半微量法合成乙酸正丁酯概要

試驗(yàn)二：乙酸正丁酯的合成

(半微量法合成)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)醇酸脫水成酯的合成反響和機(jī)理學(xué)習(xí)共沸蒸餾原理，了解常見的共沸體系生疏分水裝置的搭裝和使用，進(jìn)一步把握簡(jiǎn)潔蒸餾操作學(xué)習(xí)分液漏斗的使用和枯燥劑的用量本試驗(yàn)需要把握的學(xué)問及根本操作原料：正丁醇，冰醋酸，濃硫酸〔催化劑〕，10％Na2CO3溶液〔中和用〕，無水硫酸鎂〔枯燥劑〕酯化反響：可逆的酸催化反響要使反響向右進(jìn)展，需要實(shí)行的手段：〔1〕增加反響物的投料量，〔2〕削減生成物的量，如本試驗(yàn)可削減生成的水需預(yù)習(xí)的根本操作回流冷凝裝置分水器的使用液液萃取—分液漏斗的使用液體的枯燥簡(jiǎn)潔蒸餾裝置本試驗(yàn)需要留意的問題滴加濃硫酸要邊加邊搖，避開炭化；分水器應(yīng)預(yù)先參加肯定量的水，并做好標(biāo)記，最終登記生成的水量來推斷反響進(jìn)展的程度；反響剛開頭時(shí)，留意控溫，在80C加熱15分鐘〔注：是溶液溫度，而不是蒸汽溫度〕，待反響進(jìn)展一段時(shí)間之后再加熱回流除水〔留意什么時(shí)候放水，放水的程度〕；用10％Na2CO3溶液中和酸時(shí)留意放氣；pH試紙必需放在外表皿中使用，〔注：測(cè)有機(jī)相的pH值時(shí)，先用一滴水潤(rùn)濕pH試紙，再向水中點(diǎn)上一滴有機(jī)相，水滴邊緣的顏色顯示有機(jī)相的pH〕，只需拿出幾張，馬上蓋上瓶蓋，否則時(shí)間長(zhǎng)了就失效了；產(chǎn)品經(jīng)教師檢查，記錄體積后再倒入回收瓶。試驗(yàn)中使用的儀器蒸餾頭 1個(gè)直形冷凝管 1個(gè)單股接引管 1支溫度計(jì)1支溫度計(jì)套管1個(gè)玻璃漏斗1個(gè)滴管1個(gè)共計(jì)22件25ml圓底燒瓶〔14?！?個(gè)10ml圓底燒瓶〔14?！?個(gè)分水器1個(gè)球形冷凝管1支10ml量筒1個(gè)梨形分液漏斗1個(gè)外表皿1個(gè)50ml燒杯1個(gè)玻璃棒1根14＃玻璃塞3個(gè)25ml錐形瓶〔14?！?個(gè)相關(guān)背景學(xué)問共沸混合物：在蒸餾過程中，有時(shí)可能得到與單純化合物相像的，具有固定沸點(diǎn)和固定組成的混合物。其氣相和液相的組成也完全一樣。因此不能用分餾的方法進(jìn)展進(jìn)一步分別。該混合物稱為共沸混合物〔或恒沸混合物〕。共沸點(diǎn)：共沸混合物的沸點(diǎn)〔高于或低于其中的每一組分〕稱為共沸點(diǎn)〔或恒沸點(diǎn)〕本試驗(yàn)利用水與正丁醇、水與乙酸正丁酯形成的共沸體系將生成的水從反響體系中提取出來，使反響向正方向充分進(jìn)展，從而提高反響的產(chǎn)率。恒沸混合物的數(shù)據(jù)恒沸混合物 沸點(diǎn)(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：蒸餾時(shí)，在某些溫度下消失的餾分，可以利用恒沸體系來解釋在合成過程中可以用苯提水和CCl4提水。例如在合成醋酸芐酯時(shí)，就可以在反響體系中參加肯定的苯，利用苯與水形成共沸體系〔69C〕把水帶出。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，是由于共沸所帶出的混合物的比重不同。有機(jī)物一般在上層，水在下層。使用分水器的條件：分水器內(nèi)物質(zhì)不參與反響，不互溶，比重不同。2〕使用：見教材53頁的裝置，必需使用溫度計(jì)。假設(shè)分水器是單口的，則使用一個(gè)Y型管連接。分水器用前先裝肯定量的水，反響中從活塞分出水。注：溫度計(jì)需要插入液面里，選用0～300C溫度計(jì)。萃取的原理：從固體或液體混合物中分別所需要的物質(zhì)稱為提取或萃取。