专题实验5-乙醇的生物合成及其应用

专题试验5——乙醇的生物合成及其应用乙醇是无色、透亮、易挥发的液体，与水可以混溶，也是格外好的有机溶剂，在染料，香料，医药等工业中应用广泛，可用作溶剂、防腐剂、消毒剂〔70%～75%的乙醇、燃料等。毒，甚至死亡。后的发酵液经蒸馏可制得白酒；经分馏可得到95.5%的工业乙醇；经简洁加工可制成固体酒精；无水乙酯；进一步可合成乙酰乙酸乙酯。试验72白酒的酿造和工业酒精的制备一、试验目的了解酿酒的原理，学习酿酒的方法，把握白酒酒精度的测定方法；把握用白酒制工业酒精的原理和方法；稳固蒸馏、分馏、测密度和酒精度等多种根本操作。二、试验原理酿酒原理主反响淀粉〔米〕

〔糖化〕nC6H12O6

酵母菌无氧时

2C2H5OH

2(发酵〕主要副反响

28-30℃.C6H12O6

酵母菌O6O

+6HO+ 2 有氧时 2 2,,,,(),肽(,)::()+酯由于酵母菌在高浓度酒精下不能连续发酵，所得到的酒醪或酒液酒精浓度一般不会超过20%。发酵成熟的酒醅经蒸馏，把酒醅中的酒精、水、高级醇、酸类等有效成分蒸发为酒汽，酒汽经冷凝，收集即得确定浓度的白酒〔实际中酒头局部往往单独贮存，用于勾兑。白酒再经过分馏可提高酒精浓度即得工业酒精。分别原理三、试验用品试验装置蒸馏装置〔1-32〕分馏装置〔1-34〕药品米饭，酒曲四、试验步骤米饭用饭盒盛取半斤米饭，质量要求外观蒸透，熟而不粘，内无生心即可。冷却5～1030～3210～1525～28℃，夏季要降至品温不再下降为止。扬渣或晾渣同时还可起到挥发杂味、吸取氧气等作用。拌醅扬渣之后，拌入酒曲并快速搅拌均匀。酒曲的用量视其糖化力的凹凸而定，一般为酿酒主料的8～10%。为了利于酶促反响的正常进展，在拌醅时应加适量凉快水〔工厂称加浆〕，把握入58～62%。入窖发酵均匀拌入酒曲后把饭扒平，从饭的中心挖一小井，盖好缸盖，保温发酵。约24小时〔夏天气温高时间短，冬天气温低时间长些〕后，启开缸盖，这时可闻到酒香味，饭层高度下降，小井2～3〔凉开水〕200mL2～3天。蒸馏制白酒把酒醅转入250mL园底烧瓶中，装上蒸馏装置，加热蒸出大局部液体，馏出液即为白酒。蒸馏过程中每蒸出10m〔可用量筒作接液瓶〕馏出液称重，计算密度，再查表得酒精度〔体积百分数，至30%10mL馏出液的温度变化值。工业酒精制备记录整个过程的温度变化及制得工业酒精总量并测量其密度，换算成乙醇的含量〔质量百分数计算回收率。五、留意事项1．入窖时醅料品温应在18–20℃〔夏季不超过26℃〕，入窖的醅料既不能压的紧，也不能过松。22．发酵过程主要是把握品温，并随时分析醅料水分、酸度、酒量、淀粉残留量的变化。发酵时间3-5天不等。一般当窖内品温上升至36-37℃时，即可完毕发酵。通常在入缸后，夏天为16–20h24h34-37℃，这时可闻到香味，饭层高度下降，并有糖化液流入穴内，糖化率到达70%—80%。这时应马上加水。假设过早加水，则由于酶系形成不充分，会影响出酒率：假设延长培菌糖化时间，则出酒率也较低。且成品酒酸度过高而风味差。发酵好坏可用“黄水”推断：黄水现酸味：说明温度过高。收率抵。黄水现甜味：发酵不完全，收率低。黄水现苦味：说明曲量太大，用水缺乏，卫生差，收率低。黄水现馊味：卫生差，质量差。黄水现涩味：糖化发酵好的标志，这种母糟产酒质量好，出酒率高。酿酒过程关键是干净.杀菌消毒重要,不然可能酿成醋。 思考题蒸馏和分馏有什么异同？为什么不能用蒸馏的方法制备工业酒精？通常白酒中乙醇的含量用什么浓度表示？工业酒精中乙醇的含量又用什么浓度表示？注释此方法测定的密度精度不高，假设要测得高精度的密度可用比重瓶法。见化学试验根本操作技术：密度的测定。73无水乙醇的制备一、试验目的学习试验室用氧化钙制备无水乙醇的方法；把握无水回流、无水蒸馏等常规无水操作；了解常用有机溶剂的纯化方法和检验方法。二、试验原理78.895%的乙醇，5%的水，只能通过化学法或物理吸附方法〔如分子筛法或阳离子交换树脂脱水法〕除去。本试验承受化学方法〔氧化钙法：用氧化钙与95馏操作制得无水乙醇。CaO + H2O Ca(OH)2无水CuSO法4无水乙醇检验方法：枯燥KMnO法4测折光率三、试验用品试验装置带枯燥管的回流装置〔1-6c)蒸馏装置〔1-32〕药品95%的工业酒精，氧化钙，氢氧化钠，无水氯化钙，无水硫酸铜。四、试验步骤加热回流除水 在50mL圆底烧瓶中参与20mL95％工业酒精渐渐放入8g小颗粒状的生石灰和约0.1g氢氧化钠。装上回流装置，冷凝管上接有盛有无水氯化钙枯燥管，加热回流约1h。蒸馏 回流毕，改为蒸馏装置将枯燥的三角烧瓶作承受器接引管支口上接装有无水氯化钙的枯燥管，加热蒸馏。最初蒸出的乙醇可能由于仪器中所附的少量水份而含有少量的水，故蒸出3mL乙醇时，暂停加热，换另一枯燥的承受瓶，收集流出液，即得无水乙醇，称量溜出液总量，计算收率。检验乙醇的纯度用无水CuSO4〔95%乙醇或工业酒精比较。