化工课程设计综合大实验

1、 综合大实验学 院： 化学与材料工程学院 专 业： 化学工程与工艺 姓 名： 学 号： 指导老师： 完成时间： 2016.1.8 目录实验一：甲基叔丁基的制备3一、摘要3二、绪论31、 MTBE制备的实际意义32、国内外研究状况4三、实验目的：4四、实验原理：5五、主要仪器与试剂：51、实验仪器52、药品5六、实验步骤：5七、注意事项:7八、实验设计及结果与讨论81、实验结果82、讨论83、结论9实验二：N，N-二乙基间甲基苯甲酰胺的制备10一、摘要10二、绪论101、避蚊胺制备的意义102、避蚊胺的主要影响11（1）对健康的影响11（2）对环境的影响12三、实验原理12四、主要仪器与试剂：1

2、21、仪器122、药品12五、实验步骤13六、注意事项：17七、实验设计的结果及讨论181、结果182、讨论183、总结18实验一：甲基叔丁基的制备一、摘要用15%稀硫酸做脱水剂,保持甲醇过量条件下,以甲醇与叔丁醇为反应物,控制在8085反应,利用维氏分馏柱收集4060馏分, 即得甲基叔丁基醚粗品,水洗,干燥,加金属钠回流精制。通过实验可以让我们掌握醇分子间脱水反应制备醚的原理和操作;掌握分馏、洗涤、干燥、过滤、回流、 蒸馏等基本实验操作技能。本次实验主要是考察不同的反应条件对化学反应的影响及对产品产率的影响。二、绪论MTBE（methyl tert-butyl ether）为甲基叔丁基醚的英

3、文缩写，是一种高辛烷值汽油添加剂，化学含氧量较甲醇低得多，利于暖车和节约燃料，蒸发潜热低，对冷启动有利，常用于无铅汽油和低铅油的调合。也可以重新裂解为异丁烯，作为橡胶及其它化工产品的原料。质量最好的甲基叔丁基醚，可以用作医药，是医药中间体。俗称“医药级MTBE”或“医药级甲基叔丁基醚”。甲基叔丁基醚的毒性，危险性，在储存和使用过程中也要充分重视。甲基叔丁基醚(MTBE)作为性能优良的汽油添加剂而得到广泛应用,此外作为生产异丁烯的工业原料和反应溶剂、萃取剂和色谱液等方面具有多种用途，目前世界年产量约为3000 104 t,是产量最高的醚。1、 MTBE制备的实际意义MTBE主要用作汽油添加剂，具

4、有优良的抗爆性。它与汽油的混溶性好，吸水少，对环境无污染。MTBE能改善汽油的冷起动特性和加速性能，对气阻没有不良影响。虽然甲基叔丁基醚热值低，但行车试验证明使用含10%MTBE的汽油能使燃料消耗下降7%，并使废气中含铅量、CO量特别是致癌多环芳烃的排放物明显降低。作为有机合成原料，可制高纯度的异丁烯。还可用于生产2-甲基丙烯醛、甲基丙烯酸及异戊二烯等。另外，还可用作分析溶剂、萃取剂。主要用作汽油添加剂，提高辛烷值，亦可裂解制得异丁烯。用作石蜡、香料、生物碱、树脂、天然及合成橡胶、脂肪物质的溶剂。.一种优良的高辛烷值汽油添加剂和抗爆剂。甲基叔丁基醚作为无铅汽油添加剂，具有优良的抗爆性。它与汽油

5、的混溶性好，吸水少，对环境无污染。试验证明，含10%MTBE的汽油能使燃料消耗下降7%，并使废气中含铅量、co量特别是致癌多环芳烃的排放物明显降低。另外，还可用作有机合成原料、萃取剂等。.用作汽油添加剂。储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过37。保持容器密封。应与氧化剂分开存放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。2、国内外研究状况研究还发现MTBE会污染地下水源，日本的一家研究机构的研究也表明，汽油中的MTBE的含量超过7%，汽车排放中的氮氧化物会增加。因此，日本的高级无铅汽油中，MTBE的加入量

6、不超过7%。1996年美国Santa Monica市部分地区由于饮用水中MTBE含量太高，使得这些地区50%的供水系统关闭，这是首次引起公众关注的MTBE污染事件。1999年，美国加利福尼亚州空气资源委员会规定从2002年12月31日起，禁止加州新配方汽油中使用MTBE。如今已被推迟一年到2003年12月31日。纽约州也签署法案，规定从2004年1月起禁止使用MTBE。2010年将全面禁用MTBE。禁用MTBE后，许多厂家开始研究替代产品，如乙醇汽油、烷基化油、改产异辛烷、聚异丁烯添加剂等。但是迄今为止，欧洲和亚洲尚无禁用MTBE的意向，在一定时期内，MTBE仍将继续成为清洁汽油的主要组分。三

