赵 龙，李保山

（北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室，北京100029）

在液氨环境中制备氨基钠的研究

赵 龙，李保山

（北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室，北京100029）

氨基钠在化学工业及药物合成领域中有着广泛的应用。研究了以金属钠和液氨在氢气存在下制备氨基钠的方法，考察了反应温度、压力、原料配比等对产品质量的影响。将金属钠溶解在一定量的液氨中，然后转入高压反应釜密封，通入少量氢气吹出釜内空气，然后加热到50℃，搅拌反应1 h，可得到氨基钠质量分数为92%的产品。该方法方便快捷，合成周期短，无需催化，产品纯度高，色泽好，具有重要的应用前景。

氨基钠；金属钠；液氨

氨基钠的化学式为NaNH2，分子量为39.012 3，熔点为210℃，沸点为400℃［1］。常温下为白色结晶粉末，有刺激性气味。露置在空气中会吸收水分和二氧化碳，易溶于水，逸出氨气生成氢氧化钠。在空气中不稳定，加热氧化生成氢氧化钠、亚硝酸钠和氨。400℃开始分解，500～600℃迅速分解［2］。在真空中加热至300～330℃分解为钠、氮、氢和氨［3］。氨基钠在有机、无机化学工业及医药领域中有着广泛的应用，如在有机化学反应中用作缩合促进剂，是维生素A的合成原料，也是制取靛青染料、肼和氰化钠等工业品的原料。此外，氨基钠还被用作脱水剂、脱卤剂、烷基化剂、氨化剂等，还可用于制造叠氮化合物、氰化物、靛蓝和联氨等［2］。氨基钠最早是由Louis-Josef Gay-Lussac和Louis-Jacques Thénard将干燥的氨气通过熔融状态下的金属钠合成的［4］，目前这种将干燥的氨气通过350～360℃状态下的金属钠来制备氨基钠的方法仍然在使用［3］。目前，在实验室中制取氨基钠的主要方法是将钠加入氨气液化后得到的液氨中，搅拌并用硝酸铁作催化剂，反应完毕后加入无水乙醚升温除去多余的氨气，最后形成氨基钠的乙醚悬浮液。用此方法制备氨基钠，步骤复杂，操作难度大，成本高，以铁离子来催化虽然提高了产率但同时引入了杂质，使产品颜色发灰。工业上制备氨基钠主要有以下两种方法：在高温下（通常是370～400℃）将液氨通入装有金属钠的反应釜中反应一定时间［1］；将液态金属钠在一定温度下通入氨钠合成塔，与氨气在320～360℃反应得氨基钠［5］。传统制备氨基钠的方法通常需要很高的温度，耗能大，工艺落后，得到的产品色泽差、纯度低、质量不稳定。并且生成的块状产品使用时不易溶解不易贮存。笔者采用一种新的方法制备氨基钠，探讨了温度、压力、原料配比（金属钠用量）等对合成效果、产品质量的影响。利用凯氏定氮法［5-7］测定了产物中氮含量，用X射线衍射分析确定产物组成。

1 实验方法

1.1 试剂与仪器

钠（分析纯，质量分数大于99.5%）；硫酸（分析纯，质量分数为95%～98%）；氢氧化钠（分析纯，质量

分数大于96.0%）；硼酸 （分析纯，质量分数大于99.5%）；氢气（纯度大于99.9%）；氮气（纯度大于99.2%）；液氨。

X′Pert系列X射线衍射仪；高压反应釜；85-2型恒温磁力搅拌器；调温加热套。

1.2 实验步骤

取120 mL液氨放入三口瓶中，将一定量的金属钠取出并擦拭掉煤油，去除表面氧化膜，在不断搅拌下将金属钠分多次加入到液氨中，搅拌数分钟待金属钠完全溶解后，将溶液移入高压反应釜中，用氢气置换掉反应釜中的空气，然后开启搅拌，通入氢气至所需压力，加热至所需温度，直至反应完毕。

氨基钠的合成过程是严格保持在无水无氧的条件下进行的，并且实验中所使用的所有仪器都经过干燥处理，尽可能减少合成过程中氧化作用对实验的影响，以此降低产物中氧化物等杂质的含量。

1.3 分析方法

称取定量产物溶于去离子水中，加热蒸出氨气并吸收于硼酸溶液中，以甲基红-亚甲基蓝为指示剂，用硫酸滴定，计算得产物中氨基钠的含量，除氨之后的碱溶液以酚酞为指示剂，用硫酸滴定，计算得混合物中钠的含量。利用X射线衍射分析可以确定产物的组成。

