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1、精细有机合成化学与工艺学实验讲义化学工程与工艺教研室2008 年 9 月 21 日感谢王小丹、朱继芳、张红三位老师以及 2006 级学生的大力支持！1实验一 2,6-二氯-4-硝基苯胺的制备一、实验目的1掌握 2,6-二氯-4- 硝基苯胺的制备方法2掌握氯化反应的机理和氯化条件的选择3了解 2,6-二氯-4- 硝基苯胺的性质和用途二、实验原理1性质黄色针状结晶。熔点 192194。难溶于水，微溶于乙醇，溶于热乙醇和乙醚。本品有毒。温血动物急性口服 LD50 为 15004000mg/kg，小白鼠急性口服 LD50 为 3603mg/kg。2 用途本品主要用于生产分散黄棕 3GL、分散黄棕 2R
2、FL、分散棕 3R、分散棕 5R、分散橙GR、分散大红 3GFL、分散红玉 2GFL 等。还可以为农用杀菌剂使用，可防治甘薯、样麻、黄瓜、莴苣、棉花、烟草、草莓、马铃薯等的灰霉僵腐病；油菜、葱、桑、大豆、西红柿、莴苣、甘薯等的菌核病；甘薯、棉花、桃子的软腐病；马铃薯和西红柿的晚疫病；杏、扁桃及苹果的枯萎病；小麦的黑穗病；蚕豆花腐病。3原理根据引入卤素的不同，卤化反应可分为氯化、溴化、和氟化。因为氯代衍生物的制备成本低，所以氯化反应在精细化工生产中应用广泛；碘化应用较少；由于氟的活泼性过高，通常以间接方法制得氟代衍生物。卤化剂包括卤素（氯、溴、碘） 、盐酸和氧化剂（空气中的氧、次氯酸钠、氯化钠等
3、） 、金属和非金属的氯化物（三氯化铁、五氯化磷等） 。硫酰二氯（SO 2Cl2）是高活性氯化剂。也可用光气、卤酰胺（RSO 2NHCl）等作为卤化剂。卤化反应有三种类型，即取代卤化、加成卤化、置换卤化。由对硝基苯胺制备 2，6-二氯 -4-硝基苯胺由多种合成方法，包括直接氯气法、氯酸钠氯化法、硫酰二氯法、次氯酸法、过氧化氢法。工业生产一般采用直接氯化法，其优点是原料消耗低、氯吸收率高、产品收率高、盐酸可回收循环使用。2直接氯气法的反应方程式如下： NH2NH2+Cl2HCl Cl ClNH2NO2 +2HCl氯酸钠氯化法是由对硝基苯胺氯化、中和而得，反应方程式如下： NH2NO2 NaClO3
4、Hl NH2ClCl NO2过氧化氢法是由对硝基苯胺在浓盐酸中与过氧化氢反应而得，反应方程式如下： NH2NO2+2H2O+2HCl NH2ClCl NO2 +4H2O三、实验内容方法一：氯酸钠氯化法。在装有搅拌器、温度计和滴液漏斗（预先检查液滴漏斗是否严密，不能泄漏）的250mL 四口瓶中，加入 5.5g（质量分数为 100%）对硝基苯胺，再加入质量分数 36%的盐酸 100mL，搅拌下升温至 50左右，使物料全部溶解。然后，慢慢冷却至 20左右，滴加预先配好的率酸溶液（3g 氯酸钠加水 20mL） ，约在 11.5h 内完成，然后，在 30下再反应 1h。用 50mL 水稀释上述反应物，倾
5、入烧杯中，并少量水冲洗四口瓶，将物料全部转移到烧杯中，过滤。滤液倒入废酸桶，滤饼以少量水打浆，并用水调整体积至 100mL 左右，用质量分数为310%的其氧化钠中和至 pH=78,再过滤、干燥。产品称重，计算收率，测熔点。方法二：过氧化氢法在装有搅拌器、温度计和滴液漏斗（预先检查滴液漏斗是否严密，不能泄漏）的250mL 四口瓶中，加入 13.8g 对硝基苯胺，再加入 50mL 水，搅拌下慢慢加入 45mL 浓盐酸，加热至 40，于搅拌下 1h 内滴加 23mL 质量分数为 30%的过氧化氢，滴加过程中温度控制在 3555，加完后，在 4050下继续反应 1.5h。随着反应的进行，逐渐产生黄色沉
