清華大學(xué) 有機(jī)化學(xué)及實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 實(shí)驗(yàn)二、乙酸正丁酯

《清華大學(xué) 有機(jī)化學(xué)及實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 實(shí)驗(yàn)二、乙酸正丁酯》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《清華大學(xué) 有機(jī)化學(xué)及實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 實(shí)驗(yàn)二、乙酸正丁酯（5頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、實(shí)驗(yàn)二：乙酸正丁酯的合成 一、實(shí) 驗(yàn) 目 的 ? 學(xué)習(xí)醇酸脫水成酯的合成反應(yīng)和機(jī)理 ? 學(xué)習(xí)共沸蒸餾原理，了解常見的共沸體系。 ? 學(xué)習(xí)利用分水器進(jìn)行共沸蒸餾裝置的搭裝和使用，進(jìn)一步掌握簡單蒸餾操作。 ? 學(xué)習(xí)回流、共沸蒸餾、萃取、分液、干燥等操作。 二、反應(yīng)原理 ? 原料：正丁醇，冰醋酸，濃硫酸（催化劑），10％Na2CO3溶液（中和用）， ? 無水硫酸鎂（干燥劑） ? 反應(yīng)及原理： ? ? 本實(shí)驗(yàn)為可逆反應(yīng)，要使反應(yīng)向右進(jìn)行，需要采取的手段：（1）增加某種反應(yīng)物的投料量，（2）不斷將某種生成物取走

2、，如本實(shí)驗(yàn)利用共沸蒸餾的方法將體系中生成的水帶出，再利用分水器將水與體系分離，使反應(yīng)向生成物方向進(jìn)行。 三、基本操作 ? 回流冷凝裝置 ? 分水器的使用 ? 液液萃取的原理及分液漏斗的使用 演示分液漏斗的操作及使用時(shí)應(yīng)注意的問題，如放氣等。 ? 干燥原理及干燥劑用量的判斷。 ? 復(fù)習(xí)簡單蒸餾操作 四、本實(shí)驗(yàn)需要注意的問題 1. 滴加濃硫酸要邊加邊搖，避免炭化。 2. 分水器應(yīng)預(yù)先加入一定量的水，并做好標(biāo)記，最后記下生成的水量來判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度。 3. 反應(yīng)剛開始時(shí)，注意控溫，在80°C加熱15分鐘（注：是溶液溫度，而不是蒸汽溫度），待反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間之后再加熱回

3、流使反應(yīng)中生成的水與體系分離。 4. 用10％Na2CO3溶液中和酸時(shí)注意放氣。 5. pH試紙必須放在表面皿中使用，拿出幾張，立刻蓋上瓶蓋，否則時(shí)間長了就失效了。 6. 產(chǎn)品經(jīng)老師檢查后再倒入回收瓶。 五、實(shí)驗(yàn)中使用的儀器 序號 名稱 規(guī)格 件數(shù) 1 圓底燒瓶 25ml，（14＃） 1 2 圓底燒瓶 10ml （14＃） 2 3 分水器 1 4 球形冷凝管 1 5 錐形瓶 25ml （14＃） 1 6 蒸餾頭 14＃ 1 7 直型冷凝管 14＃ 1 8 單股接引管 14＃ 1 9 玻璃塞 14＃

4、2 10 量筒 50ml 1 11 量筒 10ml 1 12 溫度計(jì) 300℃ 1 13 溫度計(jì)套管 1 14 玻璃漏斗 1 15 滴管 1 16 梨型分液漏斗 50或100ml 1 17 表面皿 1 18 燒杯 50ml 1 19 玻璃棒 1 合計(jì) 21件 六、需要讓學(xué)生了解和掌握的知識(shí) 1．共沸蒸餾原理及夾帶劑的作用 1) 共沸蒸餾原理 在混合物中加入第三組分，該組分與原混合物中的一個(gè)或兩個(gè)組分形成沸點(diǎn)比原來組分和原來共沸物沸點(diǎn)更低的新的具有最低共沸點(diǎn)的共沸物，使組分間的

5、相對揮發(fā)度增大，易于用蒸餾的方法分離，這種蒸餾方法稱為共沸蒸餾，加入的第三組分稱為恒沸劑或夾帶劑。 2） 夾帶劑 在合成過程中常用的夾帶劑有苯、甲苯、二甲苯、三氯甲烷、四氯化碳等 。這些夾帶劑與體系中的水形成共沸混合物，使沸點(diǎn)降低。例如在合成醋酸芐酯時(shí)，就可以在反應(yīng)體系中加入一定的苯，利用苯與水形成共沸體系（69°C）把水帶出。特意加入的夾帶劑不能與反應(yīng)體系發(fā)生反應(yīng)，并且不能與水混容，本實(shí)驗(yàn)中用的是原料乙酸。 2．分水器的使用方法 3．液體化合物的干燥 1）干燥的方法分為物理方法和化學(xué)方法。 ? 物理方法：有烘干，晾干，吸附，分餾。共沸蒸餾和冷凍等。今年來還常用離子交換樹脂

