乙酸正丁酯的制备

1 实验六 乙酸正丁酯的制备及折光率测定 0606 1111 1111 一一 实验目的实验目的 1 1 认识酯化反应原理 掌握乙酸正丁酯的制备方法 2 2 掌握共沸蒸馏分水法的原理和分水器 油水分离器 的使用 3 3 学习有机物折光率的测定方法 二二 实验原理实验原理 酸与醇反应制备酯 是一类典型的可逆反应 Reaction Side reaction CH3COOH CH3CH2CH2CH2OH H CH3COOCH2CH2CH2CH3 H2O CH3CH2CH2CH2OH H CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH CH2 为提高产品收率 一般采用以下措施 为提高产品收率 一般采用以下措施 1 使某一反应物过量 2 在反应中移走某一产物 蒸出产物或水 3 使用特殊催化剂 用酸与醇直接制备酯 在实验室中有三种方法 第一种是共沸蒸馏分水法 生成的酯和水以沸臃物的形式蒸出来 冷凝后通过分水器分 出水 油层回到反应器中 第二种是提取酯化法 加入溶剂 使反应物 生成的酯溶于溶剂中 和水层分开 第三种是直接回流法 一种反应物过量 直接回流 制备乙酸正丁配用共沸蒸馏分水法 较好 为了将反应物中生成的水除去 利用酯 酸和水形成二元或三元恒沸物 采取共沸蒸 馏分水法 使生成的酯和水以共沸物形式逸出 冷凝后通过分水器分出水层 油层则回到 反应器中 三三 实验内容实验内容 1 乙酸正丁酯粗品的制备 2 乙酸正丁酯的精制 3 乙酸正丁酯折光率的测定 四 物理常数四 物理常数 溶 解 度 化合物 名 称 分子量 性 状 比 重 d 熔 点 沸 点 折 光 率 水 乙 醇 乙 醚 正丁醇 74 32 液 体 0 810 89 8 118 01 39919 2 冰醋酸 60 05 液 体 1 04916 6118 11 3715 乙酸正丁酯 116 16 液 0 882 73 5 126 11 39510 7 1 丁烯 56 12 气 体 0 5951 185 4 6 31 3931ivsvs 正丁醚 130 23lq0 7689 95 31421 3992 0 05 五 实验步骤五 实验步骤 在干燥的 50mL 圆底烧瓶中 装入 11 5mL 正丁醇和 7 2mL 冰醋酸 再加入 3 4 滴浓硫 酸 混合均匀 投入沸石 然后安装分水器及回流冷凝管 并在分水器中预先加水略低于 支管口 记下预先所加水的体积 在石棉网上加热回流 反应过程中生成的回流液滴逐渐 进入分水器 控制分水器中水层液面在原来的高度 不致于使水溢入圆底烧瓶内 约 40min 后不再有水生成 表示反应完毕 停止加热 冷却后卸下回流冷凝管 将分水器中液体倒入分液漏斗 分出水层 酯层仍然留在分 液漏斗中 量取分出水的总体积 减去预加入的水的体积 即为反应生成的水量 把圆底 烧瓶中的反应液倒入分液漏斗中 与分水器中分出的酯层合并 分别用 10mL 水 10mL10 碳酸钠液 10mL 水洗涤反应液 用 10mL 10 的碳酸钠洗涤 检验是否仍呈酸性 如仍呈 酸性怎么办 分去水层 将酯层再用 10mL 水洗涤一次 分去水层 将酯层倒入小锥形瓶中 加少量无水硫酸镁干燥 将干燥后的乙酸正丁酯倾入干燥的 30mL 蒸馏烧瓶中 注意不要把硫酸镁倒进去 加 入 1 2 粒沸石 安装好蒸馏装置 在石棉网上加热蒸馏 收集 124 126 的馏分 产品称重后测定折射率 前后馏分倒入指定的回收瓶中 六 实验注意事项六 实验注意事项 1 冰醋酸在低温时凝结成冰状固体 熔点 16 6 取用时可温水浴加热使其熔化后 量取 注意不要触及皮肤 防止烫伤 2 在加入反应物之前 仪器必须干燥 为什么 3 浓硫酸起催化剂作用 只需少量即可 也可用固体超强酸作催化剂 4 当酯化反应进行到一定程度时 可连续蒸出乙酸正丁酯 正丁醇和水的三元共沸物 恒沸点 90 7 其回流液组成为 上层三者分别为 86 11 3 下层为 19 2 97 故分水时也不要分去太多的水 而以能让上层液溢流回圆底烧瓶继续反 应为宜 5 本实验中不能用无水氯化钙为干燥剂 因为它与产品能形成络合物而影响产率 6 根据分出的总水量 注意扣去预先加到分水器的水量 可以粗略的估计酯化反应 完成的纯度 3 7 产物的纯度也可用气相色谱检查 用邻苯二甲酸二壬酯为固定液 