半微量法合成乙酸正丁酯概要

试验二：乙酸正丁酯的合成

(半微量法合成)实验目的学习醇酸脱水成酯的合成反响和机理学习共沸蒸馏原理，了解常见的共沸体系生疏分水装置的搭装和使用，进一步把握简洁蒸馏操作学习分液漏斗的使用和枯燥剂的用量本试验需要把握的学问及根本操作原料：正丁醇，冰醋酸，浓硫酸〔催化剂〕，10％Na2CO3溶液〔中和用〕，无水硫酸镁〔枯燥剂〕酯化反响：可逆的酸催化反响要使反响向右进展，需要实行的手段：〔1〕增加反响物的投料量，〔2〕削减生成物的量，如本试验可削减生成的水需预习的根本操作回流冷凝装置分水器的使用液液萃取—分液漏斗的使用液体的枯燥简洁蒸馏装置本试验需要留意的问题滴加浓硫酸要边加边摇，避开炭化；分水器应预先参加肯定量的水，并做好标记，最终登记生成的水量来推断反响进展的程度；反响刚开头时，留意控温，在80C加热15分钟〔注：是溶液温度，而不是蒸汽温度〕，待反响进展一段时间之后再加热回流除水〔留意什么时候放水，放水的程度〕；用10％Na2CO3溶液中和酸时留意放气；pH试纸必需放在外表皿中使用，〔注：测有机相的pH值时，先用一滴水润湿pH试纸，再向水中点上一滴有机相，水滴边缘的颜色显示有机相的pH〕，只需拿出几张，马上盖上瓶盖，否则时间长了就失效了；产品经教师检查，记录体积后再倒入回收瓶。试验中使用的仪器蒸馏头 1个直形冷凝管 1个单股接引管 1支温度计1支温度计套管1个玻璃漏斗1个滴管1个共计22件25ml圆底烧瓶〔14＃〕1个10ml圆底烧瓶〔14＃〕2个分水器1个球形冷凝管1支10ml量筒1个梨形分液漏斗1个外表皿1个50ml烧杯1个玻璃棒1根14＃玻璃塞3个25ml锥形瓶〔14＃〕2个相关背景学问共沸混合物：在蒸馏过程中，有时可能得到与单纯化合物相像的，具有固定沸点和固定组成的混合物。其气相和液相的组成也完全一样。因此不能用分馏的方法进展进一步分别。该混合物称为共沸混合物〔或恒沸混合物〕。共沸点：共沸混合物的沸点〔高于或低于其中的每一组分〕称为共沸点〔或恒沸点〕本试验利用水与正丁醇、水与乙酸正丁酯形成的共沸体系将生成的水从反响体系中提取出来，使反响向正方向充分进展，从而提高反响的产率。恒沸混合物的数据恒沸混合物 沸点(C)乙酸正丁酯－水 90.7正丁醇－水 93乙酸正丁酯－正丁醇 117.6乙酸正丁酯－正丁醇－水 90.7注：蒸馏时，在某些温度下消失的馏分，可以利用恒沸体系来解释在合成过程中可以用苯提水和CCl4提水。例如在合成醋酸苄酯时，就可以在反响体系中参加肯定的苯，利用苯与水形成共沸体系〔69C〕把水带出。C6H5CH2OH+CH3COOHC6H5CH2COOCH3+H2O分水器的使用及其原理：1〕原理：分水器之所以可以提水，是由于共沸所带出的混合物的比重不同。有机物一般在上层，水在下层。使用分水器的条件：分水器内物质不参与反响，不互溶，比重不同。2〕使用：见教材53页的装置，必需使用温度计。假设分水器是单口的，则使用一个Y型管连接。分水器用前先装肯定量的水，反响中从活塞分出水。注：温度计需要插入液面里，选用0～300C温度计。萃取的原理：从固体或液体混合物中分别所需要的物质称为提取或萃取。