药学有机实验课件2013春2-乙酸乙酯合成

有机化学实验公共化学教学与研究中心实验题目：乙酸乙酯合成实验目的：分析乙酸乙酯合成实验的原理与设计：学习相关的实验技术与方法蒸馏技术与方法萃取技术与方法干燥技术与方法锻炼与培养相关的实验能力和素质文献检索与分析，实验设计与分析等实验操作与技能，实验观察与记录，实验素养等实验总结与分析，实验报告与写作等2023年2月16日2一、实验原理与设计1、合成路线的设计：酯化反应——伯、仲醇与羧酸酯化一般为羧羟基脱水，叔醇一般为醇羟基脱水（SN1，反应慢、产率低）2023年2月16日32、酯化反应的条件设计（1）主要依据：酯化反应特点：慢、可逆、酸催化历程副反应的发生：乙醇分子内、分子间的脱水反应2023年2月16日4酯化反应的条件设计（2）具体合成工艺分析与确定：反应慢—加热（冷却），温度控制在？酸催化—浓硫酸、磷酸、盐酸、磺酸、含氢无机酸盐、强酸性阳离子交换树脂等。浓硫酸大于3%即可发生催化作用。可逆与产率—过量醇或酸（投料比和投料方式，对后续分离与纯化的影响）；随时分离产物（蒸馏或分馏）反应程度监测与反应时间—？确定：15ml冰乙酸+23ml95%乙醇+3ml浓硫酸，110-125℃回流0.5h。2023年2月16日52023年2月16日6酯化反应的条件设计（3）确定合成装置：加热、冷却方式，温度控制监测是否滴加？是否随时分离产物？2023年2月16日73、分离纯化工艺条件的设计反应后混合物的组成寻找各物质间的主要差别分离纯化1：蒸馏分离纯化2：萃取萃取1——饱和碳酸钠萃取2——饱和食盐水萃取3——饱和氯化钙分离纯化3：干燥——干燥剂？分离纯化4：蒸馏或分馏精制2023年2月16日84、产品检验与鉴定物理常数测定：沸程、折光率性质试验：异羟肟酸铁试验——0.5mol/L盐酸羟胺乙醇溶液1mL+6mol/L氢氧化钠溶液0.2mL，滴入2滴样品。煮沸，冷却至室温，用5%盐酸酸化。滴入1滴5%三氯化铁溶液。紫色阳性气相色谱分析2023年2月16日9二、相关技术与方法蒸馏技术2023年2月16日10萃取技术干燥技术（一）蒸馏技术蒸馏定义（Distillation）：是利用液体混合物中各组分的蒸气压不同而在液相和气相的相变过程中产生组成成分的差异而实现分离纯化的一种实验技术。由均相到非均相是如何实现的？两个相变过程：液体沸腾蒸发→气体冷凝液化理论基础：蒸发和冷凝与物质的蒸气压、温度、外压等因素密切相关，涉及到液体的相变过程及其规律。1、理想溶液的蒸馏原理理想溶液：指液体种不同组分的分子间作用力和相同组分分子间作用力完全相等的溶液。（1）原理一：拉乌尔定律，蒸馏技术的理论基础

当液相混合物构成一定时，其蒸气中的各组分的含量取决于各组分的饱和蒸气压的大小。（2）原理二：气液平衡相图（理想液体）2、非理想溶液的蒸馏原理对于由A、B组分构成的非理想溶液而言，用公式表示蒸气压，则可以通过引入活度因子γ对拉乌尔定律进行校正：

