芳胺酰基化在制药、染料等工业中应用广泛，在有机合成中也常用于氨基的保护，是有机化学理论和实验教学的重要内容。现行教学中的乙酰苯胺制备实验^[1]多为乙酸和苯胺的脱水缩合反应(如图 1)，用分馏装置除去生成的水(如图 2)，同时加入锌粉防止苯胺被氧化。反应后，经冷却析出、抽滤、重结晶制得产物。该实验原理、目的明确，选用经典反应装置，教学效果较好，但仍有一定的改进空间。首先，锌粉自2011年起被列为易制爆化学品，购买使用管理严格。其次，达到反应温度至反应结束用时约1 h，期间学生没有其他实验安排，课堂节奏较慢。第三，控温要求较为严格，温度过低无法蒸出水，温度过高则蒸出大量乙酸，且即使控温良好也无法避免少量乙酸蒸出^[2]。第四，反应现象不明显，学生难以判断反应进程。

基于以上几点考虑，改进实验保持原料乙酸和苯胺不变，选用较安全的氯化亚锡(SnCl₂)代替锌粉作为还原剂，并加入对甲苯磺酸(TsOH)作为催化剂以缩短反应时间^[3]。同时以固定床脱水回流装置^{[4, 5]}代替分馏装置，在较宽的反应温度范围内均可有效除水且避免乙酸蒸出。还可通过变色硅胶的颜色变化实现反应可视化^[6–8]，并用薄层色谱监控反应^[9]，使实验现象更丰富，课堂节奏更紧凑。

为拓宽学生视野、丰富实验内容，本文还设计了两个拓展实验，一是利用产物乙酰苯胺制备4-乙酰氨基乙酸苯酯^[10]；二是利用恒pH滴定法^[11]测定废液中未反应的苯胺含量。拓展实验利用了反应产物和废液，涉及萃取、柱层析、滴定、数据处理和分析等内容，能够有效提升学生的综合实验能力。

乙酰苯胺制备原理如图 3，仍以乙酸和苯胺为原料，改用SnCl₂防止苯胺氧化，加入TsOH作为催化剂。

本实验采用固定床脱水回流装置(如图 4)，装置由圆底烧瓶和填充式精馏柱组成，精馏柱内从下至上依次填充玻璃弹簧填料、4A分子筛和变色硅胶。反应进行时，蒸出的水和乙酸经玻璃弹簧填料分馏，乙酸回到烧瓶，水被4A分子筛和变色硅胶吸收，变色硅胶吸水后颜色由橙色变为绿色(如图 5)。当变色硅胶不再继续变色时，可判断反应趋于完全。

为进一步加强学生对有机合成的理解，充分利用制得的乙酰苯胺，可将乙酰苯胺作为原料制备4-乙酰氨基乙酸苯酯，反应方程式如图 6所示。乙酸为乙酰氧基化试剂，二(三氟乙酸)碘苯(PIFA)为氧化剂，三氟化硼乙醚(BF₃∙Et₂O)为催化剂。反应条件温和、用时较短、涉及多种基本操作，适合本科教学。

乙酰苯胺制备实验的后处理步骤为析出、抽滤、重结晶。其中抽滤所得滤饼为乙酰苯胺粗产物，滤液则含有乙酸、少量苯胺和乙酰苯胺，通常作为废液弃去。对废液中的苯胺含量进行测定，可以深化学生对于反应的理解，同时学习苯胺这一重要水体污染物的测定方法。

目前报道的常用的苯胺测定方法^[12]主要有分光光度法、色谱法和恒pH滴定法等。综合考虑所需仪器、试剂、实验时长等因素，本文选择恒pH滴定法测定废液中的苯胺含量。

在溶液的温度、离子强度和pH保持一定时，弱酸(碱)的各种存在形式的比例只与弱酸(碱)的解离常数有关^[13]。因此，当滴定至某一固定pH时，被测弱酸碱的物质的量与滴定消耗的滴定剂物质的量存在线性关系。用一定浓度的盐酸滴定苯胺至某一固定pH，消耗盐酸的体积为V，滴定空白溶液消耗盐酸体积为V₀，则苯胺的物质的量n与待测液消耗盐酸的体积ΔV = V − V₀存在线性关系^[14]，即n = kΔV + a。

实验试剂如表 1。

三颈烧瓶、量筒、填充式精馏柱、玻璃弹簧填料、薄层色谱板、毛细管、展缸、254 nm紫外灯、烧杯、布氏漏斗、抽滤瓶、分液漏斗、层析柱、容量瓶、酸式滴定管、研钵等。

电子仪器详见表 2。

红外光谱：将1–2 mg样品与光谱纯溴化钾在玛瑙研钵中研细，用粉末压片机在10 MPa下压30 s，制得透明薄片。测试分辨率：4 cm⁻¹，扫描次数：64次，测试范围4000–400 cm⁻¹。

