由于磺胺类化合物具有杀菌、抗病毒活性的良好效果,在感染性疾病的治疗当中有着不可替代的作用。研究发现经化学结构修饰后含有对氨基苯磺酰胺母体的多种产物表现出广泛的生物活性,显示出巨大的药用潜力和开发价值,因此许多研究致力于磺胺类化合物的深入开发。对氨基苯磺酰胺的合成可以使用乙酰苯胺,经过氯磺化、氨处理和水解三步得到。其中原料乙酰苯胺可由苯胺与乙酸或乙酸酐反应制备,氨基上的氢原子被取代生成酰胺用于氨基的保护,然后在酸或碱的催化下脱去乙酰基。

乙酰苯胺是用途广泛的化工原料,主要应用于医药、日用化工等诸多领域。结合近几年实验课程的教学现状,从以下三个方面进行了探索和实践,使学生能够深刻理解专业知识,增强综合实验操作技能和创新意识。

1实验预习与基础课程内容紧密结合,加深对理论知识的理解

在有机化学课程的学习中学生已经了解到氨基与脂肪烃基相连组成脂肪胺,与芳香环相连组成芳香胺。氨基属于化学性质比较活泼的基团,基团中的氮有孤对电子,使其具有碱性和亲核性,容易发生氧化、酰化和烃基化等反应。当氮原子上连有一个或几个烃基时,可使用兴斯堡反应来鉴别与分离伯、仲、叔胺。乙酰苯胺的制备是有机化学反应当中保护氨基的一种简便方法,在合成当中通常使用酰化试剂与伯胺反应,降低氨基的反应活性。下一步合成中由于乙酰基的空间效应通常选择性的生成对位产物,最后可水解脱去乙酰基。乙酰苯胺是容易结晶的固体,有一定的熔点容易从水溶液中结晶析出。制备方法目前有分馏法、回流法、微波加热以及射频辐射等。回流法使用冷凝管来加热回流制备乙酰苯胺,反应时间对产品产率的影响较大,而且反应体系中生成的水不能及时除去,最终影响反应物的产率。

目前有机化学实验教学当中使用苯胺和乙酸为原料采取分馏法来制备乙酰苯胺。该反应属于固体有机化合物的合成,其目的是通过实验操作让学生熟练掌握苯胺乙酰化反应原理及分馏和重结晶的操作方法。乙酸与苯胺的反应较慢,且反应是可逆的,所以一般使用过量的乙酸或者利用适当的方法及时将反应中生成的水从反应体系中除去从而提高产率。

2乙酰苯胺制备实验教学方法的实践与探索

2.1明确实验步骤,熟悉各种仪器的使用及组装方法

实验操作开始前先讲解具体步骤:首先在烧瓶中加入苯胺、乙酸和少量锌粉,安装装置,加热。待温度计示数稳定后又开始下降或烧瓶中出现白色雾气时停止加热,然后将烧瓶中的溶液倒入烧杯冷却结晶、抽滤,将得到的粗产品转移至烧杯中加适量水,加热完全溶解,稍冷后加入活性炭煮沸5~10min,过滤、冷却结晶,抽滤得重结晶的产物即乙酰苯胺。在介绍需要使用的实验仪器和药品时演示各部分仪器的组装和使用方法,强调实验过程中的注意事项。整个分馏装置由圆底烧瓶、分馏柱、蒸馏头、温度计、温度计套管、冷凝管、尾接管及接收瓶组成。

在实验当中使用分馏柱有填充式分馏柱和韦氏分馏柱,填充式分馏柱内可装入不参与化学反应的玻璃珠,要求填充的玻璃珠均匀分布,有一定的空隙。实验用的玻璃珠有几种大小,在使用玻璃珠填充分馏柱的过程中,部分学生没有注意选择合适的玻璃珠,使其容易从分馏柱的底部掉出或者在加热过程中坠入反应烧瓶内。因此在填充分馏柱时要求学生注意玻璃珠的大小或者在分馏柱的尾部填充少量棉花后再加入玻璃珠避免操作失误。此外,分馏柱内填充的玻璃珠过多或过少都会影响加热分馏的效果。

2.2细心观察实验现象,控制加热分馏的时间和温度

分馏的原理与蒸馏相似,通过分馏柱内多次冷凝和气化分离沸点相近的混合物。在实验过程中如果使用电热套快速加热升温,接收瓶内很快有液体馏出,由于柱内温度梯度较小,导致水和乙酸的分离效率不高,而且加热温度过高容易使反应体系中的乙酸被蒸出来,导致反应物的比例失调。另外高温下苯胺自身容易被氧化使反应不完全,因此得到制备产物产率较低。提醒学生在反应过程中注意加热温度的调节,仔细观察分馏柱内的反应现象,控制馏出液的速度。加热分馏的时间可以通过观察温度计的读数变化,当温度由98摄氏度附近开始下降或者反应瓶中出现白色雾气时反应结束。各个实验小组的实验进展不一致,缩短加热时间直接进行下一步反应,会导致产品产率不理想或者没有产物生成。