实验十六 微波辐射合成对氨基苯磺酸

实验十六微波辐射合成对氨基苯磺酸
一、实验目的
1．了解微波辐射下合成对氨基苯磺酸的原理和方法；
2．掌握微波加热进行实验的操作技术。

二、实验原理
室温下芳香胺与浓H2SO4混合生成N-磺基化合物，然后加热转化为对氨基苯磺酸，它在常法下加热反应需要几个h。

而用微波10min左右便能完成。

反应式如下：
三、主要试剂及产品的物理常数：（文献值）
四、实验内容
在25mL圆底烧瓶中放入2.7 mL（约2.8g）新蒸苯胺，分批加入1.5mL浓硫酸，并不断振摇。

加完酸后将圆底烧瓶放入微波炉内装上空气冷凝管，并同时在微波炉内放入盛有100mL水的烧杯，火力调至低档，持续10min。

关闭微波炉待稍冷，取出1-2滴这种混合物，倒入2mL10% 的NaOH溶液中，若得澄清的溶液，则认为反应完全，否则需继续加热。

反应完毕后，将反应液在不断搅拌下小心地趁热倒入盛有20mL冷水或碎冰的烧杯中。

此时灰白色对氨基苯磺酸析出，冷却后抽滤，用少量水洗涤，然后用活性碳脱色，热水重结晶，可得到含两分子结晶水的过氨基苯磺酸，产量约为4g。

五、仪器装臵
制备对氨基苯磺酸的实验装置图
六、成功关键及注意事项
1．由于加浓硫酸时，H2SO4与苯胺激烈反应生成苯胺硫酸盐，因此先要滴加，当H2SO4加至生成盐不能摇振才可分批加入。

2．用烧杯装100mL开水臵于微波炉中，可以分散微波能量，从而减少反应中因火力过猛而发生碳化。

3．稍冷可以使未反应的苯胺冷凝下来，以免苯胺受热挥发而造成中毒。

七、预习思考题
1．为什么微波辐射可以加速反应？
2．反应产物中是否有邻位取代产物？若有，那一种是主产物？说明理由？
3．如产量为2.8克，产率为多少？
[阅读材料] 微波技术在化学合成中的应用
一、微波辐射与加热
微波辐射区位于电磁光谱中红外线辐射区与无线电辐射区之间，它的波长一般在lmm~lm之间，相应的频率在0.3~300GHZ。

一般来说，为了避免十扰，工业和家用的用于加热的微波装臵的波长一般控制在12.2cm，频率控制在2.450(士0.050)GHZ。

微波技术早己应用于无机化学，但直到20世纪80年代中期才应用于有机化学，其发展缓慢主要是由于这种技术缺乏可控制性、可再生性、安全因素以及人们对微波介电加热本质的理解水平比较低等原因。

一般来说，大多数的有机反应都需要用传统的加热装臵加热，例如：油浴，沙浴，电热套等。

然而，这些加热方式都很慢，并目会在样品中出现温度梯度。

另外，局部温度过高导致产物、底物和试剂发生分解。

相对而言，用微波介电加热，微波能量可以从距离反应容器很远的能量源直接作用于反应物。

微波辐射可以通过容器壁只对反应物和溶剂加热，而不对反应容器本身加热。

在加压条件下，可以使溶剂的温度迅速上升到其常压下沸点之上。

二、微波技术在有机合成中的发展
最近20年里，微波辅助的有机合成得到了广泛发展，人们研究了微波辅助的几乎所有类型的有机化学反应。

研究表明，微波可以加速许多有机反应，甚至可以使某些在传统加热条件下不发生的反应得以实现。

目前，关于微波化学的研究重点己经从早期的探讨尝试不同类型反应转向研究微波作用的本质和微波技术在高效合成的应用上。

一方面，化学家和微电子学家己经开始关注在微波辅助的有机化学反应中微波作用的本质，即是否存在特殊的“微波效应”，也称“非热效应”的研究；另一方面，化学家己经将微波技术在有机合成应用中的研究重点转移到对反应选择性的影响上。

三、微波技术在有机合成中的应用
实验用的微波反应器一般是在经过改装后的家用微波炉里进行的，反应器一般采用不吸收微波的玻璃或聚四氟乙烯材料，对于无挥发性的反应体系可臵于微波炉中的敞口器皿中反应，但这种技术的缺点是反应不易控制，温度高时，液体可能溢出。

对于不挥发的反应体系可用密闭技术，将反应物放入聚四氟乙烯容器中，密封后放入微波炉进行反应，Gedye等人就是利用此手段进行了苯甲酰胺的水解，甲苯氧化，苯甲酸酯化等反应。

微波常压合成技术的出现大大推动了有机合成化学的发展，与此同时，英国科学家Villemin发明了微波干法合成技术，台湾大学Chen等建立了连续微波合成技术，这些技术的发展使有机合成的范围扩大了许多。

除了选用适当的反应器外，还必须选用适当的反应介质，为了使体系能很好的吸收微波能量，一般选用水为溶剂，这样可使成本和污染大大降低。

对不溶于水的物质可用低沸点的醇、酮和酯为溶剂，亦可用高沸点的极性溶剂DM F等。

微波辐射下的有机反应速率比传统的加热方法快数倍、数十倍甚至上千倍且具有操作方便、产率高及产物易纯化等优点，目前研究过并取得了明显加速效果的有机合成反应有Diels-Alder反应、酯化反应、重排反应、Knoevenagel反应、Perkin反应、Reformatskv反应、Dickmann反应、Witting反应、羟醛缩合、取代、烷基化、开环、消除、成环、水解、氧化、加成、聚合、脱羧、脱保护、自由基反应等，几乎涉及了有机合成反应的各个领域。

尽管微波辐射加速有机化学反应的机理仍然没有完全搞清楚，但微波能加速几乎所有有机反应的速率和提高反应的产率己成为事实。

因此随着人们对这一课题研究的不断深入，必将展现出它广阔的应用前景。