由苯胺出发合成对硝基苯胺(论文)
由苯胺出发合成对硝基苯胺
姓名：刘昌彬、余婵
大连大学环境与化学工程学院化学
135********@https://www.wendangku.net/doc/172430575.html,
指导老师：李争宁
摘要：利用苯氨经酰基化，硝化，水解制备对硝基苯胺,研究了反应物物料比例，反应温度、反应时间对产物对硝基苯胺的产率的影响。以得到制备对硝基苯胺的产率最高的反应物比例方案。
关键字：苯胺，对硝基苯胺
1.前言：
对硝基苯胺，黄色针状结晶，高毒，易升华。微溶于冷水，溶于沸水、乙醇、乙醚、苯和酸溶液。广泛应用于染料工业的人工合成化学物，是多种印染及医药化工品的中间体，也可用于分析试剂。操作时需穿戴防护措施，避免释放至环境。
2.实验
2、1实验原理
先以苯胺为原料，经乙酰化合成乙酰苯胺，再经过硝化，水解得到邻硝基苯胺和对硝基苯胺的混合物，再通过蒸馏，柱层析，或水蒸气蒸馏分离即可得到对硝基苯胺。
2.2主要试剂及仪器
试剂：苯胺，乙酸酐，冰醋酸，浓硝酸，浓硫酸，NaOH固体，活性炭
仪器：圆底烧瓶，锥形瓶，烧杯250mL，玻璃棒，冷凝管，橡胶管，布氏漏斗，滤纸，铁架台，加热炉
2.3合成方法
3.3.1合成路线
1、乙酰苯胺的制备
乙酸和苯胺的反应是可逆的，且反应速率较慢，可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，使平衡向水生成的方向移动而提高乙酰苯胺的产率。
2、硝化反应
乙酰苯胺与混酸反应，硝化的位置与温度有关。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将增多。
3、水解反应：
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。
4、邻硝基苯胺和对硝基苯胺的分离
分馏：利用对硝基苯胺和邻硝基苯胺沸点的差异，采用分馏的方法。
2.3.2合成步骤
1、乙酰苯胺的合成
将5mL苯胺和10mL冰醋酸加入50mL圆底烧瓶中，再取6mL乙酸酐在搅拌下加入圆底烧瓶中，接上直型冷凝管，开通冷凝水，回流15min左右，待反应体系颜色接近橙黄色后，移开热源，从冷凝管口加入5mL蒸馏水，再回流5min。反应结束，在搅拌下趁热将反应物倒入盛有30mL水的烧杯中，待体系冷却后用蒸馏水洗涤抽干。重结晶，向250mL烧杯中加入100mL水和刚得到的产品，加热搅拌至产品全溶。若出现熔化呈油滴现象，就继续加热。预热一个布氏漏斗，趁热抽滤，得到部分产品，再将溶液冷却，最终析出晶体，洗涤，抽滤也是乙酰苯胺产品。
2、乙酰苯胺的硝化
将2.4g已干燥研细的自制乙酰苯胺和4.0mL冰乙酸放入50mL锥形瓶中，充分摇动，然后在冰水浴冷却下慢慢加入5mL浓硫酸，并放在冰浴中冷却至0℃左右。
在另一个 25mL 锥形瓶中配制混酸2.0mL浓硫酸和1.5mL浓硝酸。先加入浓硫酸，然后在冰浴中，边摇动锥形瓶边小心加入硝酸。冷至室温后，用滴管逐滴加到盛放乙酰苯胺溶液的锥形瓶中进行硝化。边加混酸边冷却，使体系温度始终低于 5C。混酸加完后，把锥形瓶移出冰浴，在室温中保持 30min，并间歇摇动锥形瓶。
在搅拌下，将硝化物料细流倒入盛有 25mL 水和25g碎冰的烧杯中，搅拌 5min，抽滤。压干滤饼，用适量冰水洗涤两次后抽干。
将滤饼放入250mL 锥形瓶中，加20~30mL水。在摇动下小心加入碳酸钠粉末，滴加几滴酚酞直至溶液呈微红色。加热至沸腾并保持5min ，再冷却到50℃ ，迅速抽滤。并用适量冰水洗涤两次后抽干。取少量样品重结晶，测定其熔点。
3、硝基乙酰苯胺的水解
在50mL圆底烧瓶中放入3.0g对硝基乙酰苯胺，15mL质量分数40%的硫酸，放入搅拌子，搭好冷凝回流装置，回流15~20min。将得到的溶液移入盛有50mL冷水的250mL大烧杯中，在搅拌下滴加20%NaOH溶液，至溶液呈碱性，使对硝基苯胺完全析出。然后将其冷却至室温，进行抽滤。用水冲洗多次，使其回归中性，干燥，测定粗产品的熔点。
4、邻硝基苯胺和对硝基苯胺的分离
分馏：利用对硝基苯胺和邻硝基苯胺沸点的差异，邻硝基苯胺（284.5）对硝基苯胺（331.7），沸点相差在60度之内，最好采用分馏的方法。
3、结果与讨论
3．1反应物比例对产率的影响
表1：由苯胺制备乙酰苯胺数据及处理
编号苯胺用量
( ml )
乙酸酐
( ml )
冰醋酸
( ml )
加热时间
(min)
产量
(g)
产率(%)
1 5 6 10 10+5 3.9 53.80%
2 5 5 10 10+5 3.5 48.27%
3 5 7 10 10+5 3.
