对硝基苯胺的制备段东斑(武汉大学化学与分子科学学院湖北武汉430072)目录一、实验目的-------------------------------------------------------3二、实验原理-------------------------------------------------------32.1合成-----------------------------------------------------------32.2产品的分离与纯化-------------------------------------------4三、主要试剂及产物的物理常数--------------------------------5四、主要试剂规格、用量-----------------------------------------6五、实验装置图-----------------------------------------------------6六、实验步骤与现象-----------------------------------------------66.1苯胺的乙酰化--------------------------------------------------76.2乙酰苯胺的硝化---------------------------------------------76.3硝基乙酰苯胺的水解-----------------------------------------76.4柱层析与薄层层析------------------------------------------86.5蒸馏-----------------------------------------------------------8七、产品的表征与纯度分析-------------------------------------97.1熔点的测定--------------------------------------------------97.2薄层色谱（TLC）---------------------------------------------107.3核磁共振氢谱1HNMR -------------------------------------10八、产率计算及分析---------------------------------------------11九、讨论------------------------------------------------------------12十、其他合成方法------------------------------------------------13十一、参考文献---------------------------------------------------14一、实验目的1.以苯胺为初始原料，通过连续合成得到对硝基苯胺。
2.掌握乙酰苯胺的合成原理和方法。
3.掌握乙酰苯胺硝化的原理和条件控制。
4.进一步巩固重结晶、回流、过滤等基本操作。
5.了解熔点测定的意义，掌握测定熔点的操作。
6.掌握薄层色谱的分离原理和方法，通过薄层色谱判断溶液成分。
7.学习柱层析分离有机物的操作过程及其原理。
8.了解1HNMR的原理和应用，并分析产物的纯度。
9.体会有机合成的一般过程，进一步学习有机化合物的表征方法。
二、实验原理2.1合成对硝基苯胺是一种黄色针状晶体，易升华，有剧毒，可做染料、药物中间体和有机反应试剂，是一种常用的有机化合物。
由于氨基很容易被氧化成硝基，不能通过直接硝化苯胺得到对硝基苯胺。
[1]本实验中，先将苯胺乙酰化得到乙酰苯胺，乙酰苯胺进行硝化引入硝基，得到的硝基乙酰苯胺经过水解后即可制得粗对硝基苯胺。
通过柱层析，可以有效分离邻、对位产物，得到纯度很高的对硝基苯胺和邻硝基苯胺。
①苯胺乙酰化苯胺上的氨基经乙酰化后，降低了氨基在亲电取代反应中的活化能力，使其由很强的第I类定位基变成中等强度的第Ⅰ类定位，使反应由多元取代变为有用的一元取代。
苯胺乙酰化后，由于乙酰基的空间效应，邻位取代产物大大减少，反应的选择性显著提高。
本实验中采用乙酸酐作为乙酰化试剂。
用乙酸酐作为酰化试剂，反应条件温，产物的纯度高，收率好。
但相对于乙酸而言，更加昂贵且不易采购。
苯胺乙酰化后，经过重结晶，可以得到纯度很高的乙酰苯胺。
②乙酰苯胺硝化由于乙酰基是中等强度的活化基团，若要使苯环只取代一个硝基，反应稳定必须严格控制。
而且，随着温度的升高，邻位取代产物增加，在40℃以上硝化可以生成25%的邻硝基乙酰苯胺。
综合考虑，乙酰苯胺的硝化反应的温度控制在25℃以下。
由于混酸是过量的，反应时间不能超过1h，防止生成多硝基取代产物。
③硝基乙酰苯胺的水解对硝基乙酰苯胺可在酸性或碱性条件下完全水解。
在碱性条件下水解，沉淀容易凝聚成团，产物中包夹杂质，但试剂用量较少。
本实验在酸性条件下水解，再中和多余的强酸即可得到粗对硝基苯胺。
由于中和过程大量放热，产品溶解量过多。
此时可用冷水降至温，但不能冰水浴，防止硫酸钠析出。
由于产物易升华，不宜用红外灯干燥，室温下晾干即可。
2.2产品的分离与纯化作为连续合成实验，每一步的合成都会有副反应，产物中都可能混有杂质。