柱温和检测温度 100 汽化温度 150 热导检测器 氢为载气 流速 45mL min 附 附 操作要点操作要点 1 加入硫酸后须振荡 以使反应物混合均匀 2 反应应进行完全 否则未反应的正丁醇只能在最后一步蒸馏时与酯形成共沸物 共沸点 117 6 以前馏分的形式除去 会降低酯的收率 3 反应终点的判断可观察下面两种现象 一是分水器中不再有水珠下沉 二是从分水器中 分出的水量达到理论分水量 即可认为反应完成 4 洗涤操作 分液漏斗的使用 1 洗涤前首先检查分液漏斗旋塞的严密性 2 洗涤时要做到充分轻振荡充分轻振荡 切忌用力过猛 振荡时间过长 否则将形成乳浊液 难 以分层 给分离带来困难 一旦形成乳浊液 可加入少量食盐等电解质或水 使之分层 3 振荡后 注意及时打开旋塞 放出气体 以使内外压力平衡 放气时要使分液漏斗 的尾管朝上 切忌尾管朝人 4 振荡结束后 静置分层 分离液层时 下层经旋塞放出 上层从上口倒出 5 干燥必须完全 否则由于乙酸丁酯与丁醇 水等形成二元或三元恒沸液 重蒸馏时沸点 降低 影响产率 乙酸正丁酯 水及正丁醇形成二元或三元恒沸液的组成及沸点乙酸正丁酯 水及正丁醇形成二元或三元恒沸液的组成及沸点 组成 沸点 丁醇水乙酸正丁酯 117 667 232 8 9355 545 5 90 72773 90 518 728 652 7 1 正确使用分水器 正确使用分水器 本实验体系中有正丁醇 水共沸物 共沸点 93 乙酸正丁酯 水共拂物 共沸点 90 7 在反应进行的不同阶段 利用不同的共沸物可把水带出体系 经冷凝分出水后 醇 酯再回到反应体系 为了使醇能及时回到反应体系中参加反应 在 反应开始前 在分水器中应先加入计量过的水 使水面稍低于分水器回流支管的下沿 当 有回流冷凝液时 水面上仅有很浅一层油层存在 在操作过程中 不断放出生成的水 保 持油层厚度不变 或在在分水器中预先加水至支口 放出反应所生成理论量的水 用小量 筒量 用分水器优点 用分水器优点 使用回流分水反应装置 及时分出反应生成的水 缩短了整个实验时间 把乙酸与正丁醇的摩尔比调整为 1 l 最后蒸馏时 基本上无前馏分 产物纯度很 高 4 2 选用醇酸比 选用醇酸比 1 1 原因原因 由于正丁醇过量 最后蒸馏时前馏分量大 酯产率低 用饱和氯化钙溶液和无水氯化 钙都难以把板配中的正丁醇完全除掉 见表 1 乙酸正丁酯 沸点 126 和正丁醇 沸点 117 7 形成共沸物 共沸点 117 6 两者用蒸馏法分不开 表 2 是粗产物经蒸馏分离 各馏分的色谱分析数据 表 1 用氯化钙处理乙酸正丁酯中正丁醇结果 处理方法处理方法正丁醇含量正丁醇含量 乙酸正丁酯中加 50 正丁醇4 95 用饱和氯化钙溶液洗涤后4 78 用无水氯化钙干燥后4 69 表 2 产物色谱分析数据 实验一实验一实验二实验二 沸程沸程 质量 g醇含量 质量 g醇含量 118 124 5 513 65 221 4 124 125 8 06 512 313 1 125 126 9 21 53 33 2 126 127 2 206 00 3 折光率的测定 折光率的测定 折光率 Refractive Indcx 又称折射率 是液体有机物的重要的物理常数之一 它是衡 量液体有机物纯度的标志之一 是定性鉴定的一种手段 折光率比沸点更为可靠 利用折 光率不仅可以鉴定未知物 而且可以确定沸点相近 结构相似的液体混合物的组成 光在各种介质中的传播速度都不相同 当光线从一种介质 例如空气 射人另一种介质 例如丙酮 中时 由于两种介质的密度不同 光的传播速度和方向均发生改变 这种现象 称为光的折射现象 折光率与入射光波长及测定时介质的温度有关 一种介质的折光率随光线波长变短而 增大 随其温度的升高而变小 一般温度升高 1 液体化合物的折光率降低 3 5 10 4 5 5 10 4 为了方便起见 在实际工作中常以 4 10 4 近似地作为温度变化常数 例如 甲基叔丁基醚在 25 时的实测值为 1 3670 其校正值应为 1 3670 十 5 4 10 20 D n 4 1 3690 在固定的温度 固定的光波波长下 各种物质都有它特定的折光率 通常规定用钠光谱的 D 线 钠黄光 波长为 589 3nm 温度以 20 为标准表示折光率 例如 在入射光为钠的 黄光 测定温度为 20 时 水的折光率为 1 