7、、实验目的：1.探究甲基叔丁基醚的制备不同浓度的催化剂（硫酸）对实验产率的影响。2.探究甲基叔丁基醚的制备不同催化剂对实验产率的影响。3.学习 了解 比较醚的制备方法，了解其应用。4.熟悉低沸点有机化合物的洗涤、蒸馏、注意事项以及分馏实验操作技术。四、实验原理：五、主要仪器与试剂：1、实验仪器：刺形分离柱.250ml三颈烧瓶.蒸馏头.温度计.直形冷凝管.100ml锥形瓶.10ml量筒.100ml量筒.50ml蒸馏烧瓶.玻璃棒.分液漏斗.50ml锥形瓶.电加热套.铁架台.升降台.恒压滴液漏斗.烧杯，电子天平2、药品：硝酸（洛阳市化学试剂厂，含量：65-68%） 磷酸（洛阳市化学试剂厂，含量大于等

8、于85.0%） 无水碳酸钠（洛阳市化学试剂厂，含量大于等于99.8%） 叔丁醇（天津光复精细化学研究所，含量大于等于99%） 硫酸（洛阳市化学试剂厂，含量：95.0-98.0%） 甲醇（洛阳市化学试剂厂，含量大于等于99.5%）六、实验步骤：1. 量取药品:取16g甲醇、23.5g叔丁醇二者物质的量比为2:1取98%浓硫酸15.3ml配制15%的硫酸。2.搭建实验仪器：在一个250ml的三口烧瓶的中口装配一支分离柱，一个侧口装一支插到接近瓶底的温度计，另一侧口用塞子塞住。分馏柱顶上有温度计其支管依次连接冷凝管、带支管的接引管喝接收器、接引管的支管接一根长橡皮管，接到水管的下水管中。接收器用冰水

9、浴冷却（如图）。图 13.仪器装好后在烧瓶中加入90ml催化酸，甲醇和叔丁醇，混合均匀。投入几粒沸石，加热。当烧瓶中液体的温度达到75-80摄氏度时，产物便慢慢的被分馏出来。仔细的调整加热量，使得分馏柱顶部的蒸气温度保持在（51+-2摄氏度）左右，每分钟会收集0.5-0.7ml的馏出液，当分馏柱顶的温度计有明显的上下波动时，停止分馏。全部分馏时间约为1.5h，收集粗产物。4.将分馏液移入分液漏斗中，用水多次洗涤，每次用5ml水。为了除去其中所含的醇，需要重复洗涤4-5次。当醇被除掉后，醚层清澈透明，分出醚层，用少量无水碳酸钠干燥。5.将干燥后的液体转移至烧瓶中开始进行蒸馏（如图），接收器用冷水

10、浴冷却，蒸出甲基叔丁基醚，收集54-56摄氏度的馏分。图 2七、注意事项:1、注意装置的气密性，防止漏气，导致反应物减少，从而导致产率降低。2、操作时注意安全，酸性物质对皮肤有害。3、试验中注意温度不要太高，否则反应物也会被蒸出，导致产率降低。4、洗涤时不要加太多的水，否则会有少量的醚溶解在水中。导致产率降低。八、实验设计及结果与讨论1、实验结果本次实验主要是考察不同硫酸浓度对反应产率的影响 。对此我们一共配置了3种不同浓度的硫酸分别为：10%、15%、25%、30%、20%定量：甲醇与叔丁醇摩尔量比为2:1（甲醇20ml，16g，0.5mol、叔丁醇23.5ml，18.5g，0.25mol）

11、，硫酸90ml，实验温度压强仪器统一不变。酸浓度10%15%20%25%30%产量11.75g12.85g9.81g11.30g8.05g产率53.4%58.4%44.6%51.4%36.6%2、讨论（）甲醇的分子间脱水生成甲醚，文献报道乙醇脱水生成乙醚、正丁醇脱水生成正丁醚时，需要脱水剂浓硫酸浓度较高（、）、反 应 温 度 也 较 高 （、），推测甲醇脱水生成甲醚时，需要脱水剂的浓度应该较高、反应温度也应该较高。因此，在本实验稀硫酸催化、 反应条件下，甲醚 很 少生成。（）叔丁醇分子内脱水生成异丁烯。叔丁醇脱水生成异丁烯的反应条件是硫酸催化、反应；在本实验稀硫酸催化、反应条件下，甲醇严重过量

