放在表面皿上晾干后测定其熔点。产量：约5.0g。
纯乙酰苯胺为无色片状晶体。熔点mp=114.3℃。

    （一）制备阶段
1.安装分馏装置：如图（1）所示，在100ml锥形瓶上装一个分馏柱，柱顶插一支 200℃温度计，用一个100ml锥形瓶收集稀醋酸溶液。
2.加药品：在100ml锥形瓶中放入5ml新蒸馏过的苯胺、7.4ml冰醋酸和0.1g锌粉。
3.加热反应：用电热套缓慢加热至沸腾，保持反应混合物微沸约10min（注：为了让苯胺的酰化反应一段时间，暂时不要有馏分蒸出状态），然后逐渐升温，控制温度，保持温度计读数在105℃左右。经过40-60min，反应所生成的水（含少量醋酸）可完全蒸出。当温度计的读数发生上下波动或自行下降时（有时，反应容器中出现白雾），表明反应达到终点。停止加热。这时，蒸出的水和醋酸大约有4ml。
 （二）后处理阶段
    1.倒入冷水中析出产品：在不断搅拌下把反应混合物趁热以细流慢慢倒入盛100ml冷水的烧杯中。继续剧烈搅拌，并冷却烧杯，使粗乙酰苯胺成细粒状完全析出。
    2.抽滤：用布氏漏斗抽滤析出的固体，用玻璃瓶塞把固体压碎。
    3.洗涤：用5～10ml冷水洗涤以除去残留的酸液。
    4.重结晶纯化：
    （1）溶解：把粗乙酰苯胺放入150ml热水中，加热至沸腾。如果仍有未溶解的油珠，需补加热水，直到油珠完全溶解为止。【溶解粗乙酰苯胺所用的水不一定都是150ml，正确的做法为上一步抽滤时尽量要干些，用天平称粗乙酰苯胺的质量，再根据乙酰苯胺在100℃的溶解度计算水的用量，并多加20%的水，合起来即为溶解粗乙酰苯胺所用的水的量】
     （2）活性炭脱色：稍冷后加入约0.5g粉末状活性炭，用玻璃棒搅动并煮沸5-10min。
     （3）趁热过滤：趁热用保温漏斗过滤或用预先加热好的布氏漏斗减压过滤。
     （4）冷却析出：冷却滤液，乙酰苯胺呈无色片状晶体析出。
     （5）抽滤：减压过滤，尽量挤压以除去晶体中的水分。
   5.干燥：产品放在表面皿上用热水浴烘干。
   6.称重：约5.0g。
   纯乙酰苯胺为无色片状晶体。熔点mp=114.3℃。
七、注意事项
1.久置的苯胺色深，会影响生成的乙酰苯胺的质量。
2.锌粉的作用是防止苯胺在反应过程中氧化。 但必须注意，不能加得过多，否则在后处理中会出现不溶于水的氢氧化锌。
3.此油珠是熔融状态的含水的乙酰苯胺（83℃时含水13％）。如果溶液温度在83℃以下，溶液中未溶解的乙酰苯胺以固态存在。
4.乙酰苯胺于不同温度在100ml水中的溶解度为：
20℃ 0.46g， 25℃，0.56g； 80℃，3.50g； 100℃，5.5g
在以后各步加热煮沸时，会蒸发掉一部分水，需随时再补加热水。本实验重结晶时水的用量，最好使溶液在80-90℃时为饱和状态。
5.不能在沸腾或者接近沸腾的溶液中加入活性炭，否则会引起突然暴沸，致使溶夜冲出容器。
6.事先将布氏漏斗用铁夹夹住，倒悬在沸水浴上，利用水蒸气进行充分预热。这一步如果没有做好，乙酰苯胺晶体将在布氏漏斗内析出，引起操作上的麻烦和造成损失。吸滤瓶应放在水浴中预热，切不可直接放在电热套上加热。
八、思考题
1、反应时为什么要控制分馏柱柱顶温度在105℃左右？
    答：为了提高乙酰苯胺的产率，反应过程中不断分出产物之一水，以打破平衡，使反应向着生成乙酰苯胺的方向进行。因水的沸点为100ºC，反应物醋酸的沸点为118ºC，且醋酸是易挥发性物质，因此，为了达到即要将水份除去，又不使醋酸损失太多的目的，必需控制柱顶温度在105ºC左右。
2、还可以用其它什么方法用苯胺制备乙酰苯胺？
    答：用苯胺与乙酰氯、乙酸酐进行酰化反应制备乙酰苯胺；或用苯乙酮先与盐酸羟胺作用生成肟，再在酸作用下进行贝克曼重排反应制备乙酰苯胺；或用乙酸酯进行酯的苯胺解作用可得。
3、在重结晶操作中，必须注意哪几点才能使产品产率高，质量好？
    答：（1）正确选择溶剂；
       （2）溶剂的加入量要适当；
       （3）活性炭脱色时，一是加入量要适当，二是切忌在沸腾时加入活性炭；
       （4）吸滤瓶和布氏漏斗必需充分预热；
