Synteza aniliny

Laboratorium Chemii Organicznej, Synteza aniliny, 1-4
Synteza aniliny
Wydział Chemii
UMCS w Lublinie
1. Właściwości fizyczne i chemiczne aniliny
Anilina (= fenyloamina) [hiszp. anil = indygo]; C6H7N, M= 93,13 g/mol, Tw = 184°C,
Tt = -6,2°C,
d = 1,0217 g/cm3,
nd20 = 1,5863;
Najprostsza
pierwszorzędowa
amina
aromatyczna; bezbarwna, oleista ciecz o charakterystycznym zapachu, brunatniejąca pod
wpływem światła i powietrza (zwiększona gęstość elektronowa w pierścieniu powoduje duŜą
reaktywność). Słabo rozpuszcza się w wodzie (3,7 g /100 g wody w temp. 20°C i 7,5 g
w temp. 100°C), dobrze w alkoholu etylowym, eterze dietylowym i tetrachlorku węgla. Trucizna.
Wykazuje charakter zasadowy (pKa = 4,6) – z kwasami tworzy sole, np. chlorek aniliniowy.
NH2
2. Wykonanie ćwiczenia
2.1. Odczynniki
Nitrobenzen – C6H5NO2 = 15,5 ml (18,5 g; 0,15 mola) /Tw = 210,7°C/
śelazo, wióry lub opiłki – Fe = 30 g (0,54 mola)
Kwas solny stęŜony – HCl = 80 ml (94,4 g; 0,98 mola)
Wodorotlenek sodu – NaOH = 45 g
Eter dietylowy – (C2H5)2O = 120 ml /Tw = 34,5°C/
Wodorotlenek potasu – KOH = 5 g
Chlorek sodu – NaCl
2.2. Sprzęt
Kolby okrągłodenne (100 ml, 250 ml, 750 ml)
Zlewki (250 ml)
Cylinder miarowy (100ml)
Rozdzielacz (700 ml)
Kolby stoŜkowe (100 ml, 2 × 250 ml), korek
Termometr
Chłodnica zwrotna z płaszczem powietrznym
Chłodnica destylacyjna z płaszczem wodnym
Chłodnica destylacyjna z płaszczem powietrznym
Łaźnia wodna
Płaszcz grzejny
Zestaw do destylacji z parą wodną
Lejek szklany
Sączek karbowany
Bagietka
Papierek wskaźnikowy
2.3. Metoda syntezy
O
N
+
O
-
+
NH3 Cl
-
+ 3 FeCl2 + 2 H2O
+ 3 Fe + 7 HCl
N +IV + 6 eFe
0
- 2e
-
N -II
Fe
+II
| ×1
| ×3
-1-
Laboratorium Chemii Organicznej, Synteza aniliny, 1-4
+
NH3 Cl
-
NH2
+ NaCl + H2O
+ NaOH
chlorek aniliniowy
(chlorowodorek aniliny)
anilina
Etapowy przebieg reakcji redukcji:
O
N
+ O
N
O
H
N
N
H
+2 [H]
+2 [H]
+2 [H]
H
OH
- H2O
- H2O
nitrobenzen
fenylohydroksyloamina
nitrozobenzen
anilina
produkty pośrednie
N
O
H
N
OH
+
H
O
+
N N
- H2 O
H
+ 2 [H]
N
- H2O
azoksybenzen
N
+ 2 [H]
H
+ 2 [H]
N N
2
hydrazobenzen
azobenzen
produkty uboczne
N
O
H
N
H
H
H
+
N
- H2O
+ 2 [H]
N
H
+ 2 [H]
N N
N
H
2
2.4. Wydajność teoretyczna procesu
Wydajność tej metody otrzymywania aniliny wynosi ok. 85%.
