化学实验报告对氯苯氧乙酸的合成.doc

对氯苯氧乙酸的合成一、 实验目的和要求1、 掌握机械搅拌操作；2、 学会对氯苯氧乙酸的合成方法；3、 进一步熟悉亲核合成反应；4、 熟练重结晶操作。二、 实验内容和原理对氯苯氧乙酸是植物生长调节剂的中间体，有许多合成方法，本实验采用Willamson法进行合成。反应方程式如下：副反应：碘离子是比氯离子更好的离去基团，能够明显地提高SN2反应的反应速率和产率，因此，使用催化量的KI是必要的。在碱性条件下，苯酚生成苯酚负离子，可以明显提高它的亲核性，但在碱作用下，氯乙酸同样会发生水解反应，即被羟基负离子进攻生成副产物。本实验采用先将一部分NaOH与苯酚反应，生成苯酚负离子，再分别滴加剩余的碱和氯乙酸，以减少氯乙酸的水解，提高反应的产率。主反应机理：副反应机理：三、 主要物料及产物的物理常数名称氯乙酸对氯苯酚对氯苯氧乙酸乙醇俗名一氯乙酸防落素、促生灵、防落壮果剂酒精英文名2-chloroacetic acid4-chlorophenol2-(4-chlorophenoxy)acetic acidethanol分子式C2H3ClO2C6H5ClOC8H7ClO3C2H6O结构式分子量9450128.56186.5946.07性状无色或淡黄色结晶 无色晶体白色结晶无色易挥发液体折光率1.4330401.55791.3614比重1.37641.26510.79熔点/634243157159-114.1沸点/18922078.3水微溶极微溶微溶乙醇易溶溶易溶乙醚易溶溶易溶四、 主要仪器设备仪器100mL三口烧瓶；滴液漏斗；电热包(或油浴装置)；机械搅拌器(或磁力搅拌器)；球形冷凝管；吸滤装置；250mL烧杯；10mL量筒；50mL量筒；胶头滴管。试剂对氯苯酚；氯乙酸；20%NaOH；碘化钾；1:1盐酸；95%乙醇；pH试纸。五、 操作方法和实验步骤操作时间现象1、 合成称取6.5g(50mmol)对氯苯酚；置于100mL三口烧瓶中；加入10mL 20%的NaOH水溶液，适当加热使其溶解。10:00试管中的对氯苯酚呈黄色透明固体，内有大量气泡；三口烧瓶不干净，内壁粘附白色固体；操作时间现象加入催化量的KI；装上球形冷凝管和机械搅拌器，搭好装置；开动机械搅拌，用电热包加热；(也可用磁力搅拌，油浴加热)在两滴液漏斗中分别加入15mL 20%的NaOH水溶液和5.3g(56mmol)氯乙酸溶于10mL水的溶液中；待三口瓶中的液体开始回流后，将两滴液漏斗中的液体同时慢慢滴入；约15min后滴加完；继续保持回流40min；停止加热和搅拌，趁热将反应混合液倒入250mL烧杯中；趁热边搅拌边滴加1:1盐酸，至pH为1左右；继续搅拌1015min，使其酸化完全；用冰水快速冷却反应体系使产物结晶完全；抽滤，用水洗涤；得到粗产物，称重。2、 提纯将粗产物转入100mL圆底烧瓶，先逐量加入乙醇，使固体在乙醇回流状态下完全溶解，再过量50%；稍冷，加入活性碳脱色，煮沸5min后进行保温过滤；在用乙醇溶液回流的状态下逐量加入水，直到有少量固体析出又很快溶解(若烧瓶体积不够，可将混合物转入250mL烧杯)；静置，使之自然冷却；抽滤，用冰水充分洗去固体中的乙醇，用空心塞压干。转移到滤纸上，称量；在真空干燥箱中充分干燥，再次称量。3、 表征测定熔程。11:0811:2511:4312:0813:0513:170.55gKI；5.8g氯乙酸;烧瓶中混合物为黄色液体；迅速凝固为乳黄色蜡状固体；开始加酸时混合物已经凝固，随后慢慢溶解，最后呈乳白色悬浊物；继续搅拌12min，最后测得pH=1；23d冰水洗涤，洗涤很不完全；11.72g。