在欲分别的液体混合物中参加一种与其不溶或局部互溶的液体溶剂，形成两相系统，利用液体化合物中各组分在两相中的溶解度和安排系数的不同，易溶组分较多地进入溶剂相，从而实现混合液的分别。原理及操作方法见教材57－60页洗涤操作和萃取操作类似液体化合物的枯燥枯燥方法分为物理方法和化学方法。物理方法：烘干，晾干，吸附，分馏，共沸蒸馏和冷冻等。近年来还常用离子交换树脂和分子筛吸附等方法来进展枯燥。化学方法：用枯燥剂来除水。依据除水原理可分为两种：a〕能与水可逆地结合，生成水合物，如CaCl2＋nH2OCaCl2·nH2O；b〕与水发生不行逆反响，生成新的化合物，如Na＋H2O→NaOH＋H2使用枯燥剂要留意的几点：A.枯燥剂与水的反响为可逆反响时，反响到达平衡需要肯定时间。一般最少要两个小时或更长时间才能收到较好的枯燥效果。因反响可逆，不能将水完全除尽，故枯燥剂的参加量要适当，一般为5％左右。因反响可逆，所以在蒸馏前必需将枯燥剂滤除，否则被除去的水将返回液体中；另外，假设把盐倒入或留在蒸馏瓶底，受热时会发生崩溅。B.使用的枯燥剂与水发生不行逆反响时，蒸馏前枯燥剂不必滤除。C.枯燥剂只适用于枯燥少量水分。假设水含量大，枯燥效果不好。为此萃取分液时肯定尽量将水层分净，这样枯燥效果比较好，并削减产物损失。枯燥剂的选择：枯燥剂与被枯燥的液体有机化合物不能发生化学反响，包括：溶解，缔合和催化等作用。例如：酸性化合物不能用碱性枯燥剂，如CaCl2与醇、胺类化合物易形成络合物，故不能用CaCl2来枯燥醇和胺类。碱性枯燥剂如CaO，NaOH能催化某些醛或酮发生缩合反响，自动氧化反响，也可使酯或酰胺发生水解反响，故不宜用CaO或NaOH枯燥这些化合物。枯燥剂的用量：枯燥剂的实际用量大大超过计算量。实际操作中，主要通过现场推断，即观看法。观看被枯燥的液体：未加枯燥剂之前，溶液是浑浊的。参加枯燥剂之后，溶液变为澄清透亮状，这时即枯燥合格。否则应补加适量枯燥剂连续枯燥。〔注：在加枯燥剂时要少量屡次地加〕观看枯燥剂：有些液体化合物中有水与否，溶液总是清亮透亮的。这时推断枯燥剂用量是否适宜，则应看枯燥剂的状态。参加枯燥剂后，因其吸水变黏，粘在壁上，摇动不易旋转，说明枯燥剂用量不够。应补加枯燥剂。直到新的枯燥剂不结块，不粘壁。枯燥剂棱角清楚，摇动时旋转，说明所加枯燥剂用量适宜。〔注：由于枯燥剂还能吸附一局部有机液体，影响产品收率。故枯燥剂用量要适中。应参加少量枯燥剂后静置一段时间，观看用量缺乏时再补加。使用枯燥剂地操作要点：A首先把被枯燥的溶液中水分尽可能除净，B把待枯燥的液体放入锥形瓶中，取颗粒大小适宜的枯燥剂放入液体中，用塞子盖住瓶口，轻轻振摇，经观看推断枯燥剂是否足量，静置半小时，最好过夜。把枯燥好的液体滤入蒸馏瓶中，然后进展蒸馏。1.将待枯燥的液体倒入枯燥 的锥形瓶中；2.参加枯燥剂，这里以 CaCl2为例；3.盖好玻璃塞；4.摇动；5.静置15～30分钟6.搭好过滤装置7.向漏斗内塞入一块棉花8.过滤固体有机化合物的枯燥主要是除去固体中的少量低沸点溶剂。有机固体有机化合物的挥发性较溶剂小，因此实行蒸发和吸附的方法来到达枯燥的目的。