乙酰苯胺制備實驗的教學實踐與探索

由于磺胺類化合物具有殺菌、抗病毒活性的良好效果,在感染性疾病的治療當中有著不可替代的作用。研究發現經化學結構修飾后含有對氨基苯磺酰胺母體的多種產物表現出廣泛的生物活性,顯示出巨大的藥用潛力和開發價值,因此許多研究致力于磺胺類化合物的深入開發。對氨基苯磺酰胺的合成可以使用乙酰苯胺,經過氯磺化、氨處理和水解三步得到。其中原料乙酰苯胺可由苯胺與乙酸或乙酸酐反應制備,氨基上的氫原子被取代生成酰胺用于氨基的保護,然后在酸或堿的催化下脫去乙酰基。

乙酰苯胺是用途廣泛的化工原料,主要應用于醫藥、日用化工等諸多領域。結合近幾年實驗課程的教學現狀,從以下三個方面進行了探索和實踐,使學生能夠深刻理解專業知識,增強綜合實驗操作技能和創新意識。

1實驗預習與基礎課程內容緊密結合,加深對理論知識的理解

在有機化學課程的學習中學生已經了解到氨基與脂肪烴基相連組成脂肪胺,與芳香環相連組成芳香胺。氨基屬于化學性質比較活潑的基團,基團中的氮有孤對電子,使其具有堿性和親核性,容易發生氧化、酰化和烴基化等反應。當氮原子上連有一個或幾個烴基時,可使用興斯堡反應來鑒別與分離伯、仲、叔胺。乙酰苯胺的制備是有機化學反應當中保護氨基的一種簡便方法,在合成當中通常使用酰化試劑與伯胺反應,降低氨基的反應活性。下一步合成中由于乙酰基的空間效應通常選擇性的生成對位產物,最后可水解脫去乙酰基。乙酰苯胺是容易結晶的固體,有一定的熔點容易從水溶液中結晶析出。制備方法目前有分餾法、回流法、微波加熱以及射頻輻射等。回流法使用冷凝管來加熱回流制備乙酰苯胺,反應時間對產品產率的影響較大,而且反應體系中生成的水不能及時除去,最終影響反應物的產率。

目前有機化學實驗教學當中使用苯胺和乙酸為原料采取分餾法來制備乙酰苯胺。該反應屬于固體有機化合物的合成,其目的是通過實驗操作讓學生熟練掌握苯胺乙酰化反應原理及分餾和重結晶的操作方法。乙酸與苯胺的反應較慢,且反應是可逆的,所以一般使用過量的乙酸或者利用適當的方法及時將反應中生成的水從反應體系中除去從而提高產率。

2乙酰苯胺制備實驗教學方法的實踐與探索

2.1明確實驗步驟,熟悉各種儀器的使用及組裝方法

實驗操作開始前先講解具體步驟:首先在燒瓶中加入苯胺、乙酸和少量鋅粉,安裝裝置,加熱。待溫度計示數穩定后又開始下降或燒瓶中出現白色霧氣時停止加熱,然后將燒瓶中的溶液倒入燒杯冷卻結晶、抽濾,將得到的粗產品轉移至燒杯中加適量水,加熱完全溶解,稍冷后加入活性炭煮沸5~10min,過濾、冷卻結晶,抽濾得重結晶的產物即乙酰苯胺。在介紹需要使用的實驗儀器和藥品時演示各部分儀器的組裝和使用方法,強調實驗過程中的注意事項。整個分餾裝置由圓底燒瓶、分餾柱、蒸餾頭、溫度計、溫度計套管、冷凝管、尾接管及接收瓶組成。

在實驗當中使用分餾柱有填充式分餾柱和韋氏分餾柱,填充式分餾柱內可裝入不參與化學反應的玻璃珠,要求填充的玻璃珠均勻分布,有一定的空隙。實驗用的玻璃珠有幾種大小,在使用玻璃珠填充分餾柱的過程中,部分學生沒有注意選擇合適的玻璃珠,使其容易從分餾柱的底部掉出或者在加熱過程中墜入反應燒瓶內。因此在填充分餾柱時要求學生注意玻璃珠的大小或者在分餾柱的尾部填充少量棉花后再加入玻璃珠避免操作失誤。此外,分餾柱內填充的玻璃珠過多或過少都會影響加熱分餾的效果。

2.2細心觀察實驗現象,控制加熱分餾的時間和溫度

分餾的原理與蒸餾相似,通過分餾柱內多次冷凝和氣化分離沸點相近的混合物。在實驗過程中如果使用電熱套快速加熱升溫,接收瓶內很快有液體餾出,由于柱內溫度梯度較小,導致水和乙酸的分離效率不高,而且加熱溫度過高容易使反應體系中的乙酸被蒸出來,導致反應物的比例失調。另外高溫下苯胺自身容易被氧化使反應不完全,因此得到制備產物產率較低。提醒學生在反應過程中注意加熱溫度的調節,仔細觀察分餾柱內的反應現象,控制餾出液的速度。加熱分餾的時間可以通過觀察溫度計的讀數變化,當溫度由98攝氏度附近開始下降或者反應瓶中出現白色霧氣時反應結束。各個實驗小組的實驗進展不一致,縮短加熱時間直接進行下一步反應,會導致產品產率不理想或者沒有產物生成。