12、（前期甲醇与叔丁醇物质的量比高达：，后期更高），叔丁醇离解生成的叔丁基碳正离子可以迅速且充分的与甲醇反应生成 ，并及时并蒸馏出来，所以异丁烯的生成也较少。（）叔丁醇可能分子间脱水生成叔丁醚。叔丁基碳正离子空间位阻很大，在甲醇严重过量的条件下，叔丁醇很难亲核进攻到叔丁基碳正离子，也就很难生成叔丁醚。3、结论可见，在 稀硫酸催化下，大量甲醇与少量叔丁醇加热至脱水反应生成 的反比较单一，副反应少，能够获得较高的收率。实验二：N，N-二乙基间甲基苯甲酰胺的制备一、摘要本次试验就是学习如何通过化学反应使成分比较简单的物质变成成分复杂的物质。以从来自于动物、植物或微生物的天然产物为起始原料合成最终产物的化

13、学合成方法。所需原料通常已具备最终产物的基本骨架及其多数官能团,甚至已具备最终产物所需构型。例如，抗疟药蒿甲醚是由天然存在的青蒿素半合成而来的。二、绪论避蚊胺易挥发，并且包含人类的汗液和气息，通过阻断昆虫嗅觉受体的1辛烯- 3 -醇起效。比较流行的理论是避蚊胺有效地使昆虫失去对人类或动物发出特殊气味的感官。正如人们初期所猜想，避蚊胺并没有影响到昆虫对二氧化碳的嗅觉能力。 常温下， 避蚊胺是淡黄色液体。 它能由二乙基的和甲基苯甲酸制成。它还能由酰基氯和乙胺制成。1、避蚊胺制备的意义避蚊胺简称DEET，是一种广泛使用的杀虫剂。将其喷洒在皮肤或衣服上，避免虫蚊叮咬。避蚊胺是由美国军队在“二战”期间发

14、明。1946年军队开始使用，1957开始投入民用。最初在农场作为杀虫剂使用，后来美国政府申请其在战争时期使用，特别是在越南和东南亚作战。 避蚊胺易挥发，并且包含人类的汗液和气息，通过阻断昆虫嗅觉受体的1辛烯- 3 -醇起效。比较流行的理论是避蚊胺有效地使昆虫失去对人类或动物发出特殊气味的感官。正如人们初期所猜想，避蚊胺并没有影响到昆虫对二氧化碳的嗅觉能力。然而，最近的科学研究表明，避蚊胺作为一个真正驱蚊剂，它是通过使蚊虫感到不适而起效的。 A型嗅觉受体神经元的触角感器的蚊子已确认对避蚊胺作用明显反应，此外还有其他已知驱蚊剂，如桉树脑，芳樟醇，崖柏酮。常温下， 避蚊胺是淡黄色液体。它能由二乙氨基

15、甲酰氯和甲基苯甲酸制成。它还能由甲基苯甲酰基氯和乙胺制成。避蚊胺是一种强效溶剂，能使塑料、人造纤维、氨纶、合成纤维组织物、皮革，包括指甲油在内的着色或涂漆的表面溶解2、避蚊胺的主要影响（1）对健康的影响 预防措施：生产厂商忠告使用者，含避蚊胺的产品不要使其直接与破损的皮肤接触或在衣物里使用；当不需要时,其制剂可以用水洗掉。避蚊胺作为一种刺激剂，所以对皮肤产生刺激是不可避免的。在避蚊胺获得再登记合格决定的同时，美国环境保护局公布了14到46个可能与避蚊胺有潜在联系的癫痫发病案例，其中有四人死亡。环保局的陈述中提到：“的确，一些案例可能与避蚊胺有毒相关”，但调查表明30%的美国人在使用避蚊胺，所以

16、，癫痫的发病率仅仅是一亿分之一。康乃尔大学的杀虫剂情报计划联合拓展办公室报告指出：“大沼泽国家公园中大量使用避蚊胺的员工失眠，心神不宁，认知功能衰弱等现象比少量接触避蚊胺的人要更加严重。美国儿科协会研究发现10%与30%的儿童直接使用的产品的安全性没有差别，但是，建议两个月以下的婴儿不要使用。英国BMC生物学杂志日前刊登一项最新研究结果表明，驱蚊剂“避蚊胺”（DEET）对中枢神经系统中一种关键酶的活性有抑制作用，研究人员认为有必要重新深入研究这种驱蚊剂的安全性。由法国研究人员领导的一个国际小组研究发现，“避蚊胺”能抑制乙酰胆碱酯酶的活性，而这种酶在昆虫和哺乳动物的中枢神经系统中都非常关键。研究