γ＞1，表明对拉乌尔定律具有正偏差γ＜1，为负偏差其各自的相图如下：正偏差相图：有最低恒沸点（常见）

负偏差相图：由最高恒沸点（少见）恒沸混合物：均相恒沸混合物、非均相恒沸混合物组分1组分2共沸物组成（质量分数％）共沸物沸点℃名称沸点℃名称沸点℃组分1组分2水100苯80.219.681.469.3甲苯110.88.991.184.1乙酰乙酯77.18.291.870.4苯甲酸乙酯212.484.016.099.4乙醇78.44.595.578.1正丁醇117.8386292.4异丁醇108.033.266.890.0仲丁醇99.532.167.988.5叔丁醇82.811.788.379.9苄醇205.291999.9烯丙醇97.027.172.988.2甲酸100.822.577.5107.3（最高）乙醚34.51.398.734.2三元共沸混合物组分1组分2组分3共沸物沸点℃名称质量％名称质量％名称质量％水7.8乙醇9.0乙酸乙酯83.270.3水4.3乙醇9.7四氯化碳86.061.8水7.4乙醇18.5苯74.164.9水7乙醇17环己烷7662.1水3.5乙醇4.0氯仿92.555.5水7.5异丙醇18.7苯73.866.5水0.81二硫化碳75.21丙酮23.9838.04恒沸混合物：在其恒沸点处气、液相组成恒定，并具有固定的沸点，简单的反复蒸馏只能获得某一纯组分和恒沸混合物，而不能同时得到两种纯组分。但恒沸点和恒沸混合物的组成与外压有关，改变外压可使恒沸点和恒沸混合物的组成发生变化。由于非理想溶液的相对挥发度会随着组成的变化而发生较大变化，故不能如理想溶液那样作近似常数处理。与非理想溶液相关的蒸馏技术主要有：恒沸蒸馏、水蒸气蒸馏、水蒸气分馏等。

3、蒸馏技术的分类单级蒸馏（singlestagedistillation）：仅有一次部分汽化和部分冷凝的过程。如常压下的简单蒸馏（simpledistillation）、水蒸气蒸馏，减压蒸馏、分子蒸馏等；多级蒸馏（multistagedistillation）：经过多次部分汽化和部分冷凝的过程。如常压精馏（rectification）或分馏（fractionation）、减压分馏或精馏、水蒸气分馏或精馏等。单级蒸馏和多级蒸馏在操作原理和应用范围上具有明确的差别。4、简单蒸馏（simpledistillation）简单蒸馏：常压下一种最基本的单级蒸馏技术。主要用途：分离纯化常压下沸点相差较大的液态物质，回收溶剂，测定沸点并据此判断液体的纯度，有时也被应用于某些化学合成反应。适用范围：可以将易挥发的物质和不挥发的物质分开，也可以使沸点相差很大（至少在30～40℃以上）的液体达到较好的分离效果。沸点在40℃～150℃之间、耐热性良好的液体（1）蒸馏过程中温度的监测液体的沸腾温度馏份的沸点与温度计的指示沸程的变化与馏份的纯度：沸程是液体蒸馏时溜出液温度的一种实验表现。沸程距离越大，溜出液纯度越差。

主要装置、一般过程和相关技术

主要装置、一般过程和相关技术（2）液体沸腾状态的控制采取合适的加热方式，防止过热和爆沸加入助沸剂：沸石、开口毛细管等使用需注意：加入量、加入时机，补加与重加（3）蒸气冷凝效果的控制依组分沸点进行冷凝方式的选择：bp＜70℃以下时，水速应较快；bp＞100～120℃时水速应缓；bp120～150℃水速极缓慢；bp130～150℃时可以考虑改用空气冷凝管；bp＞150℃时必用空气冷凝管。考虑组分的毒性、挥发性、易燃性等安全因素

主要装置、一般过程和相关技术（4） 馏分的接收主要根据馏出组分的温度监测进行判断和接收选择适当的接收方式和接收时机

主要装置、一般过程和相关技术装置的安装：自下而上，自左（右）至右（左）一般操作过程：加料、冷凝、加热、控温接收（定温接收、分段接收）、停止蒸馏、拆卸装置（二）萃取（extraction）1、萃取定义和类别