       （5）滤液应自然冷却，待有晶体析出后再适当加快冷速度，以确保晶形完整；
       （6）最后抽滤时要尽可能将溶剂除去，并用母液洗涤有残留产品的烧杯。
4、试计算重结晶时留在母液中的乙酰苯胺的量。
    答：假设在室温25℃时用100ml水对4.5g乙酰苯胺重结晶，25℃时乙酰苯胺在水中的溶解度是0.563g，于是在室温25℃时，经过重结晶抽滤后得到100ml母液，100ml母液中溶解0.563g乙酰苯胺处于饱和状态，即留在母液中的乙酰苯胺的量为0.563g。就是说要有0.563g乙酰苯胺不能沉淀析出，只能析出4.5g-0.563g=3.937g，重结晶能得到的产物质量最多为3.937g，即重结晶的最大收率为3.937/4.5×100%=87.5%。
5、乙酰苯胺的制备实验是采用什么方法来提高产品产量的？
    答：（1）使用新蒸馏的苯胺（除去苯胺中的杂质对产品质量的影响，也可提高产量）；
        （2）加入适量的锌粉（防止在反应过程中苯胺被空气中的氧气所氧化）；
        （3）增加反应物之一的浓度（使冰醋酸过量一倍多）；       
        （4）减少生成物之一的浓度（不断分出反应过程中生成的水）；
        （5）控制温度计读数在105℃（确保将生成的水蒸去，可防止乙酸被蒸出去）。
6、在制备乙酰苯胺的饱和溶液进行重结晶时，在烧杯下有一油珠出现，试解释原因。怎样处理才算合理？
   答：这一油珠是溶液温度大于83℃时未溶于水但已经溶化了乙酰苯胺，因其比重大于水而沉于杯下，可补加少量热水，使其完全溶解，且不可认为是杂质而将其抛弃。
7、从苯胺制备乙酰苯胺时可采用哪些化合物作酰化剂？各有什么优缺点？
    答：常用的乙酰化试剂有：乙酰氯、乙酸酐和乙酸等。
      (1)用乙酰氯作乙酰化剂，其优点是反应速度快。缺点是反应中生成的HCl可与未反应的苯胺成盐，从而使半数的胺因成盐而无法参与酰化反应。为解决这个问题，需在碱性介质中进行反应；另外，乙酰氯价格昂贵，在实验室合成时，一般不采用。 
      (2)用乙酐作酰化剂，其优点是产物的纯度高，收率好，虽然反应过程中生成的乙酸可与苯胺成盐，但该盐不如苯胺盐酸盐稳定，在反应条件下仍可以使苯胺全部转化为乙酰苯胺。其缺点是除原料价格昂贵外，该法不适用于钝化的胺(如邻或对硝基苯胺)。
      (3)用醋酸作乙酰化剂，其优点是价格便宜；缺点是反应时间长。
8、合成乙酰苯胺时，锌粉起什么作用？加多少合适？
    答：苯胺易氧化，锌与乙酸反应放出氢，防止氧化。锌粉少了，防止氧化作用小，锌粉多了，消耗乙酸多，同时在后处理分离产物过程中形成不溶的氢氧化锌，与固体产物混杂在一起，难分离出去。只加入微量（约0.1左右）即可，不能太多，否则会产生不溶于水的氢氧化锌，给产物后处理带来麻烦。
9、合成乙酰苯胺时，反应达到终点时为什么会出现温度计读数的上下波动？
    答：反应温度控制在105摄氏度左右，目的在于分出反应生成的水，当反应接近终点时，蒸出的水份极少，温度计水银球不能被蒸气包围，从而出现瞬间短路，因此温度计的读数出现上下波动的现象。
10、抽滤中，在布氏漏斗中如何洗涤固体物质？
    答：将固体物压实压平，加入洗涤剂使固体物上有一层洗涤剂，待洗涤剂均匀渗入固体，当漏斗下端有洗涤剂滴下后，再打开水泵，抽去溶剂，重复操作两次，就可把滤饼洗净。
11、抽滤法过滤应注意什么？
    答：(1)漏斗下端斜口正对抽滤瓶支管；
        (2)滤纸要比漏斗底部略小且把孔覆盖；
        (3)过滤前先用溶剂润湿滤纸，抽气使滤纸紧紧贴在漏斗上；
        (4)把过滤混合物均匀分布在整个滤纸面上；
        (5)用少量滤液将粘附在容器壁上的结晶洗出，继续抽气，并用玻璃钉挤压晶体，尽量除去母液；
       （6）洗涤时，每次溶剂用量要少，够润湿滤饼即可，润湿一会儿后再抽干；
       （7）抽干滤饼时，布氏漏斗下口不应有液滴落下。

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