五、留意事项本试验中所用仪器均需彻底枯燥。由于无水乙醇具有很强的吸水性，所以在操作过程中和存放时必需防止水分浸入。参与的生石灰应为小颗粒状的，否者会发生爆溅。思考题在有机试验中，什么状况下需要使用回流反响装置？又在什么状况下需要使用蒸出反响装置？图7-2的四种回流装置各用于哪种反响状况？为什么工业酒精用蒸馏或分馏的方法都不能得到无水乙醇？74折光率的测定一、试验目的了解阿贝折光仪的构造和折光率测定的根本原理；把握用阿尔折光仪测定液态有机化合物折光率的方法。二、根本原理根本原理折光率测定的原理及折光仪的根本操作〔见第一局部：7.4〕测定折光率的意义折光率是液体有机化合物重要的特性常数之一，测定折光率的主要用途为：测定所合成的化品纯度的依据之一，一般多用于液体有机化合物。定食品的浓度，推断食品的纯洁程度及品质。例如，蔗糖溶液的折光率随浓度增大而上升。通过测定折食品的可溶性固形物的含量。各种油脂具有其确定的脂肪酸构成，每种脂肪酸均有其特定的折光率。含碳原子数目一样时不饱油脂折光率低。因此测定折光率可以鉴别油脂的组成和品质。正常状况下，某些液态食品的折光率有确定的范围，如正常牛乳乳清的折光率在正1.34199～1.34275之间，当这些液态食品因掺杂、浓度转变或品种转变等缘由而引起食品的品质发生了变化时，降低，故测定牛乳乳清的折光率即可了解乳糖的含量，推断牛乳是否掺水。影响折光率测定的因素DD化合物的折光率与它的构造及入射光线的波长、温度、压力等因素有关。通常大气压的变化的影响不明显，只是在周密的测定工作中才考虑压力因素。所以在测定折光率时必需注明所用的光线和温度，常用nt 表示。D是以钠光灯的D线〔589nm〕作光源，常用的折光仪虽然是用白光为光源，但用棱镜系统加以补偿实际测得的仍为钠光D线的折射率t是测定折射率时的温度例如n20＝1.3320质对钠光灯的D线折光率为1.3320。DD13.5×10-4～5.5×10-4，某些有机物，持别是测定折光率时的温度与其沸点相近时，其温度系数可达7×10-44×10-4为其温度变化系数。这个粗略计算，固然会带来误差，为了准确起见，一般折光仪应配有恒温装置。表是不同温度下纯水和乙醇的折光率。表4-7 不同温度下纯水和乙醇的折光率温度/℃1820242832水的折光率1.333171.332991.332621.332191.33164乙醇的折光率1.361291.360481.358851.357211.35557AB，则测得折光率偏高。三、试验用品仪器 阿贝折光仪药品 重蒸蒸馏水，自制无水乙醇，市售无水乙醇四、操作要点和说明预备水于两棱镜夹套中，棱镜上的温度计应指示所需温度，否则应重调整恒温槽的温度。清洗1－2用擦镜纸轻擦干净〔或以脱脂棉球蘸取丙酮擦净棱镜外表，挥干丙酮。校正D 用重蒸蒸馏水较正翻开梭镜滴1滴蒸馏水于下面镜面上在保持下面镜面水平状况下关闭棱镜，转动刻度盘罩外手柄〔棱镜被转动，使刻度盘上的读数等于蒸馏水的折光率n20 ＝1.3329n25 ＝1.332调整反射镜使入射光进入棱镜组并从测量望远镜中观看使视场最光明调整测量〔目镜，使视场十字线交点最清楚。转动消色调整器，消退色散，得到清楚的明暗界限然后用仪器附带的小旋D 试样折光率的测定①用丙酮清洗镜面后，滴加l～2滴自制无水乙醇〔或被测液体〕于进光棱镜磨砂面上，快速闭合两块棱镜，如样品很易挥发，可用滴管从棱镜间小槽中滴入；②转动刻度盘罩外手柄〔棱镜被转动，使刻度盘上的读数为最小；③调整反光镜．使镜筒内视野最亮。再调整目镜，使视场十字线交点最清楚；④由目镜观看，转动棱镜旋钮使刻度盘上的读数渐渐增大，使视野消灭明暗两局部；⑤旋转色散补偿器旋钮，使彩色光带消逝，得到清楚的明暗界限；⑥旋转棱镜旋钮．使明暗分界限在十字线穿插点重合；⑦从读数镜筒中读取折射率。假设为油类样品，须用乙醇或乙醚、二甲苯等擦拭。假设不在恒温下测定，应测量样液温度，并用温度变化系数校正。用同样的方法测定市售分析纯无水乙醇的折光率进展比较。五、试验留意事项每次加样前，用乙醇或丙酮洗净镜面。一般在磨砂面上放一块擦镜纸，滴上丙酮，合上镜面浸润片刻，再用擦镜纸擦净。不能用纸来回揩擦，而是要用擦镜纸贴在棱镜面上，用中指轻轻按住，吸下溶有污物的丙酮。重复几次后，放开镜面，让溶剂挥发。要特别留意保护棱镜镜面，滴加液体时防止滴管口划镜面。不能测量带有酸性、碱性或腐蚀性的液体。测试完毕，也要用丙酮洗净镜面，待枯燥后才能合笼棱镜。拆下连接恒温槽的胶皮管，棱镜夹套内的水要排尽。思考题物质的折光率与哪些因素有关？阿贝折光仪的校正有哪些方法？测定折光率有什么意义？75乙酸乙酯的制备一、试验目的生疏和把握酯化反响的特点；把握合成乙酸乙酯的原理和方法；把握液-液萃取、液体有机化合物的洗涤、枯燥等操作技术；把握分液漏斗的使用,进一步把握蒸馏根本操作。二、试验原理+浓硫酸催化下，乙酸和乙醇生成乙酸乙酯+CH3