6、淀。反应结束后，过滤，水洗，烘干，称重，计算收率，测熔点。方法三：直接氯气法。向带来有回流冷凝器和填充氢氧化钠的气体吸收柱的反应器中加入对硝基苯胺138g（1mol）和 4.5mol/L 的盐酸水溶液 1L。悬浮液在搅拌下加热至 105左右。在该温度下通氯气，约 15min 后出现沉淀。约 2 h 后逐渐减少氯气量，至不再吸收氯为止（通入约2.2mol 的氯气） 。反应混合物冷却到 7080，过滤，水洗，干燥，称重，计算收率，测熔点。思考题1. 简述本实验中三种方法的优缺点。2. 简述由对硝基苯胺制备 2,6-二氯-4- 硝基苯胺合成方法，以及如何控制反应条件。4实验二 三乙基苄基氯化铵（简称
7、 TEBA）的制备一、实验目的1 了解相转移催化、季铵盐等概念及季铵盐的制法。2 掌握回流、过滤等基本操作。二、实验原理三乙基苄基氯化铵（triethyl benzyl ammonium chloride TEAB）是一种季铵盐，常用作多相反应中的相转移催化剂（PTC） 。它具有盐类的特性，是结晶形的固体，能溶于水。在空气中极易吸湿分解。TEAB 可由三乙铵和氯化苄直接作用制得。反应为：一般反应可在二氯乙烷、苯、甲苯、等溶剂中进行。生成的产物 TEAB 不溶于有机溶剂而以晶体析出，过滤即得产品。原料苄氯对眼睛有强烈的刺激、催泪作用，取用时最好在通风柜中。三、试剂与器材试剂：氯化苄、三乙胺、1,
8、2二氯乙烷。器材：100mL 圆底烧瓶、球形冷凝管、布氏漏斗、吸滤瓶、培养皿。四、实验内容在 150mL 三口烧瓶中加入 6g 1,2二氯乙烷，1.6g（0.0126mol）苄基氯和1.3g（0.0128mol）三乙胺，接上球形冷凝管，开动搅拌，加热保持回流反应 1.5。如不析出结晶，可用玻棒摩擦壁促使结晶析出，抽滤，用少量二氯甲烷或无水乙醚洗涤，烘干，称重（约 1.5g2.0g） ，保持于塞紧的小锥形瓶或试管中备用1。五、注意事项1久置的氯化苄常伴有苄醇和水，因此在使用前当采用新蒸馏过的氯化苄。2TEBA 为季铵盐化合物，极易在空气中吸潮分解，需隔绝空气密封保存。六、思考题1反应器为什么要干
9、燥？ 2为什么季铵盐能作为相转移催化剂？3 抽滤时一般先用水将滤纸润湿一下，请问本实验可以这样操作吗？为什么？5实验三间氟甲苯的制备一、实验目的1掌握间氟甲苯的制备方法2掌握重氮化反应的机理3了解间的氟甲苯的性质和用途二、实验原理1性质本品为无色液体，折射率 1.4624，沸点 1121142用途本品可用于有机合成，经氯化、氧化制得 2，4-二氯-5-氟苯甲酸，可用于制取医药中间体。3原理重氮化反应是指有伯氨基的有机化合物在无机酸的存在下与亚硝酸钠作用生成重氮盐的反应。重氮化反应的主要影响因素有无机酸的种类和浓度，反应温度，亚硝酸盐的用量，以及根据芳伯胺的性质不同，而采用不同的重氮化方法。通常
10、情况下，重氮盐不稳定，极易分解。而在水溶液中，在低温条件下一般比较稳定，但具有很高的反应活性。可发生的反应，一类是重氮基转化为偶氮基或肼基，并不脱落氮原子的反应；另一类是重氮基被其他取代基所置换，同时脱落两个氮原子发出氮气的反应。间氟甲苯是以间硝基甲苯为原料，经铁粉还原，得到间甲苯胺，再经重氮化，制得间甲苯重氮氟硼酸盐，再将重氮盐热解而置换为氟基。反应方程式如下。还原：4NO2CH3+9Fe+4H2OHCl4NH2CH3+3Fe3O46重氮化： CH3NH2NaO2aBF4CH3N2BF4热解： CH3N2BF4 CH3F+N2+BF3三、实验内容1间甲苯胺的制备在装有搅拌器、温度计、回流冷凝
11、器的 500mL 四口瓶中，加入水 110mL，氯化铵5.3g，搅拌溶解，再加入铁粉 42g，间硝基甲苯 29g（0.2mol） ，剧烈搅拌，反应平衡后，慢慢加热回流 2h。蒸馏，收集 8384（666Pa）的馏分，得无色液体间甲苯胺。 2间甲苯重氮氟硼酸盐的制备在装有搅拌器、温度计、回流冷凝器的 500mL 四口瓶中，加入盐酸 58mL，间甲苯胺21g（0.195mol） ，搅拌溶解，在剧烈搅拌下于 05，滴加由 14.1g（0.2mol）亚硝酸钠配成的溶液（加水 23ml） ，于 1h 内加完。继续反应 30min。测试反应终点。再分 8 批加入氟硼酸钠溶液（氟硼酸钠 23.7g，加水 3