常用枯燥法如下：烘干中有两种方法：a用恒温烘箱烘干或用恒温真空枯燥箱烘干；b用红外灯烘干冻干：即冷冻枯燥。处理自然大分子，尤其是蛋白质、核酸，由于高温下简洁变性，因此要用冷冻枯燥。枯燥器枯燥：a一般枯燥器；b真空枯燥器；c真空恒温枯燥器〔枯燥枪〕。气体的枯燥有机试验中常用气体有N2、O2、H2、Cl2、NH3、CO2，有时要求气体中含很少或几乎不含有CO2、水等，因此就需要对上述气体进展枯燥。枯燥气体常用仪器有枯燥管、枯燥塔、U型管、各种洗气瓶〔用来盛液体枯燥剂〕等。枯燥气体常用的枯燥剂见下表。本次试验时枯燥要留意以下事项枯燥时间应够半小时再蒸馏；用漏斗加一小团棉花，过滤除去枯燥剂后再蒸馏；枯燥时最好用盖有塞子的磨口锥形瓶，以免挥发产物。简洁蒸馏操作总结上次课蒸馏操作中的问题；蒸馏乙酸正丁酯产物时到120C左右温度恒定后就开头接收产物；留意馏头的收集；用量筒量取产物体积，用比重换算成重量，再计算产率。试验过程中的留意事项滴加浓硫酸时要边摇动边滴加，使硫酸快速混合均匀，避开局部炭化；分水器中应预先参加肯定量的水，在分水器上用笔做一标记，在反响过程中，生成的水由分水器放出，但水面需要保持在标记处。由生成的水量推断反响进展的程度。反响进展完全时应观看不到有水带出的浑浊现象。最终登记生成水的量，与计算所得到的理论产量比较，所以使用的量水仪器要在枯燥后使用。在反响刚开头时，肯定要掌握好升温速度。要在80C加热15分钟后再开头加热回流，以防乙酸过早地蒸出，影响产率。用10％Na2CO3洗涤时，由于有CO2气体放出，所以要留意放气，同时洗涤时摇动不要太厉害，否则使酯乳化不易分层。用10％Na2CO3碱液洗涤中和过量的酸〔大约需洗涤一次或两次〕。pH试纸使用时要放再外表皿中，且只需要几张即可；蒸馏装置必需枯燥，仪器在烘箱中烘干〔分液和枯燥产物之前先把仪器洗洁净放入烘箱中枯燥；测量产物体积，经教师检查记录后，再倒入回收瓶中。背景学问：乙酸正丁酯英文名：butylacetate，构造式CH3COOC4H9,分子量116.16物理性质：无色透亮液体，有水果香味，在水中的溶解度288.16K时为0.8%〔质量〕，293.16K时为1.0%〔质量〕。水在乙酸正丁酯中293.16K时的溶解度为1.86%〔质量〕。乙酸正丁酯易溶于松脂、酯胶、苯、呋喃树脂、达马树脂、榄香酯、乳香、贝壳衫脂、马尼拉橡胶、杜仲胶、甘酞树脂等自然树脂，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、氯化橡胶等合成树脂，也能溶于钙镁锌等金属的树脂酸盐。其主要物理性质见下表。化学性质：乙酸正丁酯加碱水解，生成乙酸和正丁醇。能与乙醇、甲醇进展酯交换，与AlCl3形成加合物。此外，在光照下，能发生氯化反响，可得到1-氯取代物和4-氯取代物。产品规格：见下表毒性、安全、储存及运输：乙酸正丁酯易燃，操作场所最高允许浓度为0.95mg/L。由于乙酸正丁酯在常温时就易燃，所以严禁与炸药类物质一起运输。火灾时宜用干粉、二氧化碳灭火器乙酸正丁酯对中枢神经系统有抑制作用，吸入会刺激肺胞粘膜，引起肺气肿