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实验五 2-硝基-1,3-苯二酚的合成

2024-03-03 来源:独旅网
实验四 2-硝基-1,3-苯二酚的合成

一、实验目的

1.理解芳烃亲电取代反应定位规律的应用。

2.理解水蒸气蒸馏的原理,掌握水蒸气蒸馏的操作方法以及水蒸气蒸馏装置的正确安装。

3.巩固脱色、热过滤、重结晶等基本操作。 4.掌握2-硝基-1,3-苯二酚的制备方法和机理。

5.进一步熟练水蒸气蒸馏、减压抽滤和重结晶等基本操作。 二、基本原理

2-硝基-1,3-苯二酚的制备是一个巧妙地利用定位规律的例子。它是通过间苯二酚先磺化、再硝化,最后去磺酸基而完成的。酚羟基为强的邻对位定位基,磺酸基为强的间位定位基,且是体积很大的基团,很容易通过水解而被除去。间苯二酚磺化时,磺酸基先进入最容易起反应的4和6位,接着再硝化时,受定位规律支配,硝基只能进入位阻较大的2位,将硝化后的产物水解,即可得到产物。因此,在反应中磺酸基同时起了占位和定位的双重作用。

OH+ 2H2SO4OHOHHO3S+ 2HNO3OHSO3HOHHO3SNO2OHSO3H+ 2H2O△H2SO4OHSO3HOHSO3HOHHO3SNO2+ 2H2OOHSO3HOHNO2OH+ 2H2SO4+ 2H2O

三、仪器及试剂

仪器:水蒸气蒸馏装置一套,减压抽滤装置一套。重结晶装置一套 试剂:间苯二酚5.5g(0.05mol),浓硫酸(d=1.84)58g(31.6mL,0.59mol),浓硝酸(d=1.42)3.9g(4mL,0.063mol),乙醇,尿素。

化合物的物理常数 分子量 性 状 比 重 (d ) 熔 点 (℃) 沸 点 (℃) 折光率 (n) 水 ∞ ∞ ∞ 溶 解 度 乙 醇 ∞ ∞ ∞ 乙 醚 ∞ ∞ ∞ 名 称 间苯二酚 浓硝酸 乙醇 110.1 63.01 46.07 60.06 155.11 无晶 液体 无色液体 白色固体 桔红色1.285 70%/1.42 0.7893 1.335 109-111 280-281 1.272 -42 -117.3 132.7 84-85 86 78.5 160 / 1.3611 / / 尿素 目标产物 ∞ ∞ ∞ 不 不 不 片状 浓硫酸

四、实验装置图

98.01 液体 1.84 10.49 338 / ∞ ∞ 分解 有机溶剂重结晶的的装置

五、实验步骤

在250mL烧杯中放置5.5g粉状的间苯二酚[1],在充分搅拌下小心地加入25mL浓硫酸,此时反应液发热,立即生成白色的磺化产物[2],在室温放置15min,然后在冰水浴中冷到0~10℃。

在锥形瓶中加入4mL浓硝酸,在摇荡下加入5.6mL浓硫酸,制成混合酸并置于冰浴中冷却。用滴管将冷却好的混合酸慢慢滴加到上述磺化后的反应物中,并不停搅拌,控制反应温度不超过30℃,此时反应物呈黄色粘稠状(不应为棕色或紫色)。滴加完毕后,在室温放置15min,然后小心加入15mL冰水稀释,保持反应温度不超过50℃。

将反应物转移到250mL三颈瓶中,加入约0.1 尿素[3],然后进行水蒸气蒸馏,冷凝管壁和馏出液中有桔红色固体产生[4],至冷凝管壁上无桔红色固体时,即可停止蒸馏。将馏出液在水浴中冷却后,减压抽滤,粗产物用乙醇-水(约需10mL50%乙醇)重结晶,得桔红色片状结晶,产量2~2.5g。

纯粹2-硝基-1,3-苯二酚的熔点是84~85℃。 本实验约需4h。

六、注释

[1]间苯二酚需要在研钵中研成粉状,否则磺化不完全。间苯二酚有腐蚀性,注意勿使接触皮肤。 [2]如无有色磺化产物形成,可将反应物加热到60~65℃。

[3]加入尿素的目的,是使多余的硝酸与尿素反应生成络盐[CO(NH2)2·HNO3],从而减少二氧化氮气体的污染。 [4]可用调节冷凝水速度的方法,避免产生的固体堵塞冷凝管。

七、思考题

1.2-硝基-1,3-苯二酚能否用间苯二酚直接硝化来制备,为什么?

2.本实验硝化反应温度为什么要控制在30℃以下?温度偏高有什么不好? 3.进行水蒸气蒸馏前为什么先要用冰水稀释? 八、判断题

1.用水为溶剂和用乙醇为溶剂进行重结晶时,操作上没有区别。( )

2.本实验操作过程中为了提高产量,减少副产物的生成,要严格控制反应温度。( ) 3.进行水蒸气蒸馏前加入尿素的目的是除去过量的硝酸,防止脱磺酸的过程中继续硝化生成多硝基化合物。 ( ) 九、选择题

1.用乙醇作溶剂进行重结晶时,下列操作错误的有: ( )

A、用酒精灯直接加热烧杯进行重结晶 B、采用回流装置进行重结晶 C、不用明火直接加热 D、乙醇的实际用量比用量过量10%左右。 2.下列基团属于邻对位定位基的有: ( ) A、甲基 B、硝基 C、乙酰基 D、羧基

十、【操作要点】

1.加入浓硫酸后,若无反应,则搅拌下将混合物水浴温热到60~65C。 2.严格控制硝化反应温度。

3.进行水蒸气蒸馏时,如果冷凝管中充满固化产品,停止通冷凝水,直至产品熔化进入接受瓶。若长时间无产物出现,加热蒸馏瓶,除去水,以增加蒸馏瓶中酸的浓度,使之足以催化脱磺酸基反应。

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十一、【本实验成败的关键】

反应温度的控制

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