12、0mL） ，于 15min 内加完，继续搅拌 30min。过滤，得灰白色固体间甲苯重氮氟硼酸盐。3间氟甲苯的制备将间甲苯重氮氟硼酸盐加热处理，制得无色液体间氟甲苯，收率 81。四、思考题1简述间甲苯胺重氮化反应的机理2说明重氮化反应的终点控制方法7实验四 食品防腐剂苯甲酸的制备（1）一、实验目的1了解防腐剂的作用原理2学习苯甲酸的一种实验室制备方法二、实验原理在食品中要经常加入防腐剂，防腐剂是为了防止食品在贮存、流通过程中由微生物繁殖引起变质、延长食用价值，而在食品中使用的添加剂。防腐剂能使微生物的蛋白质凝固或变性，干扰其生存和繁殖；或者改变胞浆膜的渗透性，使微生物体内的酶类和代谢产物逸出，从
13、而导致其失活；或者干扰微生物的酶系，破坏其正常代谢，抑制酶的活性，从而达到防腐的目的。食品防腐剂应符合卫生标准，与食品不发生化学反应，防腐效果好，对人体正常功能无影响，使用方便，价格便宜。常用的在机防腐剂包括苯甲酸及其盐、山梨酸及其盐、丙酸及其盐、对羟基苯甲酸酯类等；常用的无机防腐剂包括硝酸盐、亚硝酸盐及二氧化硫等。苯甲酸，又名安息香酸，因最初从安息香胶制得而得名。本品为白色鳞片状或针状结晶，无味或微有安息香味，在 100升华。溶于热水、乙醇、氯仿、乙醚、二硫化碳和挥发性或非挥发性油中，熔点 122.4，沸点 249.2。加热至 370分解放出苯和二氧化碳。苯甲酸的杀菌、抑菌能力随介质酸度增高
14、，在碱性介质中失去杀菌、抑菌作用；食品工业中主要用于酱油、醋、果汁、果酱、葡萄酒、琼脂软糖、汽水、低盐酱菜、面酱、密饯、山楂糕等，一般最大用量不超过 2g/kg。此外，也可用于制备媒染剂、增塑剂、香料等。苯甲酸可由甲苯在二氧化锰存在下直接氧化，或由邻苯二甲酸加热脱羧，或由次苄基三氯水解而制得。本实验采用甲苯经高锰酸钾氧化，再酸化而成。化学反应方程式如下： CH3+2KMnO4 COK+KOH+2MnO2+H2O8COK+HCl COH+KCl三、实验内容在装有回流冷凝器、温度计及搅拌器的三口反应烧瓶中加入 2.7mL(0.025mol)甲苯和100mL 水。加热至沸腾，分批加入 8.5g (0
15、.054mol)高锰酸钾，继续加热回流，直到甲苯层几乎消失，回流液不再出现油珠为止。将反应物趁热过滤，滤液中溶有苯甲酸钾，滤液若仍呈紫色，过剩的高锰酸钾中可加入少量亚硫酸钠使紫色褪去。二氧化锰沉淀用少量热水洗涤。合并洗液和滤液，冷却，盐酸酸化，析出苯甲酸。过滤，用少量冷水洗涤，干燥得到约 1.7g 苯甲酸，可在水中进行重结晶提纯。四、注意事项1高锰酸钾不宜加入太快，避免太剧烈。2合并的滤液及洗涤应冷却后再加盐酸酸化。五、思考题1为什么分批加入高锰酸钾？2为什么反应后要趁热过滤？3如何在水中重结晶？4为什么要加入亚硫酸钠使紫色褪去？空 气 水(b)9水 冰 水 水 排 水 管连 泵(e) （c
16、） （d） 图升华装置图10实验五 食品防腐剂苯甲酸的制备（2）升华对于某些蒸气压较高（大于 200Pa）而所含杂质蒸气压很低的固体化合物，可采用升华的方法进行提纯，即直接蒸发固体化合物并重新结晶析出。升华可得到高纯度化合物，这对于制备高纯度试剂以及合成某种用量少、质量要求高的中间体、医药和助剂等精细化学品具有重要意义，尤其是用于提纯易潮解或在溶剂中易发生缔合、离解的高活性物质。升华发生在固体表面，因此，样品应研磨得很细，使其具有较大的比表面积。升华的速度应适当，过快易形成微晶，产品纯度降低；升华过慢则很难收集到较多的升华物质。实验中通常调节温度、压力以及待升华物与冷却面之间的距离来控制升华速度。最简单的升华装置如图 1 (a)所示。在蒸发皿
