肉桂酸的制备实验

1、肉桂酸的制备实验一、实验原理利用柏琴(Perkin反应制备肉桂酸。一般认为脂肪酸钾盐或钠盐为催化剂,提供CH3COO-负离子,从而使脂肪酸酐生成负碳离子,然后负碳离子和醛或羧酸衍生物(酐和酯分子中的羰基发生亲核加成,形成中间体。在珀金反应中,是碳酸钾夺取乙酐分子中的-H,形成乙酸酐负碳离子。实验所用的仪器必须是干燥的。主反应: 副反应: 在本实验中,由于乙酸酐易水解,无水碳酸钾易吸潮,反应器必须干燥。提高反应温度可以加快反应速度,但反应温度太高,易引起脱羧和聚合等副反应,所以反应温度控制在150170左右。未反应的苯甲醛通过水蒸气蒸馏法分离。机理: 【此机理中的碱为无水乙酸钾】二、反应试剂、产

2、物、副产物的物理常数 三、药品 四、实验流程图 五、实验装置图 (4干燥装置六、实验内容在250ml三口烧瓶中放入3ml( 3.15g,0.03mol新蒸馏过的苯甲醛、8ml(8.64g,0.084mol新蒸馏过的乙酸酐,以及研细的4.2g无水碳酸钾。三口烧瓶的侧口插入一根200温度计,温度计要求插入液面以下,采用空气冷凝管缓缓回流加热45min。由于反应中二氧化碳逸出,可观察到反应初期有大量泡沫出现。反应完毕,在搅拌下向反应液中分批加入20ml水,再慢慢加入碳酸钠中和反应液至pH等于8。然后进行水蒸汽蒸馏,蒸出未反应完的苯甲醛。待三口烧瓶中的剩余液体冷却后,加入活性炭煮沸10-15min,进

3、行趁热过滤,将滤液冷却至室温,在搅拌下用浓盐酸酸化至刚果红试纸变蓝(或溶液pH=3。冷却,待晶体析出后进行抽滤,用少量冷水洗涤沉淀。抽干,让粗产品在空气中晾干。产量:约3.0g(产率约65%。粗产品可用热水或3:1的水-乙醇重结晶。肉桂酸有顺反异构体,通常以反式存在。纯肉桂酸为微有桂皮香气的无色针状晶体。熔点mp=133。(一制备阶段:1.安装反应装置:按(1合成装置图,三口烧瓶的中间口连接空气冷凝管【注:冷凝管上口不能用塞子塞住,要与大气相通,常压反应】,侧口插入一根200温度计,温度计要求插入液面以下【注:水银球不能接触瓶壁】,另一侧口加一个空心塞。2.投料:在250ml三口烧瓶中依次放入

4、3ml 新蒸馏过的苯甲醛、8ml 新蒸馏过的醋酐以及研细的4.2g无水碳酸钾。【应在放空心塞的侧口依次加入药品】3.加热:缓缓加热,回流45min。要控制加热速度,使三口瓶内温度计读数不能超过170。由于反应中二氧化碳逸出,可观察到反应初期有大量泡沫出现。(二纯化阶段:1.分解未反应的原料乙酸酐:反应完毕,在搅拌下向反应液中分批加入20ml水2.使肉桂酸转化为肉桂酸钠盐:慢慢加入碳酸钠中和反应液至pH等于8。3.除去未反应的原料苯甲醛:然后进行水蒸汽蒸馏,蒸出未反应完的苯甲醛。4.脱色与吸附树脂状物:待三口烧瓶中的剩余液体冷却后,加入活性炭煮沸10-15min,进行趁热过滤;【(1加活性炭时三

5、口瓶内的剩余液体只需要稍微冷却即可;(2此步水蒸气蒸馏装置先不要拆卸,只需在三口瓶的侧口加入活性炭后,继续蒸馏10min即可,这样做操作简单,同时又可以彻底除去未反应的苯甲醛;(3若拆卸了水蒸气蒸馏装置,那么当加完活性炭煮沸时,需要安装回流装置,在三口瓶的中间口连接回流冷凝管,两侧口需要用空心塞堵上,操作上较麻烦。千万不能敞口煮沸,会挥发出有毒的物质,不安全。】5.酸化析出肉桂酸:将滤液冷却至室温,在搅拌下用浓盐酸酸化至刚果红试纸变蓝(或溶液pH = 3,析出大量晶体。【如何计算酸化时所需要浓盐酸的最低用量ml?】6.分离粗产品:将酸化后的溶液充分冷却至室温,待晶体析出完全后进行抽滤;7.洗涤

6、粗产品:用少量冷水洗涤沉淀,抽干。【“少量冷水”是指水量大小只是仅能够达到将布氏漏斗上的固体产品润湿即可,不可形成悬浮液】8.干燥产品:让粗产品在热水浴上干燥,如图(4所示。9.称重产品:约3.0g(产率约67.5%。粗产品可用热水或3:1的水-乙醇重结晶。肉桂酸有顺反异构体,通常以反式存在。纯肉桂酸为微有桂皮香气的无色针状晶体。熔点mp=133。七、思考题1、本实验利用碳酸钾代替perkin反应中的醋酸钾,使反应时间缩短,那么具有何种结构的醛能进行perkin反应?答:醛基与苯环直接相连的芳香醛能发生Perkin反应。2、用水蒸气蒸馏能除去什么?能不能不用水蒸气蒸馏?如何判断蒸馏终点?答:除