17、人员说，“避蚊胺”常与其他杀虫剂混用，但它在与氨基甲酸盐类杀虫剂混用时毒性会增强。研究人员认为，出于对公众健康安全的考虑，应该重新对“避蚊胺”的安全性进行深入研究。（2）对环境的影响 尽管有关于避蚊胺对环境污染的研究评估报告很少，但是避蚊胺确实是一种非烈性化学杀虫药，其可能不适合在水源地以及周围使用。虽然避蚊胺不是人们所认为的生物蓄积物，但是它被发现对冷水鱼有轻微的毒性，如虹鳟鱼、罗非鱼，此外，实验表明它对一些淡水浮游物种也有毒性。由于避蚊胺产品的生产、使用，在一些水体中也能检测到高浓度的避蚊胺，例如，1991年在密西西比河与其支流监测到每升水中含有5至201纳克的避蚊胺。三、实验原理四、主要

18、仪器与试剂：1、仪器：100ml锥形瓶2个、蒸馏头、牛角管、冷凝管、50ml圆底烧瓶、升降台3个、50ml烧杯2个、250ml三口烧瓶、分液漏斗、调温电热套、2条橡皮管、500ml大烧杯、温度计两个、铁架台2个、分水器、干燥管、带支口的广口烧瓶、玻璃管、玻璃棒。2、药品：间二甲苯 硝酸（洛阳市化学试剂厂，含量：65-68%） 氢氧化钠（西陇化工股份有限公司，含量大于等于96%） 盐酸（洛阳市化学试剂厂，含量：3638%） 间甲苯甲酸（天津光复精细化工研究所，含量：98%） 亚硫酰氯 无水乙醚（洛阳市化学试剂厂） 无水硫酸钠（郑州派尼化学试剂厂） 无水氯化钙（天津博迪化工股份有限公司，含量大于等

19、于96%）二乙胺五、实验步骤1.间甲苯甲酸的合成在150ml三口烧瓶上配置滴液漏斗、水分离器，水分离器上连接回流冷凝管（连接盛有10%氢氧化钠溶液的气体吸收装置）（如图），烧瓶中加入40ml间二甲苯（34.4g，0.324mol）和沸石加热至沸后，自滴液漏斗慢慢滴加17mL70%硝酸（约30min），反应液逐渐成棕色，滴加完毕，继续回流1h，其间要不断放掉积在水分离器中的水。图 3反应完毕，反应液冷却至室温，倒入分液漏斗中，加入约35mL20%氢氧化钠溶液至混合液呈碱性，充分搅拌。静置，分出水层，有机层用20%氢氧化钠溶液（8mL2）洗涤。分去有机层，合并碱溶液，并滴加浓盐酸至溶液呈酸性，有沉

20、淀析出。冷却，过滤，滤饼用少量水洗涤，干燥，即得黄色间甲苯甲酸粗品，称重。粗品可以用水重结晶。纯的间甲苯甲酸为白色或浅黄色棱柱结晶体，熔点为108110摄氏度。2.间甲苯甲酰氯的合成图 Error! Main Document Only.在150mL三口烧瓶上配置回流冷凝管，冷凝管上端依次装上氯化钙干燥管和盛有碱液的气体吸收装置（如图）。将上述干燥的4.1g（0.03mol）间甲苯甲酸和4.5mL（0.06mol）亚硫酰氯分别加入烧瓶中，加入沸石，慢慢加热至沸腾，回流20-30min，至不再有氯化氢气体放出，停止加热。改为蒸馏装置，蒸出剩余的亚硫酰氯，烧瓶中残液即为减价苯甲酰氯粗品。通常不需纯

21、化就可用于N,N-二乙基间甲苯甲酰胺的合成。3.N,N-二乙基间甲苯甲酰胺的合成图 Error! Main Document Only.在装有间甲苯甲酰氯的三口烧瓶中，装置磁力搅拌器、滴液漏斗和回流冷凝管，冷凝管的上端依次配置氯化钙干燥管和盛有10%氢氧化钠水溶液的气体吸收装置（如图），加入30mL无水乙醚与三口烧瓶中，搅拌下，自滴液漏斗将二乙胺-乙醚溶液（10mL二乙胺与20mL无水乙醚配置而成）慢慢滴入三口烧瓶。反应放热，必要时用冷水浴冷却反应瓶，约20min滴加完毕。继续搅拌回流0.5h。反应结束后，将反应混合物转入分液漏斗，用20mL5%的氢氧化钠溶液洗涤反应瓶，并将洗涤液倒入分液漏斗。震荡静置分层，除去水层。醚层依次用20mL5%氢氧化钠溶液、20mL10%盐酸洗涤，再用水洗涤二到三次，使醚层呈中性。用无水硫酸钠干燥，蒸出乙醚（如图）即得粗产物。图 6六、注意事项：1.亚硫酰氯遇潮气会分解。产生的气体对呼吸道和眼睛有刺激作用，应在通风处