实验2　对甲苯磺酸的设计与合成

实验目的

① 学习芳香族的磺化反应。

② 了解制备对甲苯磺酸的原理和方法。

③ 掌握分水器的使用、回流以及重结晶操作。

实验原理

对甲苯磺酸是一个不具氧化性的有机强酸，为白色针状或粉末状结晶，可溶于水、醇、醚和其他极性溶剂。极易潮解，难溶于苯和甲苯。对甲苯磺酸广泛用于合成医药、农药、聚合反应的稳定剂及有机合成（酯类等）的催化剂、涂料的中间体和树脂固化剂。是有机合成常用的酸催化剂。目前，合成对甲苯磺酸的方法主要基于用硫酸、三氧化硫、氯磺酸等试剂对甲苯的磺化。本实验采用硫酸对甲苯的磺化反应，属于综合设计性实验，计划需要8学时。

甲苯与浓硫酸在加热条件下反应可制得对甲苯磺酸，通过重结晶可得到较纯的产品。

主反应：

+ H₂SO₄　　 （1-1）

副反应：

+ H₂SO₄　　 （1-2）

仪器和药品

仪器：真空蒸馏装置、电磁加热搅拌器、恒温箱、电子天平、圆底烧瓶（50mL）、分水器、冷凝管、锥形瓶、烧杯、布氏漏斗。

药品：甲苯、浓硫酸、浓盐酸等。

实验步骤

在50mL圆底烧瓶内放入25mL甲苯，一边摇动烧瓶，一边缓慢地加入5.5mL浓硫酸，加入磁石后，放在电磁加热搅拌器上，回流2h或至分水器中积存2mL水为止。

静止冷却反应物。将反应物倒入60mL锥形瓶内，加入1.5mL水，此时有晶体析出。用玻璃棒慢慢搅动，反应物逐渐变成固体。用布氏漏斗抽滤，用玻璃瓶塞挤压以除去甲苯和邻甲苯磺酸，得粗产物约15g。

若要得到较纯的对甲苯磺酸，可进行重结晶。在50mL烧杯（或大试管）里，将12g粗产物溶于约6mL水中。往此溶液里通入氯化氢气体，直到有晶体析出。在通氯化氢气体时，要采取措施，防止“倒吸”。析出的晶体用布氏漏斗快速抽滤。晶体用少量浓盐酸洗涤。用玻璃瓶塞挤压去水分，取出后保存在干燥器里。

设计要求

① 从反应原理上讨论设计实验装置；

② 从方程式讨论实验配方；

③ 从原理上讨论加料顺序和反应时间；

④ 通过对物理常数的查阅讨论分离方法；

⑤ 讨论产物的纯度检测方法（气相色谱分析方法，折射率测定）；

⑥ 讨论产物与原料之间的官能团变化，通过红外光谱测定结构。

思考题

① 利用什么性质除去对甲苯磺酸中的邻位衍生物？

② 在本实验条件下，会不会生成相当量的甲苯二磺酸？为什么？

③ 讨论对甲苯硫酸磺化制法的优缺点。