萃取是使利用物质在两种不相混溶的相态中溶解行为的差异使其从一种相态转移到另一种相态而实现分离纯化的一种实验技术和方法。萃取是如何实现均相到非均相转变的？相态1相态2萃取类别：溶剂萃取法（SolventExtraction）超临界流体萃取法微波协助萃取法固相萃取等2023年2月16日271、溶剂萃取溶剂萃取的基本过程是将物质从其原来的存在相态中（液态、固态或气态）转移到指定的萃取溶剂相态中的过程。深入了解溶剂萃取过程的关键：（1）水相或有机相中的化学作用；（2）被萃取物在两相中的分配平衡作用。2、液液萃取的基本原理：组分在两相之间的溶解平衡关系是萃取过程的热力学基础，它决定萃取过程的方向（1）分配定律：1891年Nernst提出理想溶液的分配规律☞分配曲线常常并非直线，原因—组分在两相的存在形式可能不同。（2）分配比（distributionratio，D）：表示被萃取物质M在有机相中总浓度与在水相中总浓度的比值。体积一定时即为质量比值：分配比D是两相萃取条件的函数，萃取条件一定时为一定值。萃取条件变，D值也发生变化（3）萃取分离的评价参数

分离系数（SeparationCoefficient，β）β≈1：二者分离困难β

>>1：M1易被有机溶剂相萃取，M2留在水相中，可分离β

<<1：M2易被有机溶剂相萃取，M1留在水相中，两种物质可分离（3）萃取分离的评价参数萃取率（percentageextraction，E）：指萃入萃取溶剂相的物质总量占两相中物质总量的百分比，表示萃取的完全程度。分配比愈大，萃取率愈高。

E与分配比、相比相关关键：萃取剂选择和用量萃取率与萃取次数、萃取剂用量的关系：一次萃取的萃取率决定于分配比和相比，但萃取次数会影响总的萃取率。假设：每次用SmL有机萃取剂萃取溶解在VW

mL水中的初始含量为WO

g溶质M。萃取一次后，水相剩余M量W1为：萃取n次后，水相中剩余的M量Wn为：结论：每次都用一定量的萃取剂，萃取次数越多，萃取率越高（但需要消耗大量萃取剂）；一定量萃取剂，分多次萃取比一次萃取萃取率高，首次萃取用量可多些；相比过大，萃取率低且后处理不利，实际操作时总相比一般为1︰1～23、影响萃取的主要因素萃取溶剂和萃取剂：

pH值：碱性萃取溶液易产生乳化现象温度：

被萃取溶液的浓度：

盐析作用：使K/D值变大减少两相间的互溶，克服乳化使萃余液相比重增大，有助于两相分层，克服乳化使用盐析剂应注意以下问题使用盐析剂注意事项：①尽量用高浓度或近饱和盐溶液，若用饱和溶液，会析出晶体而影响萃取操作；②一般采用小半径高电荷的阳离子盐。阳离子半径越小，电荷越高，溶剂化作用越强；③盐析剂不应有副作用，其加入量应适当，过多则会使杂质也转入有机相；④阴离子尽可能具有同离子效应。4、萃取溶剂和萃取剂的选择分配系数：大，萃取率的决定因素两相互溶程度：很小或不混溶选择性：对不同溶质溶解度不同化学稳定性：不发生不利的化学反应密度：影响分层和乳化界面张力：过大不利于分散混合，小则易乳化黏度：小，利于分子在两相间的扩散平衡和分层沸点：低，便于回收其他：价格低，毒性较小，安全环保，便于操作

（1）乳化液的构成：油相、水相和乳化剂（2）类型：W/O,O/W5、萃取乳化及其避免和破除（3）乳化液的稳定性①界面张力小：稳定

②乳化液保护膜③分散相界面电荷④其他因素：介质黏度大，温度低碱性萃取剂浓度过大两相比重相近（3）避免乳化的方法：振荡勿剧烈避免碱性物质存在去除和破坏乳化剂加入无机盐（4）破除乳化的方法加热破乳超声破乳稀释破乳过滤破乳电解质破乳转型法破乳加入破乳剂：如十二烷基磺酸钠乳化作用及乳化技术的应用：6、溶剂萃取的基本操作类型三种类型：液-液、液-固、液-气萃取液-液萃取的方式：间歇、连续分液漏斗选择：形状、大小分液漏斗的前处理：