6、和分子篩等方法來進(jìn)行干燥。 ? 化學(xué)方法：用干燥劑來除水。根據(jù)除水原理可分為兩種：a）能與水可逆地結(jié)合，生成水合物，如CaCl2＋nH2O?CaCl2 nH2O；b）與水發(fā)生不可逆反應(yīng)，生成新地化合物，如Na＋H2O ?NaOH＋H2 2） 用干燥劑時(shí)要注意的幾點(diǎn)： ? 當(dāng)干燥劑與水發(fā)生反應(yīng)可逆反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡需要一定時(shí)間。一般最少要兩個(gè)小時(shí)或更長時(shí)間才能受到較好的干燥效果。因反應(yīng)可逆，不能將水完全除盡，故干燥劑的加入量要適當(dāng)，一般為5％左右。在蒸餾前必須將干燥劑濾除，否則被除去的水在蒸餾過程中可被釋放出來返回到液體中。另外，若把鹽倒入或留在蒸餾瓶底，受熱時(shí)會(huì)發(fā)生崩濺。 ? 使

7、用干燥劑與水發(fā)生不可逆反應(yīng)時(shí)，蒸餾前干燥劑不必濾除。 ? 干燥劑只用于干燥少量水分，若水的含量大，干燥效果不好。為此萃取時(shí)一定盡量將水層分凈。這樣干燥效果才好，并可少損失產(chǎn)物。 4． 燥劑的選擇： 干燥劑與被干燥的液體有機(jī)化合物應(yīng)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，包括：溶解，締合催化等作用。 例如：酸性化合物不能夠用堿性干燥劑，如CaCl2與醇、胺類化合物易形成絡(luò)合物，故不能用CaCl2來干燥醇合胺類化合物。又如CaO，NaOH等堿性干燥劑能使某些醛或酮發(fā)生縮合反應(yīng)、氧化反應(yīng)，也可使酯或酰胺發(fā)生水解反應(yīng)，故不宜用CaO或NaOH干燥這類化合物。 5． 燥劑的用量： 干燥劑的實(shí)際用量大大超過計(jì)

8、算量。實(shí)際操作中，主要通過現(xiàn)場判斷，即觀察法。 1）觀察被干燥的液體，一般來說有機(jī)液體在未加干燥劑之前，溶液是渾濁的，加入干燥劑之后，溶液變?yōu)槌吻逋该鳡?。這時(shí)再少加一些，讓干燥劑過量即可 。 2）觀察干燥劑的變化，有些有機(jī)液體化合物無論有水還是沒水，溶液總是清澈透明。這時(shí)判斷干燥劑用量是否合適，則應(yīng)看干燥劑的狀態(tài)。加入干燥劑后，干燥劑因吸水而粘結(jié)在一起，沾在壁上，搖動(dòng)時(shí)不易旋轉(zhuǎn)，表明干燥劑用量不夠。應(yīng)補(bǔ)加干燥劑。直到新地干燥劑不結(jié)塊，不粘壁，搖動(dòng)時(shí)干燥劑隨液體旋轉(zhuǎn)，有明顯的懸浮顆粒，表明所加干燥劑用量合適。（注：由于干燥劑還能吸附一部分有機(jī)液體，影響產(chǎn)品收率。故干燥劑用量要適中。應(yīng)加入少

9、量干燥劑后靜置一段時(shí)間，觀察用量不足時(shí)再補(bǔ)加。） 6． 使用干燥劑操作要點(diǎn)： 1） 首先把被干燥的溶液中水分盡可能除凈。 2） 把待干燥的液體放入錐形瓶中，根據(jù)干燥劑的性質(zhì)取顆粒大小合適（或粉末狀如無水硫酸鎂）的干燥劑放入液體中，用塞子蓋住瓶口，輕輕振搖，經(jīng)觀察判斷干燥劑用量是否合適。干燥時(shí)間越長越好，最好過夜。但是由于課時(shí)有限，一般要求學(xué)生靜置10－15分鐘即可。 7． 把干燥好的液體濾入蒸餾瓶中，然后進(jìn)行蒸餾。 本次實(shí)驗(yàn)時(shí)干燥要注意以下事項(xiàng) ? 干燥時(shí)間應(yīng)夠半小時(shí)再蒸餾； ? 干燥劑用漏斗加一小團(tuán)棉花，過濾除去后蒸餾； ? 干燥時(shí)最好用磨口錐形瓶，以免揮發(fā)產(chǎn)物。