在欲分別的液體混合物中參加一種與其不溶或局部互溶的液體溶劑，形成兩相系統(tǒng)，利用液體化合物中各組分在兩相中的溶解度和安排系數(shù)的不同，易溶組分較多地進(jìn)入溶劑相，從而實(shí)現(xiàn)混合液的分別。原理及操作方法見教材57－60頁洗滌操作和萃取操作類似液體化合物的枯燥枯燥方法分為物理方法和化學(xué)方法。物理方法：烘干，晾干，吸附，分餾，共沸蒸餾和冷凍等。近年來還常用離子交換樹脂和分子篩吸附等方法來進(jìn)展枯燥?；瘜W(xué)方法：用枯燥劑來除水。依據(jù)除水原理可分為兩種：a〕能與水可逆地結(jié)合，生成水合物，如CaCl2＋nH2OCaCl2·nH2O；b〕與水發(fā)生不行逆反響，生成新的化合物，如Na＋H2O→NaOH＋H2使用枯燥劑要留意的幾點(diǎn)：A.枯燥劑與水的反響為可逆反響時(shí)，反響到達(dá)平衡需要肯定時(shí)間。一般最少要兩個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間才能收到較好的枯燥效果。因反響可逆，不能將水完全除盡，故枯燥劑的參加量要適當(dāng)，一般為5％左右。因反響可逆，所以在蒸餾前必需將枯燥劑濾除，否則被除去的水將返回液體中；另外，假設(shè)把鹽倒入或留在蒸餾瓶底，受熱時(shí)會(huì)發(fā)生崩濺。B.使用的枯燥劑與水發(fā)生不行逆反響時(shí)，蒸餾前枯燥劑不必濾除。C.枯燥劑只適用于枯燥少量水分。假設(shè)水含量大，枯燥效果不好。為此萃取分液時(shí)肯定盡量將水層分凈，這樣枯燥效果比較好，并削減產(chǎn)物損失。枯燥劑的選擇：枯燥劑與被枯燥的液體有機(jī)化合物不能發(fā)生化學(xué)反響，包括：溶解，締合和催化等作用。例如：酸性化合物不能用堿性枯燥劑，如CaCl2與醇、胺類化合物易形成絡(luò)合物，故不能用CaCl2來枯燥醇和胺類。堿性枯燥劑如CaO，NaOH能催化某些醛或酮發(fā)生縮合反響，自動(dòng)氧化反響，也可使酯或酰胺發(fā)生水解反響，故不宜用CaO或NaOH枯燥這些化合物?？菰飫┑挠昧浚嚎菰飫┑膶?shí)際用量大大超過計(jì)算量。實(shí)際操作中，主要通過現(xiàn)場(chǎng)推斷，即觀看法。觀看被枯燥的液體：未加枯燥劑之前，溶液是渾濁的。參加枯燥劑之后，溶液變?yōu)槌吻逋噶翣?，這時(shí)即枯燥合格。否則應(yīng)補(bǔ)加適量枯燥劑連續(xù)枯燥?！沧ⅲ涸诩涌菰飫r(shí)要少量屢次地加〕觀看枯燥劑：有些液體化合物中有水與否，溶液總是清亮透亮的。這時(shí)推斷枯燥劑用量是否適宜，則應(yīng)看枯燥劑的狀態(tài)。參加枯燥劑后，因其吸水變黏，粘在壁上，搖動(dòng)不易旋轉(zhuǎn)，說明枯燥劑用量不夠。應(yīng)補(bǔ)加枯燥劑。直到新的枯燥劑不結(jié)塊，不粘壁。枯燥劑棱角清楚，搖動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)，說明所加枯燥劑用量適宜?！沧ⅲ河捎诳菰飫┻€能吸附一局部有機(jī)液體，影響產(chǎn)品收率。故枯燥劑用量要適中。應(yīng)參加少量枯燥劑后靜置一段時(shí)間，觀看用量缺乏時(shí)再補(bǔ)加。使用枯燥劑地操作要點(diǎn)：A首先把被枯燥的溶液中水分盡可能除凈，B把待枯燥的液體放入錐形瓶中，取顆粒大小適宜的枯燥劑放入液體中，用塞子蓋住瓶口，輕輕振搖，經(jīng)觀看推斷枯燥劑是否足量，靜置半小時(shí)，最好過夜。把枯燥好的液體濾入蒸餾瓶中，然后進(jìn)展蒸餾。1.將待枯燥的液體倒入枯燥 的錐形瓶中；2.參加枯燥劑，這里以 CaCl2為例；3.蓋好玻璃塞；4.搖動(dòng)；5.靜置15～30分鐘6.搭好過濾裝置7.向漏斗內(nèi)塞入一塊棉花8.過濾固體有機(jī)化合物的枯燥主要是除去固體中的少量低沸點(diǎn)溶劑。有機(jī)固體有機(jī)化合物的揮發(fā)性較溶劑小，因此實(shí)行蒸發(fā)和吸附的方法來到達(dá)枯燥的目的。