对氨基苯磺酰胺的合成

对氨基苯磺酰胺的合成对氨基苯磺酰胺（磺胺）的合成一、实验目的1，了解氯磺化反应的原理及操作方法。2，了解氨基的保护与原理。二，实验原理磺胺是磺胺药物的最基本结构，也是药性的基本结构。磺胺类药物是指具有对氨基苯磺酰胺结构的一类药物的总称，是一类用于预防和治疗细菌感染性疾病的化学治疗药物。磺胺药物种类可达数千种，其中应用较广并具有一定疗效的就有几十种。磺胺药是现代医学中常用的一类抗菌消炎药，其品种繁多，已成为一个庞大的家族了。可是，最早的磺胺却是染料中的一员。在某次偶然的机会，人们发现这种红色的染料对细菌具有很强的抑制作用，从而将它应用于药物，并在二十世纪上特别是一次与二次世界大战期间乃至到现在依然是一种应用非常广泛的抗菌药物。磺胺（对氨基苯磺酰胺）的合成步骤有如下：路线一：苯胺法NHCOCH3NHCOCH3NHCOCH3NH23SO2ClSO2NH2SO2NH2路线二：氯苯法[1]ClClClSO3HSO3ClSO3HSO2ClClNH2NHOHNH4OHCu2OSO2NH2SO2NH2路线三：二苯脲法[2]NH2加热ClO2SClSO3HSO2ClSO2NH2H2N2NO2SSO2NH2本实验将采用路线一。三、实验药品与仪器：药品：5g乙酰苯胺，氯磺酸，浓氨水，浓盐酸，碳酸钠。仪器：锥形瓶，抽滤瓶，烧瓶，布氏漏斗。四、实验步骤：1，对乙酰氨基苯磺酰氯的制备ClSOHClO2SNHCOCH3H3COCHN将5克干燥的乙酰苯胺将入到干燥的250ml锥形瓶中，用温火加热溶解乙酰苯胺，搅拌油状物以让溶解物附在锥形瓶底部。冰浴冷却锥形瓶使油状物固化，一次性迅速加入10ml氯磺酸（密度1.77g/ml）。然后连接预先配置好的氢氧化钠溶液收集氯化氢气体。将锥形瓶从冰浴中取出进行搅拌，氯化氢气体剧烈的释放出来，如果反应太过剧烈，可放冷水中进行冷却。当反应变缓后，可轻轻摇晃使固体全部溶解。待固体全部溶解后，用蒸气浴加热锥形瓶10min至不在产生氯化氢气体为止，这过程中必须进行尾气处理。最后通风橱中冰浴冷却反应瓶。将反应瓶充分冷却之后，在通风橱中缓慢的将冷却的混合物在快速搅拌下倒入到装有80g碎冰的烧杯中。用冷水洗涤锥形瓶并将洗涤液倒入到烧杯中（这一步是关键，一定要慢，一定要搅拌充分）。搅拌打碎块状的沉淀物，然后真空抽滤混合物。用少量冷水洗涤粗产物乙酰胺基苯磺酰氯。抽干晶体。粗产品不必干燥或是提纯，但须很快进行下一步反应，因粗产品在酸性条件下不稳定，易分解。2，对乙酰氨基苯磺酰胺NH3ClO2SNHCOCH3H3COCHNSO2NH2在通风橱中将获得的乙酰氨基苯磺酰氯加入到125ml的锥形瓶中，然后加入26ml（0.66mol）浓的氨水，用搅拌子均匀的搅拌混合物，此时生成白色糊状物。加完后，在均匀搅拌下在通风橱中蒸气浴中加热反应15min。然后加入20ml水，在石棉网上小火搅拌加热10min以除去多余的氨。冷却后抽滤得到乙酰氨基苯磺酰胺，为无色针状晶体。3，对氨基苯磺酰胺的制备H3SO2NH2NO2SNH23将出产物转移至小圆底烧瓶中，然后加入5ml（0.16mol）浓盐酸，投入沸石，连接好球形冷凝管。加热回流混合物半小时。然后在室温下冷却混合物得到几乎澄清的溶液。如果有固体有重新析出，测试一下溶液的酸碱性，不呈酸性是酌情外加适量盐酸，并继续将混合物煮沸十五分钟，直到在室温冷却后没有固体析出。