检查、清洗、烘干涂油、试漏

※（1）间歇液-液萃取萃取操作：加液、振荡混合：静止分层：放液分离：后处理：

（2）连续液液萃取①

浸泡提取②

渗漉提取③

普通加热回流提取④

索氏提取器回流提取（3）液-固萃取影响液固萃取的主要因素：溶剂系统的选择：对于生物材料等固体物质的溶剂提取情况复杂，不同的材料和不同的被萃取物所采取的溶剂都不相同，常分阶段、分层次进行提取分离；固体物料的前处理：干燥、粉碎、组织破碎和分离注意生物活性物质的处理问题温度、酸碱度和盐的浓度等常用方法：不同极性溶剂的梯度提取萃取与离心结合应用7、新型萃取技术（1）微波协助萃取发展于利用微波技术进行天然产物的提取因植物体内的维管束和腺胞内含水量较高，故吸收微波能很快升温，使细胞内部的压力增大，并最终大致细胞壁破裂，于是细胞内的有效成分便可以自由流出，被溶入萃取溶剂中。特点：①快速；②无需干燥物料；③节省能源；④降低溶剂用量；⑤选择性好，产品纯度和质量均提高；⑥可在同一装置内采取两种以上的萃取溶剂分别提取所需组分，工艺更简捷；⑦避免长时间高温加热的弊端，利于热不稳定物质的萃取（2）超临界流体萃取在热力学中，临界点是可使一物质以液态存在的最高温度或以气态存在的最高压力，当物质的温度、压力超过此界线——即临界温度及临界压力——会相变成同时拥有液态及气态特征的流体：超临界流体。超临界状态：物质的压力和温度同时超过它的临界压力(pc)和临界温度(Tc)的状态，或者说，物质的对比压力(p/pc)和对比温度(T/Tc)同时大于1的状态称为该物质的超临界状态。超临界状态是一种特殊的流体。在临界点附近，它有很大的可压缩性，适当增加压力，可使它的密度接近一般液体的密度，因而有很好的溶解其他物质的性能，例如超临界水中可以溶解正烷烃。另一方面，超临界态的黏度只有一般液体的1/12至1/4，但其扩散系数却比一般液体大7至24倍，近似于气体。（2）超临界流体萃取SupercuticalFluidExtraction，SFE超临界流体及其特性：液体的高密度，气体的低粘度，介于气液态之间的扩散系数。溶解能力强。超临界流体萃取溶剂：二氧化碳常用（2）超临界流体萃取53（三）液态有机物的干燥技术1、物理干燥技术自然干燥加热干燥辐射干燥：红外干燥微波干燥：微波是一种高频电流，也称介电加热干燥。微波是波长在1～0.001m，频率在300～300000MHZ的电磁波。常用于微波加热的频率主要为519、2450MHZ54真空冷冻干燥吸附法干燥蒸馏法干燥552、化学干燥技术定义：利用化学干燥剂和水进行化学反应而达到除水和干燥目的的方法。原理：干燥剂与水发生反应分类：两类第一类：可与水可逆地结合生成水合物。如氯化钙、硫酸镁等；第二类：可与水发生不可逆的化学反应，生成一个新的化合物。如金属钠、氧化钙、五氧化二磷等。56干燥剂的特性：吸水容量：单位质量的干燥剂所吸收的水量。决定干燥剂的用量。干燥效能：干燥剂达到平衡时液体被干燥的程度。一定温度下取决于水合反应平衡时的水蒸气压。干燥速率：达到吸水平衡的时间。因干燥机制不同，第二类较第一类干燥效能高，但吸水容量小。57常用干燥剂的水蒸气压（