COOH

CH3CH

2OH

H2SO4H2SO4

CH3

COOCH

2CH3 HO2移动，以到达提高产率的目的。2三、试验用品试验装置〔1-6a)蒸馏装置〔1-32〕试剂 无水乙醇冰醋酸浓硫酸饱和NaCO

CaCl

MgSO四、试验步骤

2 3 2 450mL9.5mL无水乙醇，6.1mL2.5mL浓硫酸并混合均匀，参与几粒沸石，装上回流冷凝管，加热回流0.5h。稍冷后，改为蒸馏装置，蒸出粗产物。直至不再有粗产物为止〔蒸馏温度不超过85℃。将粗产物用适量的饱和NaCO溶液中和，直至不再有二氧化碳气体产生〔或调整至石蕊试纸不再2 3显酸性，然后将混合液转入分液漏斗，静置后分去下层水相，有机层依次用等量的饱和食盐水及饱和CaCl溶液洗涤，最终用等量水洗一次。有机层用无水MgSO73–78℃馏份，2 44.4g。测定产物的折光率。纯乙酸乙酯为无色有香味的液体，沸点为77.06℃，n201.3727。D五、试验留意事项仪器需枯燥，加浓硫酸以及冰醋酸试剂时要留意安全。反响温度不宜过高，否则会发生副反响，产生过多的副产物—乙醚。使用饱和食盐水洗涤是必要的，基主要目的是除去残留的CO2-,以避开在使用CaCl洗涤时产生3 2CaCO3乙酸乙酯、乙醇和水能形成一个三元共沸体系，沸点为70.2℃,其共沸组成为乙酸乙酯82.6%，8.49.0%。思考题酯化反响有什么特点,本试验如何制造条件使酯化反响尽量向生成物方向进展？本试验有哪些可能副反响？假设承受醋酸过量是否可以，为什么？结合本人的试验，指出本试验方法尚存在那些缺乏之处？应如何改进？76乙酰乙酸乙酯的合成一、试验目的了解Claisen酯缩合反响的机理和应用；生疏在酯缩合反响中金属钠的应用和操作；把握无水操作及减压蒸馏等操作。二、试验原理α-活泼氢的酯在强碱性试剂〔如Na，NaNH2，NaH，三苯甲基钠或格氏试剂〕存在下，能与另一分子酯发生Claisenβ-羰基酸酯。乙酰乙酸乙酯就是通过这一反响制备的。2CH3COOEt