核磁共振氢谱：取烘干后的样品10 mg溶于0.6 mL CDCl₃中，扫描次数：16次。

安装固定床脱水回流反应装置(见图 4)，在填充式精馏柱内依次加入玻璃弹簧填料、4A分子筛和变色硅胶。在30 mL三颈烧瓶中，加入4.66 g (0.0500 mol)苯胺、6.00 g (0.100 mol)乙酸、0.75 g SnCl₂和0.23 g TsOH，缓慢加热至反应物沸腾。当变色硅胶不继续变色时(约40 min)，用玻璃滴管快速取1滴反应液滴入饱和碳酸钠溶液中，加入5滴乙酸乙酯振摇，用毛细管取乙酸乙酯层在薄层色谱板上点样，展开剂为V(石油醚) : V(乙酸乙酯) = 2 : 1。在254 nm紫外灯下观察，当观察不到原料苯胺点时停止加热。

趁热将反应液倒入100 mL冷水中剧烈搅拌，在室温下静置后抽滤，用5–10 mL冷水洗涤。所得滤饼为乙酰苯胺粗产物；滤液可作为废液弃去，也可用于拓展实验：测定废液中未反应的苯胺含量。

将粗产物加入150 mL水中加热溶解，待溶液稍冷后加入约0.2 g活性炭。搅拌下加热至沸腾2–3 min，趁热抽滤，待滤液自然冷却至室温，有大量晶体析出。抽滤，所得滤饼烘干后称重，测定其熔点、红外光谱、核磁共振氢谱。

在30 mL三颈烧瓶中依次加入0.1290 g (0.3 mmol) PIFA、0.50 mL乙酸、0.0270 g (0.2 mmol)乙酰苯胺和两滴BF₃∙Et₂O，室温下搅拌0.5 h。加入20 mL乙酸乙酯振摇后倒入烧杯中，搅拌下缓慢滴入饱和碳酸钠溶液，分液，有机相用饱和氯化钠洗涤3次后干燥、浓缩。硅胶柱层析，先后用V(石油醚) : V(乙酸乙酯) = 5 : 1和V(石油醚) : V(乙酸乙酯) = 2 : 1洗脱剂梯度洗脱。用薄层色谱板跟踪、检出，展开剂为V(石油醚) : V(乙酸乙酯) = 1 : 2。

以95%乙醇为溶剂，配制含0.050 mmol (0.0047 g)、0.10 mmol (0.0093 g)、0.150 mmol (0.0140 g)、0.200 mmol (0.0186 g)和0.250 mmol (0.0233 g)的苯胺溶液各50 mL。分别移取25.00 mL上述溶液，以pH计为指示，用0.012 mol∙L⁻¹的盐酸溶液依次滴定至pH = 4.00，记录所用盐酸体积。再于相同条件下滴定25.00 mL 95%乙醇，记录所用盐酸体积。以两次消耗盐酸的体积差ΔV为纵坐标，以苯胺的物质的量n为横坐标绘制工作曲线。

向废液中加入20 mL乙酸乙酯，分液，搅拌下向有机相缓慢加入饱和碳酸钠溶液至中性，分液。有机相用10 mL饱和氯化钠溶液洗涤，无水碳酸钾干燥，过滤。将所得滤液倒入25 mL烧瓶中蒸馏，蒸出73–80 ℃馏分。冷却后向烧瓶内加入95%乙醇充分溶解后，转移至50 mL容量瓶中定容。移取25.00 mL，以pH计为指示，用0.012 mol∙L⁻¹的盐酸溶液滴定至pH = 4.00，通过工作曲线求废液中苯胺的物质的量n。

按1.4.1所述方法制得乙酰苯胺产物3.64 g，产率为53.9%，熔点为114.3 ℃。

制得样品的红外谱图如图 7，图中3296 cm⁻¹为N―H的伸缩振动，3100–3010 cm⁻¹为苯环氢的伸缩振动；1664 cm⁻¹为酰胺C＝O伸缩振动；1600–1500 cm⁻¹属于苯环骨架伸缩振动。

制得样品的核磁共振谱图如图 8，¹H NMR (400 MHz，CDCl₃)，δ：7.68 (s，1H，NH)，7.50 (d，J = 7.9 Hz，2H，ArH)，7.29 (dd，J = 15.5，7.5 Hz，2H，ArH)，7.09 (t，J = 7.4 Hz，1H，ArH)，2.15 (s，3H，CH₃)。

以上几种表征方法测得的结果均与乙酰苯胺吻合。

按1.4.2方法制得产物0.0166 g，产率为43.0%，熔点为155 ℃。

制得样品的红外谱图如图 9，图中3296 cm⁻¹为N―H的伸缩振动，3100–3010 cm⁻¹为苯环氢的伸缩振动；1753 cm⁻¹为酯C＝O伸缩振动；1665 cm⁻¹为酰胺C＝O伸缩振动；1615–1507 cm⁻¹属于苯环骨架伸缩振动。