往滤液中一边搅拌一边缓缓的加入碳酸氢钠固体，直到恰呈碱性（用石蕊试纸检测）。每次加入碳酸氢钠溶液都会有泡沫产生，这是释放二氧化碳的缘故。在中和过程中，产物对氨基本苯酰胺会析出。冰浴充分冷却混合溶液，然后真空抽滤混合物，尽可能的抽干产物。用水重结晶粗产物。测定产量，所得的对氨基苯磺酸酰胺为白色叶片状晶体。熔点为165—166摄氏度。五、产品分析产率计算：所得的产品掺了碳酸钠固体与粉末，称量得0.2g，实际的产量还要低。由于掺有碳酸钠，所以熔点测不出来。产率姑且按照0.2g计算。理论产量为：6.37g,产率为：3.14%。实际上，可能就是百分之一左右。红外分析：用化学系仪器NicoletFT-IR傅立叶红外光谱仪对产物进行红外分析，采用的时无水溴化钾作为分散剂，压片制样。下图便是我的产物的红外图谱：谱图解读：-1-1-13471cm、3382cm、3315cm三个强吸带是氨基的吸收峰；在3000cm-1附近本应有苯环的吸收带，然而由于其比较弱，而氨基的吸收很强，将苯环的吸收峰所覆盖；1622cm-1、1592cm-1、1505cm-1是苯环的伸缩振动所引起的吸收，较强；1303cm-1、1143cm-1是SO2—NH2指纹吸收；650cm-1-900cm-1氨基的变形振动和苯环C-H面外变形振动相互重叠，难以辨认。六、实验注意事项及讨论：1，由于氯磺酸忌水，遇水反应非常剧烈，所以在实验开始加热溶解乙酰苯胺后，要将烧瓶内壁的水擦除，以防加入氯磺酸后将氯磺酸分解等。2，氯磺化反应较为剧烈，将乙酰苯胺凝结成块状后再反应，可使反应较为缓和。这是减少反应面积，如果某一反应很慢的话，就尽量将原料研磨细，可以很有效的加快反应。待到反应较缓慢是可以用玻璃棒将块状物弄碎，以加快反应的进行。由于氯磺酸非常粘稠，反应的效率可能不是很好，可以将氯磺酸溶解于适量的四氯甲烷中，可以增强溶液的流动性，并且减缓反应速率，使反应均匀进行[3—4]。3，氯磺酸有强烈的腐蚀性，遇空气会冒出大量的氯化氢气体，故取用时必须特别注意不能碰到皮肤和水。含氯磺酸的废液也不能倒入水槽。4，实验装置要密封，导气管可连接倒扣的漏斗防止倒吸。可以往水槽中加入适量的氢氧化钠固体，以加大氯化氢气体的吸收速度与吸收率。5，反应完毕，将反应液慢慢的倒入碎冰中，防止局部过热而是对乙酰氨基苯磺酰氯水解。这一步尽可能的慢进行，因为反应剩余的氯磺酸会和水发生反应，大量放热，并冒出白色的盐酸烟雾。在这一步，我觉得乙酰氨基磺酰氯在这种酸性条件下不稳定，乙酰氨基会在酸性、加热条件下发生水解，所以有文献在制备乙酰氨基苯磺酰氯是加入干燥氯化钠固体，可以和反应物硫酸生成硫酸钠和氯化氢，可以使反应平衡像产物方向移动，增大收率[3]。6，用碳酸钠中和盐酸时有大量的二氧化碳气体产生，故需不断搅拌，以免溢出，产品可溶于过量碱中，故中和时必须控制碳酸钠的用量，以免降低产量。这一步有文献指出可以用碳酸钠溶液来代替碳酸钠固体，因为进行到这一步的时候，溶液可能就那么1或是2ml，加入碳酸钠固体，我们可以看到冒出白泡，很难判定碳酸钠是否足够，所以这样很容易使碳酸钠过量。如果过量了，不仅会降低产率，而且要除掉过量的碳酸钠，如果本来产量就很少的话，无疑是雪上加霜。7，本次实验很多人都失败了，这主要是我们在实验是过度的依赖实验讲义，特别是反应物量的加入，由于本次试验特别是第一步的产率很低，而讲义的第二部和第三步反应物的量加入都是按照讲义上的产率来加的。