對氨基苯磺酸制備的微型實驗改進

氨基苯磺酸是一個重要的精細化工綜合體。主要用于酸性柔黃2g、酸性橙色、酸性介質暗黃、活性紅kp-5b等染料和印花助劑。它也是生產各種精細化學品的中間和減速劑，如2.6-二溴丁基。在很多大學有機化學實驗教材中,對氨基苯磺酸的制備實驗常被作為有機化學實驗教學中一個重要的教學內容為實現基礎有機實驗中180～190℃的高溫,教材或實驗操作中通常要求使用電熱套或者油浴加熱。早期實驗中,往往采用常量實驗,苯胺的用量在5～10mL。后期微型化實驗中,大多數實驗均將苯胺用量縮減到1～2mL,以減少試劑耗損及潛在的廢棄物排放。但是微型化實驗操作過程中,往往會出現如下問題:(1)試劑用量過少,此實驗試劑共3～6mL,與常用儀器不配套。大多數的有機實驗室中,配備的圓底燒瓶是100mL或者50mL;(2)反應溫度高,電熱套與反應燒瓶尺寸不匹配,難以達到所需溫度;(3)沙浴可以解決前述問題,但實驗操作顯得臟亂和繁瑣,溫度控制不太穩定;(4)高溫油浴可以穩定實現180～190℃高溫,但是,部分油浴在高溫下分解或釋放蒸汽,而高溫硅油等價格昂貴,每人一套反應裝置無疑大大增加了實驗成本。因此,此實驗的開設,對實驗準備工作要求較高。無疑,發展易于實施的對氨基苯磺酸制備的微型實驗改進,具有重要的實驗價值。本文介紹了微型實驗的改進方法,豐富了教學案例,有利于拓展學生實驗思路。1實驗部分1.1實驗的目掌握磺化反應制備對氨基苯磺酸的原理和方法;學習微型反應的操作技術。1.2對氨基苯磺酸稀溶液的絡合萃取芳烴和濃硫酸反應生成苯磺酸即在苯環上引入磺酸基稱為磺化反應。對氨基苯磺酸是一種重要的有機化工原料,是合成染料等重要的中間體。通常,對氨基苯磺酸由苯胺與濃硫酸混合后在180～190℃下共熱而制得。該方法被稱為烘培法。室溫下,苯胺與濃硫酸生成固體的苯胺硫酸鹽,該鹽高溫脫水后在高溫下重排轉化為對氨基苯磺酸。該反應條件簡單,產率較高。1.3儀器和試劑儀器:試管、燒杯、布氏漏斗、抽濾瓶、玻璃棒、量筒、濾紙、滴管、溫度計、油浴鍋。試劑:苯胺(新蒸)、濃硫酸、活性炭。1.4實驗設備1.5合成對氨基苯磺酸單酯油浴加熱反應在試管中,加入1.0g新蒸的苯胺,震蕩并冷卻下加入1.7mL濃硫酸。將試管集中放入已預熱的油浴中,并將試管固定。油浴預熱溫度為180～190℃。反應約4小時,期間檢測反應是否完全。待反應完全停止試管加熱,讓其適當冷卻。將已冷卻的混合物不斷攪拌下倒入十毫升盛有冰水的燒杯中。析出灰白色的對氨基苯磺酸,抽濾,產品隨水洗。并用熱水重結晶。并用熱水重結晶。大約會得到0.8克產物。1.6反應是否完全(1)濃硫酸需要邊震蕩邊加入。(2)可用10%的NaOH溶液檢測反應是否完全。具體操作是取一滴反應液,將其滴入NaOH溶液中,若溶液仍澄清,則反應完全;反之,溶液渾濁,則反應未完全。(3)混合物冷卻時,不能溫度過低。否則會析出固體,而無法傾倒出來。2實驗改進的意義通過改進后,對氨基苯磺酸實驗能夠便捷高效地實施和開展,教材中傳統方法相比,實驗結果相同,但學生操作更便捷高效。本實驗已經在我們的實驗教學中開展了3年,共計6個教學班,取得了良好的實驗結果,并順利地將所得對氨基苯磺酸用于甲基橙的制備實驗,鍛煉了學生完成多步實驗的能力。此外,該改進實驗有如下優勢:(1)實驗改進后,實驗儀器之間的更加匹配,避免大燒瓶小反應帶來的麻煩與不當,更易于操作。改進后實驗僅僅需要少量的油浴,減少了適合高溫油浴的用量,降低了實驗成本和實驗準備工作。(2)改進實驗是微型化實驗,是當前實驗教學內容的補充。盡管微型化實驗提倡了很多年,但是真正實施卻遇到各種困難,原因之一便是器材問題。本實驗在借助于簡單的設備而不增加額外儀器實現了高效的微型實驗。(3)傳統實驗中常常在圓底燒瓶、錐形瓶中進行實驗。試管常被當做無機化學實驗的器材,本實驗采用試管進行實驗,可以減少學生受思維的束縛。實際上,當前有機合成研究中,各種反應管用于批量試驗,是增加有機合成工作效率的一種方式。(4)本實驗操作便捷,可以同時實施多個實驗,實驗中也有大量的空閑時間。因此,實驗教學中,我們常鼓勵同學對實驗進行多種嘗試,比如考察時間對反應的影響,試劑比例對反應結果的影響,甚至我們增加攪拌器,考察溫度對反應的影響,從而讓學生們開始進行實驗探究的認識。實施中,部分同學表現出濃厚的興趣,并能仔細去考察反應背后的各種相