7、去未反应的苯甲醛;不行,必须用水蒸气蒸馏,因为混合物中含有大量的焦油状物质,通常的蒸馏、过滤、萃取等方法都不适用;当流出液澄清透明不再含有有机物质的油滴时,即可断定水蒸汽蒸馏结束(也可用盛有少量清水的锥形瓶或烧杯来检查是否有油珠存在。3、在perkin反应中,醛和具有R2CHCOOCOCHR2结构的酸酐相互作用,能得到不饱和酸吗?为什么?答:不能。因为具有(R2CHCO2O结构的酸酐分子只有一个-H原子。4、苯甲醛和丙酸酐在无水丙酸钾存在下,相互作用得到什么产物?答:可得到-甲基肉桂酸(即:-甲基-苯基丙烯酸。5、制备肉桂酸时,往往出现焦油,它是怎样产生的?又是如何除去的?答:产生焦油的原因是

8、:在高温时生成的肉桂酸脱羧生成苯乙烯,苯乙烯在此温度下聚合所致,焦油中可溶解其它物质。产生的焦油可用活性炭与反应混合物碱溶液一起加热煮沸,焦油被吸附在活性炭上,经过滤除去。6、在肉桂酸制备实验中,为什么要缓慢加入固体碳酸钠来调解pH值?答:对于酸碱中和反应,若加入碳酸钠的速度过快,易产生大量二氧化碳的气泡,可能会冲出反应瓶,而且不利于准确调节pH值,将会可能过多加入固体碳酸钠,造成溶液碱性过强,而引起浪费。7、久置的苯甲醛中有何杂质?如何除去?为什么要除去苯甲醛中的杂质?答:久置的苯甲醛中含有较多的苯甲酸杂质;采用蒸馏的方法除去(采用空气冷凝管,收取176180的馏分供使用;若不先除去,则混在

9、肉桂酸产品中,由于结构相似,不易除去。8、制备肉桂酸时为何采用水蒸汽蒸馏?答:因为在反应混合物中含有未反应的苯甲醛油状物,它在常压下蒸馏时易氧化分解,故采用水蒸汽蒸馏,以除去未反应的苯甲醛。9、在肉桂酸制备实验中,能否在水蒸汽蒸馏前用氢氧化钠代替碳酸钠来中和水溶液?答:不能。因为苯甲醛在强碱存在下可发生Cannizzaro反应。10、用水蒸气蒸馏的物质应具备什么条件?答:(1随水蒸气蒸出的物质应不溶或难溶于水;(2在沸腾下与水长时间共存而不起化学变化;(3在一定大气压下,要有一定的蒸汽压。11、什么情况下需要采用水蒸汽蒸馏?答:下列情况需要采用水蒸气蒸馏:(1混合物中含有大量的固体,通常的蒸馏

10、、过滤、萃取等方法都不适用。(2混合物中含有焦油状物质,采用通常的蒸馏、萃取等方法都不适用。(3在常压下蒸馏会发生分解的高沸点有机物质。12、怎样正确进行水蒸汽蒸馏操作?答:(1在进行水蒸气蒸馏之前,应认真检查水蒸气蒸馏装置是否严密。(2开始蒸馏时,应将T形管的止水夹打开,当水蒸气发生器里的水沸腾,有大量水蒸气溢出时再旋紧夹子,使水蒸气进入三颈烧瓶中,并调整加热速度,以馏出速度2-3滴/秒为宜。(3操作中要随时注意安全管中的水柱是否有异常现象发生,若有,应立即打开夹子,停止加热,找出原因,排除故障后方可继续加热。13、肉桂酸制备时,所用的原料苯甲醛与乙酸酐都应该采用蒸馏的方法进行纯化处理,请问

11、蒸馏这两种原料时的蒸馏装置有什么不同?答:蒸馏苯甲醛时,采用的是普通蒸馏装置,使用空气冷凝管;在接收管上的支管处不需要连接无水氯化钙干燥管;蒸馏乙酸酐时,采用如下的蒸馏装置,沸点139.6,可以使用空气冷凝管,因不太高,也可以使用直型冷凝管;而且要使接收产品用的三角烧瓶与接收管之间密封,接收管上的支管处要连接无水氯化钙干燥管,避免空气中的水蒸气进入系统。见下图:14、肉桂酸实验在制备阶段有哪些仪器需要干燥？为什么？ 答： 凡是能与试剂相接触的仪器都需要洁净、 干燥的。 如： 三口瓶、 空气冷凝管、 温度计、 玻璃塞（又叫空心塞） 、量筒。 因为这些仪器若不干燥，其残存的水会造成乙酸酐水解，从而减少乙酸酐的实际用量，可 能会影响化学反应进行的程度。 【问：量取苯甲醛的量筒若没有彻底干燥，会不会对该反应产生影响？】 15、肉桂酸的制备方法有哪些？ 答： （1）铂金（Perkin）合成法: （2）苯乙烯四氯化碳法: （3）苯甲醛丙酮法: （4）苯甲醛醋酸法: 这是一个气相反应合成的方法，将苯甲醛和 60醋酸于 350气化通过装有催化剂 的反应器，催化剂是将碱性催化剂固载于铝硅酸盐、 SiO2 Al2O3 或者硅胶等上制的。 （5）苄叉二氯无水醋酸钠法: （6）克