和我们的实际产率有很大的区别，在加上我们每一步实验结束之后都没有称量计算产率，所以在后续实验时反应物的量的加入都是粗略的。这样当然实验失败或是产率低下就是成为必然了。所以在我们实验时，特别是合成实验，我们应当步步为营，稳扎稳打。不应当急功近利，否则一步错，所有的努力都白费了，只能重新再来了！七、思考题1，为什么苯胺要乙酰化后在氯磺化？直接氯磺化可否？————不可以，磺酰氯会和氨基先发生反应，所以必须先将氨基保护。2，是比较苯磺酰氯与苯甲酰氯的水解反应难易。————苯甲酰氯难水解，因为苯上的派电子和羰基上的电子发生离域共轭成,这样可使能量降低，所以它难发生水解，而苯磺酰氯在酸性条件下却容易发生水解。3，为什么氨基苯磺酰胺克溶于过量的碱液中？————在碱性条件下，会发生水解，生成氨基苯磺酸钠和氨。?88八、实验感想：本次试验失败了很多次，总供给起来应该是5次吧！真的是难以想象。失败了，重来，还是接着失败，再来。我就不信还能失败，可惜在第五次才做出点东西，还残留了碳酸钠固体。相对于苯佐卡因的实验，这次磺胺的合成相对于来说步骤少了，时间缩短了，但是难度也增大了，苯佐卡因实验，失败的时少数，但是此次实验，重复了多次依然失败的依然不在少数。这究竟是我们实验技巧的问题还是实验本身方案设计的不合理。当然还是有不少同学成功制备出了产品，但他们也失败后才做出来的。所以我觉得实验本身是没问题的，只是各反应难把握，需要多次摸索，总结经验。我们的五次实验，其中有两次中止在第一步乙酰苯磺酰氯的制备。第1次可能是往碎冰里加入的速度快了，导致磺酰氯发生了水解，在冰水了隔了几分钟，白色固体就逐渐溶解完毕！第2次把反应液往碎冰加的速率变缓缓慢了，但是所得固体依然在水中逐渐溶解了，我觉得，要么是乙酰苯胺和氯磺酸的反应停留在了第一步，生成乙酰苯磺酸；还有就是我现在才想明白：产物乙酰苯磺酰氯在酸性条件下发生了水解，生成了氨基苯磺酰氯，其易溶于水。但我趋向于后一种可能，就是乙酰氨基发生水解。第3次失败还是因为当时没能想明白失败的原因，所以继续失败，这一次，加入氨水之后，没有糊状物产生，这还是第一步失败，至于为什么产物没有全部溶解在溶液中，只是操作速度加快，所以获得了一点东西，但是依然不是期望的对氨基苯磺酰氯，应该是苯磺酰酸，和氨水成盐，溶于水中。第4次，是成功的一次。这次能成功，是因为在第一步中我把装有碎冰的烧杯放在冰水浴中，然后冰的量也加大了。减少了产物的水解，但是在最后一步加入碳酸钠时，又出现了问题，这是因为进行到这一步时，溶液只有1ml左右，加入碳酸钠固体冒出大量的泡，根本分不清碳酸钠固体是否过量，结果发现溶液中就有了碳酸钠固体残留，在抽滤的时候想用水洗掉，发现碳酸钠没洗掉，反倒溶解掉很多的产物。最后在测熔点是，把块状的碳酸钠固体挑出来，以为粉末产物中没有碳酸钠固体，熔点没测出来才发现自己犯傻了。第5次，也算是成功的，这是在第4次进行到最后一步时才开始的。因为原先失败了3次，吓怕了，所以我和搭档一人继续做下去，一人在重新做一遍，但进行到第二步时，发现产物不是很多，时间也不够了，还有就是第4次反应到最后也还可以，就没继续往下。参考文献：[1]、高峰莲，汪颖等，氯苯法合成磺胺新工艺研究，化工生产与技术，2002，第九卷第五期，4—6[2]