des
tyla
cja
z
parą
wod
ną
2.5. Schemat syntezy*
NaOH
H2O
po
dod
an i
u
kw
asu
HCl
porcjami
C6H5NO2
5
6
woda
7
8
3
2
9
1
(1)
papierek
uniwersalny
zo
bo
jęt
ni e
nie
4
Fe
para wodn
a
10
łagodne wrzenie
2-4h
(3)
gaz
4
5
6
7
8
3
2
9
1
10
(2)
(4)
* na schemacie nie zostały uwzględnione statywy, łączniki, łapy i kółka metalowe
-2-
N
H
Laboratorium Chemii Organicznej, Synteza aniliny, 1-4
anilina
wodny roztwor NaCl
+ NaCl
ie
len
zie
ny
odd
ni l i
a
j
we
o
r
su
ekstrakt
(5)
(6b)
(6a)
(9a)
warstwa
organiczna
+ (C2H5)2O
warstwa
wodna
po
trz
ws
ni
ąś
iu
ęc
warstwa
wodna
(9b)
i
oc
ał
st
ej
zo
po odn
e
w
ni
le
yy
ie
tw
dz
rs
od wa
(8)
+KOH
3x
(7)
warstwa
wodna
suszenie
min. 1 h
warstwa
wodna
(10)
(9c)
182-184oC
(11)
34oC
oddestylowanie
(C2H5)2O
4
5
6
7
8
3
2
9
1
10
(12)
wod
a
(C2H5)2O
ie
an
low
y
st
y
de
ilin
od
an
4
5
6
anilina
7
8
3
2
9
1
10
(13)
2.6. Sposób wykonania
W suchej kolbie okrągłodennej (750 ml) zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną z płaszczem
powietrznym umieszczono 15,5 ml nitrobenzenu i 30 g opiłków lub wiórów Ŝelaznych, a następnie
dodawano niewielkimi porcjami (1 - 2 ml) kwas solny (2.7.1) (1). Zachodząca egzotermiczna reakcja
powoduje silne ogrzewanie mieszaniny reakcyjnej (2.7.2). Po dodaniu całej ilości kwasu, kolbę
ogrzewano przy pomocy płaszcza grzejnego przez 2 - 4 godziny (w zaleŜności od postaci
zastosowanego Ŝelaza), utrzymując jej zawartość w stanie łagodnego wrzenia (2). Następnie do
-3-
Laboratorium Chemii Organicznej, Synteza aniliny, 1-4
schłodzonej mieszaniny dodawano małymi porcjami roztwór 45 g wodorotlenku sodu (2.7.3) w 90 ml
wody do uzyskania odczynu zasadowego (papierek wskaźnikowy) (3). Z tak otrzymanej mieszaniny
destylowano anilinę z parą wodną (4) tak długo, aŜ krople destylatu spływającego z chłodnicy były
zupełnie przezroczyste (2.8.1). Z zebranego destylatu wysolono anilinę (5) za pomocą chlorku sodu,
uŜywając 10 g soli na kaŜde 100 ml destylatu.
Zawartość zlewki przeniesiono do rozdzielacza i oddzielono fazę wodną (6a) od surowej aniliny
(6b). Z warstwy wodnej ekstrahowano anilinę (7) za pomocą eteru dietylowego (3×40 ml) (2.7.4,
2.7.5). Warstwę wodną zawracano kaŜdorazowo do rozdzielacza (8), a warstwę organiczną
(ekstrakt) zbierano w kolbie stoŜkowej zawierającej oddzieloną wcześniej, surową anilinę (9a). Po
zakończeniu ekstrakcji (9b) eterowy roztwór aniliny przeniesiono ponownie do rozdzielacza
i oddzielono wydzieloną warstwę wodną (9c), a następnie osuszono za pomocą wodorotlenku potasu
(10).
Zawartość kolby stoŜkowej przesączono (11) przez lejek szklany z sączkiem karbowanym (2.8.2)
do kolby okrągłodennej (250 ml), którą następnie zaopatrzono w chłodnicę destylacyjną z płaszczem
wodnym oraz termometr i ogrzewając na łaźni wodnej oddestylowano (12) eter dietylowy (2.7.4,
2.8.3). Następnie zmieniono chłodnicę z płaszczem wodnym na chłodnicę z płaszczem powietrznym,
łaźnię wodną na płaszcz grzejny oraz kolbę okrągłodenną o poj. 250 ml na kolbę o poj. 100 ml,
i przeprowadzono destylację aniliny (13) zbierając główną frakcję w temp. 182-184°C.
Określono masę otrzymanego produktu. Oznaczono współczynnik załamania światła. Obliczono
wydajność syntezy.
2.7. Uwagi
2.7.1. StęŜony kwas solny jest silnie Ŝrący i wywołuje oparzenia skóry. Jego pary są silnie draŜniące,
dlatego naleŜy unikać ich wdychania – wszystkie czynności wykonywać pod włączonym
wyciągiem.
2.7.2. W przypadku zbyt gwałtownego przebiegu reakcji kolbę naleŜy chłodzić wodą.
2.7.3. Wodorotlenek sodu jest substancją Ŝrącą; podczas jego rozpuszczania w wodzie wydzielają się
znaczne ilości ciepła.
2.7.4. Eter dietylowy jest cieczą lotną i wybuchowo łatwo palną, dlatego wszelkie prace naleŜy
wykonywać w nieobecności otwartych źródeł ognia na pracowni, a w czasie jego destylowania
uŜywać wyłącznie łaźni wodnej.
2.7.5. Zbyt gwałtowne wstrząsanie zawartością w rozdzielaczu moŜe spowodować powstanie emulsji,
co znacznie utrudnia rozdzielenie faz i wydłuŜa czas ekstrakcji.
2.8. Gromadzenie i utylizacja odpadów poreakcyjnych
2.8.1. Pozostałość ciekłą z kolby okrągłodennej przenieść do pojemnika przeznaczonego na odpady
alkaliczne, a nieprzereagowane wióry Ŝelazne umieścić w pojemniku z nieorganicznymi
odpadami stałymi zawierającymi metale.
2.8.2. Odsączony środek suszący (KOH) rozpuścić w duŜej ilości wody i odprowadzić do chemicznej
sieci kanalizacyjnej.
2.8.3. Destylat przenieść do pojemnika przeznaczonego na zlewki eteru dietylowego.
Wersja z dnia 03.03.2010
-4-