制得样品的核磁共振谱图如图 10，¹H NMR (400 MHz，CDCl₃)，δ：7.71–7.54 (m，1H，NH)，7.46 (d，J = 8.9 Hz，2H，ArH)，7.00 (d，J = 8.9 Hz，2H，ArH)，2.29 (s，3H，CH₃)，2.13 (s，3H，CH₃)。

以上几种表征方法测得的结果，均与4-乙酰氨基乙酸苯酯吻合。

按1.4.3所述方法绘制工作曲线(如图 11)并对废液中苯胺含量进行测定，滴定消耗盐酸体积V = 1.40 mL，空白溶液消耗体积V₀ = 0.20 mL，故ΔV = V − V₀ = 1.20 mL，根据工作曲线求得苯胺物质的量n = 0.0708 mmol。

在改进乙酰苯胺制备实验的过程中，为选择合适的试剂和反应条件，本文对还原剂、催化剂和反应装置分别进行了讨论。在教学中，教师可以引导学生自主查阅文献、设计实验，在现行教材的基础上从多个方面对实验进行探究、优化。

锌粉被列入易制爆化学品后管理严格、购买手续复杂，因此探究了还原铁粉、亚硫酸钠、SnCl₂等常见还原剂在乙酰苯胺制备中能否代替锌粉。按照现行教材的实验条件，采用分馏装置，在30 mL圆底烧瓶中加入9.00 g乙酸、4.66 g苯胺、0.14 g锌粉(2.1 mmol)，反应1.5 h，产率为58.0%。以相同的条件考查还原剂种类及用量对产率的影响。

实验表明，加入铁粉或亚硫酸钠会使反应液颜色发生明显变化，且反应产率较低。加入SnCl₂，反应液的颜色不会发生明显变化。由表 3可知，未加入SnCl₂时，粗产物为黄色，产率较低，推测是由于苯胺氧化严重；随着SnCl₂用量的增加，粗产物颜色变浅，产率增加，至3.3 mmol产率达到最大。因此选定SnCl₂的最佳用量为0.75 g (3.3 mmol)，产率为58.3%，效果与锌粉相似。

查阅文献^[3]可知，对甲苯磺酸可作为苯胺酰基化的催化剂。其催化机理为：对甲苯磺酸进攻醋酸上的羰基碳原子，生成的对甲基苯磺酸乙酸酐更容易被苯胺上的氨基进攻，提高了反应速率。实验证明，乙酸、苯胺、SnCl₂的用量分别为9.00 g、4.66 g和0.75 g时，采用现行教材中的分馏装置，加入对甲苯磺酸0.23 g可明显提高反应速率。例如在反应1 h时，加入对甲苯磺酸可使反应产率提高8%；反应1.5 h时产率提高5%；反应2 h时产率则相近，推测此时反应基本达平衡。

本实验将现行教材中的分馏装置改为固定床脱水回流装置，将玻璃弹簧填料、4A分子筛和橙色硅胶依次填入精馏柱，可同时实现分馏、除水和反应可视化功能。实验证明，该改进装置可以有效提高反应产率和速率。实验投料量为0.75 g SnCl₂、0.23 g TsOH和4.66 g苯胺，在乙酸与苯胺物质的量比2 : 1和3 : 1时分别比较装置的反应效果，结果见表 4。

采用原装置时，当n(乙酸) : n(苯胺)为3 : 1时产率较高，但蒸出液体较多，说明乙酸损失较大；当n(乙酸) : n(苯胺)为2 : 1时产率较低。而无论n(乙酸) : n(苯胺)为3 : 1或2 : 1，使用改进装置的反应产率均比原装置明显提高。

本文对现有本科教学实验“乙酰苯胺制备”进行了改进。通过替换还原剂避免管制药品的使用；引入催化剂提高了反应速率；改进反应装置既能避免试剂浪费，还能利用变色硅胶将反应可视化；利用薄层色谱判断反应终点，充实了实验内容；开设拓展实验，利用产物和废液分别进行合成和苯胺含量测定，有效提升学生综合能力；学生可自行查阅文献进行改进实验的探究，发挥学生主观能动性。改进后的乙酰苯胺制备实验无需使用管制试剂、反应时间缩短、现象丰富，更适合本科教学。拓展实验和探究实验在实验技能训练的基础上，拓宽学生视野，培养学生科研能力与创新思维。

(1) 替换管制试剂，便于实验室安全管理；加入催化剂加快反应速率。

(2) 设计固定床脱水回流装置，实现反应可视化的同时提高产率。

(3) 利用产物与废液开设拓展实验，提升学生的综合实验能力。