2 结果与讨论

2.1 合成工艺条件考察

2.1.1 反应时间对产品质量的影响

图1为金属钠用量为1.0 g时产品中氨基钠含量随反应时间的变化关系。由图1可见，反应时间太短会导致钠与液氨的反应不完全，反应时间在1 h以上时，随反应时间延长产物中氨基钠的含量变化不大。这可能是因为，在该反应条件下生成氨基钠的反应基本达到了平衡状态。考虑到生产成本和缩短生产周期，本实验设置反应时间为1 h。

图1 反应时间对氨基钠含量的影响

2.1.2 不同反应温度下金属钠用量对产品质量的

影响

图2是反应时间为1 h时，不同温度下金属钠的用量与产品中氨基钠含量的关系。由图2可以看出，在同一温度下，金属钠的加入量为2.5 g时，氨基钠含量达到最大值。在反应温度为50℃时，对应的氨基钠含量均高于其他温度下的含量。这是因为，当反应温度较低时，反应的速度较慢，而当反应温度较高时，氨大量气化导致与金属钠的接触面大大减小，导致金属钠反应不完全而留在产物中。

图2 金属钠用量及反应温度对氨基钠含量的影响

2.1.3 合成压力对产品质量的影响

图3是50℃时2.5 g Na和120 mL液氨溶液在不同氢气初压力下的反应结果。从图3可以看出，增大反应体系中的H2压力对氨基钠的合成反应是不利的。这是由Na与液氨的反应所决定的，由其反应方程式可以反映出这一点。

图3 合成压力对氨基钠含量的影响

2.2 产品分析

图4为产物的X射线衍射分析谱图。由图4可见，17、26、28、30、38、40°处几个明显的衍射峰均为氨基钠的特征峰，可以证明产物中氨基钠的存在。其余几处不明显的峰为氧化物的峰，是在合成或测试过程中钠被氧化所致。

图4 产物的XRD谱图

3 结论

在反应温度为50℃、H2初压力为常压的条件下，向120 mL液氨中加入2.5 g金属钠，搅拌反应1 h制备出氨基钠，产品中氨基钠质量分数达到92%。用该方法制备氨基钠方便快捷，一步制备无需催化，并且产品纯度高、色泽好。

［1］ 胥传习.氨基钠的生产方法：中国，1944258［P］.2007-04-11.

［2］ 安家驹，包文滁，王伯英，等.实用精细化工辞典［M］.北京：中国轻工业出版社，1989：667.

［3］ 申泮文，王积涛.化合物词典［M］.上海：上海辞书出版社，2002：23.

［4］ McGee J M.The preparation and properties of sodium amide［J］.J. Am.Chem.Soc.，1921，43（3）：586-591.

［5］ 张正西，刘国平，吴德生，等.一种靛蓝生产过程中连续合成氨基钠的制备方法：中国，101591009［P］.2009-12-02.

［6］ 陈智慧，史梅，王秋香，等.用凯氏定氮法测定食品中的蛋白质含量［J］.新疆畜牧业，2008（5）：22-24.

［7］ GB 5009.5—2010 食品中蛋白质的测定［S］.

联系方式：bsli@mail.buct.edu.cn

Study on preparation of sodium amide in ammonia liquid

Zhao Long，Li Baoshan
（State Key Laboratory of Chemical Resource Effective Utilization，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China）

Sodium amide has been applied extensively in chemical industry and synthesis of medicaments.The synthesis technology of sodium amide from sodium and liquid ammonia in the presence of hydrogen was studied.The influences of reaction temperature，pressure，and mixture ratio of raw materials etc.on the product quality were investigated.Sodium was dissolved into a certain amount of liquid ammonia，and the mixture was moved into a high-pressure reaction vessel.Then hydrogen was filled into the vessel to replace air，and then it was heated up to 50℃with stirring for 1 h.The sodium amide product with mass fraction of 92%could be gained.The synthesis technology will have an important application prospect as it is simple，cycle-short，catalyst-free，purity-high，and color-good.

sodium amide；sodium；liquid ammonia

TQ113.5

A

1006-4990（2015）01-0036-03

2014-07-19

赵龙（1988— ），男，在读硕士研究生，主要从事无机化合物的合成研究工作。

李保山