3330 表示为1 3330 这里 n 代表折光率 20 D n 5 20 代表测定时的温度 D 代表钠光 折光率可以通过折光仪精确地测定出来 折光仪的种类很多 常用的是阿贝 Abbe 折 光仪 其优点是构造简单 操作容易 应用范围广且精确度较高 测样品的用量很少 可 用白炽灯为光源 阿贝折光仪的工作原理就是基于光的折射现象和临界角的基本原理设计而成的 在一定的外界 如温度 压力等 条件下 波长一定的单色光从介质 A 斜射入介质 B 时 要 发生折射现象 如图 1 根据折射定律 其入射角 与折射角 的正弦之比是一个常数 并 且与这两个介质的折光率 nA 介质 A nB 介质 B 成反比 即 图 1 光的折射现象图 2 测定折光率时目镜中常见的图象 由于被测液体的折光率 nA 比棱镜的折光率 nB 小 故光线由被测液体射人棱镜时 要发生折射 其入射角 必定大于折射角 入射角增大时 折射角也必然相应增大 当 入射角 0为 90 时 sin 0 1 这时折射角达到最大值 称为临界角 以 0表示 显然 在 临界角以内的区域都有光线通过 是明亮的 在临界角以外的区域没有光线通过 是暗的 在临界角上正好是 半明半暗 图 2 目镜上有一个十字交叉线 若十字交叉线与明暗 分界线 里合 就表示光线由被测液体进入棱镜时的入射角正好为 90 根据折射定律可得 棱镜曲折光率 nB是常数 各种液体的折光率不同 临界角也不同 要调节光线的入射 角始终为 90 即明暗分界线对准十字交叉线中心 只要改变临界角就可达到目的 通过 测定临界角的相对位置 经过换算就可以找出液体的折光率 阿贝折光仪的刻度是经过换 算后的折光率的读数 故可直接读出折光率 6 图 3 阿贝 Abbe 折光仪图 4 折光仪在临界角时的目镜视野 阿贝 Abbe 折光仪的结构如图 3 所示 它的主要组成部分是两块直角棱镜组成的棱镜组 上面一块是表面光滑的测量棱镜 下面一块是表面磨砂的可以开启的辅助棱镜 左面的镜 筒是读数镜筒 内有刻度盎 其上面有两行数值 右边一行是折射率数值 1 3000 一 1 7000 左边一行是工业上测量溶液浓度的标度 o 一 95 右面的镜筒是测量目镜 用 来观察折光情况 筒内装有消色散棱镜 光线由反射镜射入辅助棱镜 发生漫射 以不同 入射角射人液层 然后再射到测量棱镜的表面上 此时一部分光线经折射后进入测量目镜 另一部分光线则发生全反射 调节螺旋 以使测量目镜中的视野如图 4 所示 实验步骤实验步骤 校正 校正 1 将阿贝折光仪置于普通白炽灯前或靠近窗户的桌子上 但不要放在直射的阳光下 用 擦镜纸藤少量丙酮或 95 乙醇小心擦洗棱镜 以免留有其它物质影响测定精确度 丙酮或 乙醇清洗后 待干后再测其它物质 2 用橡胶管将棱镜金属匣上恒温器接头与恒温水浴相连 调节所需温度通常为 20 或 25 本实验在室温下测定 不用恒温水浴调节温度 3 以蒸馏水作标准样品 进行仪品校正 旦少许蒸馏水于磨砂面棱镜上 锁紧棱镜 4 调节反光镜使目镜内视场明亮 转动棱镜调节旋钮直到镜内观察到有界线或出现彩色 光带 若出现彩色光带 则转动棱镜微调旋钮 又称消色散手轮 使视野中除黑白两色外 无其它颜色 将自然光消除色散成单色光源 明咱界线清晰 再转动棱镜调节旋钮使明暗 分界线恰巧通过 十 字的交叉点 表示光线由液体进入棱镜时的入射角正好是 90 5 调整小反射镜使刻度读数明亮 记录读数和温度 重复两次测得纯水的平均折光率 与纯水的标准值 1 3330 比较 求得折光仪的校正值 校正值一般应很小 若数值太 20 D n 大时 整个仪器必须重新调校 样品折光率的测定样品折光率的测定 1 用探镜纸试干蒸馏水 恒温后 将试样 1 2 滴均匀地滴在磨砂面棱镜上 关紧棱镜 2 调节反光镜使目镜内现场明亮 转动棱镜调节旋钮或消色散手轮 使视野明暗界线恰 巧通过 十 字交叉点 记录读数与温度 重复 2 3 次 取其平均值 得样品折光率实验 7 读数值 3 样品物质的折光率 样品折光率实验读数值一折光仪的校正值 注解与实验指导注解与实验指导 1 对于纯净的液体 折光率的测定可精确到 1 通常用 4 位有效数字进行记录 2 阿贝折光仪的量程为 1 3000 1 7000 精密度为 0 0001 测量温度应控制在 0 1 范 围内 阿贝折光仪不能在较高温度下使用 3 阿贝折射仪中的读数不是临界角