10、 簡單蒸餾操作 l 總結(jié)上次課蒸餾操作中的問題； l 蒸餾乙酸正丁酯產(chǎn)物時(shí)，到120°C左右溫度恒定后就開始接收產(chǎn)物； l 注意餾頭的收集； l 接收餾分的接受瓶要先稱空瓶重，然后接收產(chǎn)物稱重，并計(jì)算產(chǎn)率； l 也可用量筒量取產(chǎn)物體積，用比重?fù)Q算成重量，再計(jì)算產(chǎn)率。 實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng) l 滴加濃硫酸時(shí)要邊搖動(dòng)邊滴加，使硫酸迅速混合均勻，避免局部炭化。 l 分水器中應(yīng)預(yù)先加入一定量的水，在分水器上用筆做一標(biāo)記（刪除講義上的“放出2.25 ml水”）在反應(yīng)過程中，生成的水由分水器放出，但水面需要保持在標(biāo)記處。由生成的水量判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度。反應(yīng)進(jìn)行完全時(shí)應(yīng)觀察不到有水

11、帶出的渾濁現(xiàn)象。最后記下生成水的量，與計(jì)算所得到的理論產(chǎn)量比較。 l 在反應(yīng)剛開始時(shí)，一定要控制好升溫速度。要在80°C加熱15分鐘后再開始加熱回流，以防乙酸過早地蒸出，影響產(chǎn)率。 l 用10％ Na2CO3洗滌時(shí)，因?yàn)橛蠧O2氣體放出，所以要注意放氣，同時(shí)洗滌時(shí)搖動(dòng)不要太厲害，否則會(huì)使溶液乳化不易分層。 l pH試紙使用時(shí)要放再表面皿中，且只需要幾張即可。 l 蒸餾裝置必須干燥，儀器在烘箱中或氣流烘干器上烘干（分液和干燥產(chǎn)物之應(yīng)前先把儀器洗干凈放入烘箱中干燥后再使用。 l 產(chǎn)物經(jīng)稱重后，經(jīng)老師檢查記錄后，再倒入回收瓶中。 相關(guān)知識(shí)： 英文名：butyl acetate

12、，結(jié)構(gòu)式CH3COOC4H9,分子量116.16 物理性質(zhì)：無色透明液體，有水果香味，在水中的溶解度288.16K時(shí)為0.8%（質(zhì)量），293.16K時(shí)為1.0%（質(zhì)量）。水在乙酸正丁酯中293.16K時(shí)的溶解度為1.86%（質(zhì)量）。乙酸正丁酯易溶于松脂、酯膠、苯并呋喃樹脂、達(dá)馬樹脂、欖香酯、乳香、貝殼衫脂、馬尼拉橡膠、杜仲膠、甘酞樹脂等天然樹脂，以及聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、氯化橡膠等合成樹脂，也能溶于鈣鎂鋅等金屬的樹脂酸鹽。其主要物理性質(zhì)見下表。 化學(xué)性質(zhì)：乙酸正丁酯加堿水解，生成乙酸和正丁醇。能與乙醇

13、、甲醇進(jìn)行酯交換，與AlCl3形成加合物。此外，在光照下，能發(fā)生氯化反應(yīng)，可得到1-氯取代物和4-氯取代物。 產(chǎn)品規(guī)格：見下表 毒性、安全、儲(chǔ)存及運(yùn)輸：乙酸正丁酯易燃，操作場所最高允許濃度為0.95 mg/L。由于乙酸正丁酯在常溫時(shí)就易燃，所以嚴(yán)禁與炸藥類物質(zhì)一起運(yùn)輸?；馂?zāi)時(shí)宜用干粉、二氧化碳滅火器 乙酸正丁酯對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有抑制作用，吸入會(huì)刺激肺胞粘膜，引起肺氣腫，造成支氣管炎，如經(jīng)口進(jìn)入人體內(nèi)會(huì)刺激消化系統(tǒng)，引起胃和十二指腸充血，造成腸膜淤血。操作場所要保持良好通風(fēng)，操作人員要備防護(hù)用具，如濺入眼內(nèi)，應(yīng)立即用清水沖洗并用藥物治療。 ? 用途：優(yōu)良的有機(jī)溶劑，對乙酸纖維素、乙基纖維素、氯化橡膠、聚苯乙烯、甲基丙烯酸樹脂及許多天然橡膠如烤膠、馬尼拉膠、達(dá)馬樹脂等均有良好的溶解性能。廣泛應(yīng)用于硝酸纖維清漆中。在人造革、織物及塑料加工過程中用作溶劑，在各種石油加工和制藥過程中用作萃取劑。也用于香料復(fù)配及杏、香蕉、梨、菠蘿等各種香味劑的成分。 5