为了不影响下一步反应，提高目标产物的纯度，需要对产品进行分离和纯化。
本实验中使用到了2种常用的纯化分离方法：方法1：重结晶利用混合物中各组分在某种溶剂中的溶解度不同，或在同一溶剂中不同温度时的溶解度不同，而使它们相互分离。
重结晶的一般过程包括：（1）选择适宜的溶剂；（2）饱和溶液的配制；（3）热过滤除去杂质；（4）晶体的析出（5）晶体的收集和洗涤；（6）晶体的干燥.重结晶过程中，溶剂的选择是重结晶的关键。
一般情况下，溶剂在较高温度下能溶解较多被提纯物质，而在室温或更低温度时只能溶解少量，被提纯物质在冷却时便可结晶析出而得以纯化。
本实验中得到的三种产物及重结晶溶剂如下表：重结晶物质乙酰苯胺对硝基乙酰苯胺对硝基苯胺溶剂水95%乙醇75%乙醇表一:三种产物的重结晶溶剂方法2：柱层析硅胶层析法的分离原理是根据物质在硅胶上的吸附力不同而得到分离。
一般情况下极性较大的物质易被硅胶吸附，极性较弱的物质不易被硅胶吸附，整个层析过程即是吸附、解吸、再吸附、再解吸过程。
通过柱层析，可将邻位和对位产物有效分离。
三、主要试剂及产物的物理常数邻硝基苯胺138.14橙红色针状结晶1.255 72 284 0.11 可溶 可溶四、主要试剂规格、用量（未注明的药品均为分析纯）乙酰化：苯胺5ml 、冰醋酸10ml 、乙酸酐6ml ；硝化：浓硫酸7ml 、浓硝酸1.5ml 、冰醋酸4ml 、乙酰苯胺2.40g （自制）；水解：1:1硫酸10ml 、5mol/L 氢氧化钠溶液50ml 、75%乙醇30ml 、对硝基乙酰苯胺（自制）； 薄层层析与柱层析：乙酸乙酯150ml 、石油醚450ml ；20g 左右100-200目硅胶粉，石英砂； 样品1HNMR 的测定：0.5mL 氘代二甲基亚砜、0.5mL 重水。
五、实验装置图图1：冷凝回流 图2：抽滤 图3：简单蒸馏图4薄层层析 图5：柱层析进水出水球型冷凝管圆底烧瓶进水出水圆底烧瓶直行冷凝管蒸馏头温度计尾接管接真空泵布氏漏斗锥形瓶图6：旋转蒸发仪六、实验步骤与现象6.1苯胺的乙酰化6.2乙酰苯胺的硝化6.3硝基乙酰苯胺的水解6.4柱层析与薄层层析1)装柱：本实验采用湿法装柱。
将层析柱竖直固定在铁支架上，关闭活塞，下方放置一个小烧杯。
向柱中加入配置好的淋洗剂至1/4高度处，用一支干净的长玻璃棒将少量脱脂棉轻轻推入柱底狭窄部位，挤出其中的气泡，打开活塞检查淋洗剂是否能顺畅流出。
向柱内加入少量石英砂，玻璃棒轻敲使其水平。
称取20g左右100-200目硅胶，加入适量淋洗剂浸润，搅拌，无气泡冒出后打开柱下活塞，调节流出速度为每秒钟1滴，将调好的吸附剂在搅拌下沿三角漏斗自柱顶缓缓注入柱中，同时用玻璃棒轻轻敲击柱身，使吸附剂在淋洗剂中均匀沉降，尽量一次加完。
2）制样、加样：本实验采用干法加样。
称取0.40g粗产品于小烧杯中，加入约1mL丙酮溶解，然后加入约1g硅胶粉，用玻璃棒充分搅拌均匀，待丙酮完全挥发即可将干粉直接加在吸附剂上端（淋洗剂高于硅胶1cm），打开活塞使液面降到与样品相齐，用滴管沿壁加入少量溶剂冲洗，放液，直至加入溶剂呈无色。
3）洗脱：样品加入后即可用大量淋洗剂淋洗。
随着流动相向下移动，混合物逐渐分成若干个不同的色带，继续淋洗，各色带间距离拉开，最终被一个个淋洗下来。
当第一色带即将流出时，开始用编号的试管在下方接收，连续接收至色带全部洗脱。
4）TLC 鉴定：在薄板上用铅笔划线，用不同的毛细管依次蘸取试样点板，溶液较稀可以多点几次，仍点不出则认为含量很少可以弃去不用。
将薄板放入层析液中展开。
本次柱层析分离后TLC鉴定情况如图7所示。
图7 样品进层析分离后TLC检测情况由图可知，7、8、9、10四组接收液基本不含任何样品，这表明本次柱层析空白带很宽，分离效果较好。
2～6号为第一组分，均为邻硝基苯胺，合并为一组。
11～22号为第二组分，均为对硝基苯胺，合并为一组。
6.5蒸馏将同一组分的溶液合并到一起，含有对硝基苯胺的组分用旋转蒸发仪蒸出溶剂，直接得到干燥的产物。
由于邻硝基苯胺易升华，含有邻硝基苯胺的组分用水浴蒸出大部分溶剂，最后利用减压蒸馏法将溶剂完全抽干得干燥产物。
两种方法的差异如下表所示。
比较可知，旋转蒸发仪蒸发溶剂方便快捷，分离出的溶剂更加纯净，易于回收。
由于产物残余量小，产品的收率得到提高。
七、产品的表征与纯度分析本次实验使用了熔点测定和1HNMR测定2种表征方法，利用TLC 鉴定辅助定性分析产品的纯度和组成。
7.1熔点的测定晶体化合物的固、液两态在大气压力下成平衡时的温度称为该化合物的熔点。
也可简单理解为固体物质在大气压力下加热熔化的温度。
纯粹的固体有机化合物一般都有固定的熔点，熔点测定具以下作用：①粗略地鉴定晶体样品②定性地确定化合物是否纯净③确定两个晶体样品是否为同一化合物。
实验中各样品熔点测定的结果如下表（使用同一台熔点仪，温度计未校准）：重结晶对硝基乙酰苯胺217 219 3 218 215 粗对硝基苯胺128.5 144.5 16 136.5147 重结晶对硝基苯胺145.5 148 2.5 146.5柱层析对硝基苯胺145 147.5 2.5 146.5柱层析邻硝基苯胺70 74 4 72 72 由熔点测定结果可知，各物质的测定熔点与文献值比较接近，可以粗略地鉴定出样品中的主要成分。