CHONa O2532 CHCCHCOOEt +CHOH2532 5作用产生的乙醇钠，随着反响进展，由于乙醇不断生成，反映能不断进展，直至金属钠消耗完毕。但作为原料的酯中含醇量过高又会影响产品的产率，故一般要求酯中含醇量在3%以下。〔或动态异构衡的混合物，在室温时含92%的酮式和8%的烯醇式。单个异构体具有不同的性质并能分别为纯态，但在微量酸碱催化下，快速转化为二者的平衡混合物。三、试验用品试验装置带枯燥管的回流装置〔1-6c)减压蒸馏装置〔1-37)2 试剂 乙酸乙酯，Na，二甲苯，50%醋酸，饱和NaCl，无水Na2 四、试验步骤50mL1.25g6mL散成尽可能小而均匀的小珠。待二甲苯冷却至室温后倾出二甲苯后，快速放入12.5ml精制过的乙酸乙反响开头后即移去热源。假设反响过于猛烈则用冷水略微冷却。回流约2h直至全部金属钠全部作用完为止，得橘红色溶液，有时析出黄白色沉淀〔均为烯醇盐。50pH=5～6〔固体溶完液漏斗，加等体积饱和氯化钠溶液，振摇，静置后分出乙酰乙酸乙酯层，用无水硫酸钠枯燥。移入25mL圆底烧瓶中，用减压蒸馏装置进展减压蒸馏。减压蒸馏时须缓慢加热，待残留的低沸点物质蒸出后，再上升温度，收集乙酰乙酸乙酯。产量约2g(理论产量按金属钠计算)。4-8乙酰乙酸乙酯沸点与压力的关系压力/mmHg*76080604030201814121051.00.1沸点/℃1811009792888278747167.35428.55*1mmHg=1Torr=133.322Pa纯乙酰乙酸乙酯的沸点为180.4℃，折光率 =1.4199。附：乙酰乙酸乙酯的性质试验：11FeCl3溶液，观看溶液的颜色〔淡黄→红。112,4-二硝基苯肼试剂，微热后观看现象〔澄黄色沉淀折出。五、试验留意事项本试验要求无水操作。钠珠的制作过程中间确定不能停，且要来回振摇，不要转动。乙酸乙酯的精制：在分液漏斗中将一般乙酸乙酯与等体积的饱和氯化钙溶液混合并猛烈振荡，洗去其中所含的局部乙醇2-3次洗涤后的酯层用高温烘焙过的无水碳酸钾枯燥76～78℃的馏分。如用分析纯的乙酸乙酯则可直接使用。一般要求金属钠全部消耗掉，但极少量未反响的金属钠并不阻碍进一步操作。这种黄色固体为局部析出的乙酰乙酸乙酯钠盐。用醋酸中和时，开头有固体析出，连续加酸并不断振荡，固体会渐渐消逝，最终得到澄清的液溶解度而降低产量。乙酰乙酸乙酯在常压蒸馏下很易分解，其分解产物为去水乙酸，故应承受减压蒸馏。OHC C3

HCHC OHO3 2HOC

HC OCCO3CCOC HC

+2CH3

CHOH2HCC O

CH3

C H CHC

3H C CO O烯醇式 酮式 去水乙酸思考题Claisen酯缩合反响的催化剂是什么？本试验为什么可以用金属钠代替？为什么用醋酸酸化，而不用稀盐酸或稀硫酸酸化？为什么要调到弱酸性，而不是中性？参与饱和食盐水的目的是什么？乙酰乙酸乙酯沸点并不高，为什么要用减压蒸馏的方式？溶液来检验乙酰乙酸乙酯？77固体酒精的制备一、试验目的了解固体酒精的用途和制备原理；把握固体酒精的制备方法。二、试验原理固体酒精是将工业酒精(乙醇)中参与凝固剂使之成为胶冻状，点燃时无烟尘,无毒,无异味,火焰温600℃左右。因使用、运输和携带便利，安全性高，广泛应用于餐饮业、旅游业和野外作业等场合的一种抱负的便利燃料.。所使用的固化剂主要有：醋酸钙、硝化纤维、乙基羧基乙基纤维素、高级脂肪酸等。另外，从固化条件一步法；将不同添加剂分别投入到两份酒精溶液中，再进展混合固化，称之为两步法。一种好的固体酒精应当具有易点燃，燃烧热值高、无黑烟、无异味，燃烧后残渣少，储存时即使在夏季也不软化、不分别始终保持固体状态。以硬脂酸为固化剂制备固体酒精所涉及的主要化学反响式为：C H COOH+NaOH＝C H COONa+HO17 35 17 35 2间，呈不流淌状态而使酒精凝固，形成了固