乙醇17mL+3mL+5mL，不能完全溶解，有白色固体沉淀在烧瓶底部；溶液几乎没有颜色，省略此步骤；水60mL+20mL+20mL+20mL+15mL，先是白色沉淀逐渐完全溶解，最后又有白色针状晶体析出；没有用冰水浴；7.21g - 1.27g = 5.93g；6.03g - 1.27g = 4.76g。155.6157.0，155.7157.2。实验装置图： 六、 实验结果与分析重结晶前的粗产物质量为11.72g，粗产率为粗产率超过100%，显然其中混有大量杂质。根据实验过程分析，由于未趁热加酸，导致酸化不充分，粗产品抽滤时没有充分洗涤，这两个原因导致产物中混入大量对氯苯氧乙酸盐杂质。重结晶提纯的产物经干燥后质量为4.76g，产率为提纯干燥产物的熔程两次测量分别为155.6157.0，155.7157.2，平均为155.6157.1，比文献值157159偏低，分析其原因可能为混入脱羧产物或(和)乙醇，或者干燥不充分所致。七、 思考题1、 为什么要在搅拌下滴加氯乙酸？答： 防止氯乙酸的瞬时浓度过大增加副反应的发生。2、 为什么将对氯苯酚先溶于NaOH溶液中，作用何在？答：在碱性条件下，苯酚生成苯酚负离子，可以明显提高它的亲核性，但在碱作用下，氯乙酸同样会发生水解反应，即被羟基负离子进攻生成副产物。本实验先将对氯苯酚溶于NaOH溶液中，生成对氯苯酚负离子，再分别滴加剩余的碱和氯乙酸，以减少氯乙酸的水解，提高反应的产率。八、 讨论、心得1、 实验操作注意点(1) 试管中的对氯苯酚加入适量NaOH溶液适当加热后倒出，然后用少量NaOH溶液洗涤试管。(2) 氯乙酸稍过量可以提高反应产率，但同时也会增加副反应的发生，因此过量应适当。另外，在稍过量的同时提高了氯乙酸溶液的浓度。滴加时，先滴加几滴NaOH，使它和对氯苯酚反应生成对氯苯酚负离子，再滴加几滴氯乙酸，这样可以降低副反应发生的可能。(3) 在时间允许的情况下，适当延长加热回流的时间可以大大地提高产率，据文献报道，反应22.5h产率可以高达95%。(4) 盐酸滴加速度可以稍慢，同时要注意不断搅拌，使其充分发挥酸化作用。适当延长酸化时间也可提高产率。酸化不完全会大大降低产率，并引入大量对氯苯氧乙酸盐杂质，给下一步重结晶带来困难。(5) 冰水的迅速冷却虽然得到细小的晶体，但可以提高粗产率。如要得到更好的晶体，可以在重结晶一步采取保温冷却的方法。(6) 抽滤得到粗结晶后，一定要用冰水充分洗涤，将被对氯苯氧乙酸黏附或包裹的盐杂质全部除去，否则重结晶时加入过量乙醇也不能完全溶解，加大操作难度，又会导致产物损失。(7) 粗产物用乙醇溶解回流时，若温度过高，会使羧酸脱羧，产生颜色，因此最好用油浴回流，并且温度控制在乙醇的沸点78以下。(8) 重结晶后抽滤时，要用冰水洗净产物中的乙醇，否则会使产物的纯度下降，测定的熔点也会下降。(9) 最后一步冷却要缓慢进行，最好用保温冷却，确保产生好的晶形。另外，如果乙醇-水混合溶液中有较多的对氯苯氧乙酸盐杂质，最好不要采用冰水浴冷却，防止盐杂质析出。(10) 在包晶体的纸上可以看到有挥发出来的油状物，推断可能是乙醇溶解回流时的脱羧产物，它在产物中的存在会使产物的熔点下降，因此，延长干燥时间，使油状物完全除去，可以提高产物的纯度。2、 实验方法改进及其他合成方法(1) 提高溶剂NaOH的浓度可以缩短反应时间