常用枯燥法如下：烘干中有兩種方法：a用恒溫烘箱烘干或用恒溫真空枯燥箱烘干；b用紅外燈烘干凍干：即冷凍枯燥。處理自然大分子，尤其是蛋白質(zhì)、核酸，由于高溫下簡(jiǎn)潔變性，因此要用冷凍枯燥?？菰锲骺菰铮篴一般枯燥器；b真空枯燥器；c真空恒溫枯燥器〔枯燥槍〕。氣體的枯燥有機(jī)試驗(yàn)中常用氣體有N2、O2、H2、Cl2、NH3、CO2，有時(shí)要求氣體中含很少或幾乎不含有CO2、水等，因此就需要對(duì)上述氣體進(jìn)展枯燥。枯燥氣體常用儀器有枯燥管、枯燥塔、U型管、各種洗氣瓶〔用來盛液體枯燥劑〕等。枯燥氣體常用的枯燥劑見下表。本次試驗(yàn)時(shí)枯燥要留意以下事項(xiàng)枯燥時(shí)間應(yīng)夠半小時(shí)再蒸餾；用漏斗加一小團(tuán)棉花，過濾除去枯燥劑后再蒸餾；枯燥時(shí)最好用蓋有塞子的磨口錐形瓶，以免揮發(fā)產(chǎn)物。簡(jiǎn)潔蒸餾操作總結(jié)上次課蒸餾操作中的問題；蒸餾乙酸正丁酯產(chǎn)物時(shí)到120C左右溫度恒定后就開頭接收產(chǎn)物；留意餾頭的收集；用量筒量取產(chǎn)物體積，用比重?fù)Q算成重量，再計(jì)算產(chǎn)率。試驗(yàn)過程中的留意事項(xiàng)滴加濃硫酸時(shí)要邊搖動(dòng)邊滴加，使硫酸快速混合均勻，避開局部炭化；分水器中應(yīng)預(yù)先參加肯定量的水，在分水器上用筆做一標(biāo)記，在反響過程中，生成的水由分水器放出，但水面需要保持在標(biāo)記處。由生成的水量推斷反響進(jìn)展的程度。反響進(jìn)展完全時(shí)應(yīng)觀看不到有水帶出的渾濁現(xiàn)象。最終登記生成水的量，與計(jì)算所得到的理論產(chǎn)量比較，所以使用的量水儀器要在枯燥后使用。在反響剛開頭時(shí)，肯定要掌握好升溫速度。要在80C加熱15分鐘后再開頭加熱回流，以防乙酸過早地蒸出，影響產(chǎn)率。用10％Na2CO3洗滌時(shí)，由于有CO2氣體放出，所以要留意放氣，同時(shí)洗滌時(shí)搖動(dòng)不要太厲害，否則使酯乳化不易分層。用10％Na2CO3堿液洗滌中和過量的酸〔大約需洗滌一次或兩次〕。pH試紙使用時(shí)要放再外表皿中，且只需要幾張即可；蒸餾裝置必需枯燥，儀器在烘箱中烘干〔分液和枯燥產(chǎn)物之前先把儀器洗潔凈放入烘箱中枯燥；測(cè)量產(chǎn)物體積，經(jīng)教師檢查記錄后，再倒入回收瓶中。背景學(xué)問：乙酸正丁酯英文名：butylacetate，構(gòu)造式CH3COOC4H9,分子量116.16物理性質(zhì)：無色透亮液體，有水果香味，在水中的溶解度288.16K時(shí)為0.8%〔質(zhì)量〕，293.16K時(shí)為1.0%〔質(zhì)量〕。水在乙酸正丁酯中293.16K時(shí)的溶解度為1.86%〔質(zhì)量〕。乙酸正丁酯易溶于松脂、酯膠、苯、呋喃樹脂、達(dá)馬樹脂、欖香酯、乳香、貝殼衫脂、馬尼拉橡膠、杜仲膠、甘酞樹脂等自然樹脂，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、氯化橡膠等合成樹脂，也能溶于鈣鎂鋅等金屬的樹脂酸鹽。其主要物理性質(zhì)見下表?；瘜W(xué)性質(zhì)：乙酸正丁酯加堿水解，生成乙酸和正丁醇。能與乙醇、甲醇進(jìn)展酯交換，與AlCl3形成加合物。此外，在光照下，能發(fā)生氯化反響，可得到1-氯取代物和4-氯取代物。產(chǎn)品規(guī)格：見下表毒性、安全、儲(chǔ)存及運(yùn)輸：乙酸正丁酯易燃，操作場(chǎng)所最高允許濃度為0.95mg/L。由于乙酸正丁酯在常溫時(shí)就易燃，所以嚴(yán)禁與炸藥類物質(zhì)一起運(yùn)輸?；馂?zāi)時(shí)宜用干粉、二氧化碳滅火器乙酸正丁酯對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有抑制作用，吸入會(huì)刺激肺胞粘膜，引起肺氣腫