4 46.90%
4 5 6 10 15+8 3.4 46.90%
得出：苯胺与乙酸酐比例在5:6，10ml觉得冰醋酸作催化剂。10分钟回流和5分钟继续回流，的实验方案是产率最高，且用料最省，加热时间也是合适，节约能源的乙酰苯胺制备方案。
表2：乙酰苯胺的硝化数据及其处理
编号乙酰苯
按量
(g) 冰乙酸
（ml）
加入硫
酸量
(ml)
加入混酸
(ml)
反应温度
(℃)
产量
(g)
产率对硝基
苯胺
（g）
硫
酸
硝酸
1 2.4 4 5
2 1.5 1-2 2.
3 1.6 71.8%
2 2.4 4 6 2 1.5 1-2 1.9 1.
3 56.3%
3 2.
4 4
5 2 1.5 5-
6 2.2 0.9 68.7%
得：乙酰苯胺的硝化反应温度控制在1—2摄氏度的反应温度下对硝基产物最多，且开始加入硫酸的量不宜过多。乙酰苯胺：冰醋酸:硫酸=1:3:5，混酸比例为4:3。
表3：硝基乙酰苯胺的水解数据及处理
编号硝基乙
酰苯胺
（g）硫酸
40%
(ml)
NaOH
20%
(ml)
熔点
(℃)
硝基苯
胺产量
(g)
对硝基苯
胺
（g）
产率
1 2 12 6.5 138 0.7 0.5 45.7%
2 2 10 6.1 138 0.6 0.4 39.2%
3 2 15 8.5 138 0.5 0.2 32.6% 得：水解步骤酸化的40%的硫酸量应该加的合适，比例在3:2的比例时，经调PH呈碱性时的硝基苯胺产率最高。
4、结论
通过对实验数据的整理，计算每步反应产物的产率。得到了一套有苯胺出发制备对硝基苯胺的一套合适的反应物比例制备对硝基苯胺的方案。：按照此实验方案的实验步骤，苯胺与乙酸酐比例在5:6，10ml冰醋酸作催化剂。10分钟回流和5分钟继续回流。乙酰苯胺的硝化反应温度控制在1—2摄氏度的反应温度下，乙酰苯胺：冰醋酸:硫酸=1:3:5，混酸比例为4:3，且开始加入硫酸的量不宜过多。水解步骤酸化的40%的硫酸量应该加的合适，3:2的比例，经调PH呈碱性时析出的硝基苯胺，最后经抽滤得到硝基苯胺，在水蒸气蒸馏分离提纯。得到目标产物。
5、个人体会及建议
通过本次自主实验的学习，我们学习到了很多知识。在实验室里的自主时间很多，相比于平时的实验课，自己的自主学习能力有所提高，一起探究做实验，请教老师和同学，学习到了很多的实验技巧与方法，了解到得出一整套实验方案的方法，进一步锻炼了我们的实验技能。还学到了一些课本上不能够学习到的，而是通过在实验室里实践才能够学习到的知识与一些技能。
在实验中，我们发现重要的不仅仅是小组的合作，更是一个实验者的缜密的思维。实验室也是个有危险的地方，每一步都要考虑好多好多的因素，最近基本的就是要保证安全的前提下进行实验。例如加热所用的仪器的调档，加热时间的长短。例如环境的温度，周边的适度，仪器是否干净等等，每一个条件因素都会影响实验。在实验的每一步都要谨慎小心，操作的
不规范有时会带来危险与损失。一个粗心大意的人不会是一个好的实验者。所以我们要用心做研究，用心做实验。
参考文献
[1]苏军义，都林林，刘孟丽.对硝基乙酰苯胺合成的研究【J】.化学推进剂与高分子材料,2009,7(3):37-39.
[2]邹绍国.对硝基苯胺制备实验的改进【J】. 成都纺织高等专科学校学报,2007,24(1):46-48.
[3]有机化学实验硝基乙酰苯胺武汉大学化学与分子科学学院实验中心编武汉大学出版社
[4]刑其毅裴伟伟徐瑞秋裴坚甚而有机化学第三版下第795页到796页高等教育出版社