综合与实验讲义

基基 础础 化化 学学 实实 验验 教教 程 程 综合与设计性实验讲义综合与设计性实验讲义 吉林化工学院基础化学教学与实验中心吉林化工学院基础化学教学与实验中心 编编 0 目目 录录 实验七 葡萄糖酸锌的制备和分析 综合性化学实验 15 实验八 1 2 4 三唑的制备 设计性化学实验 18 实验十 香豆素 3 羧酸的制备 20 实验七实验七 补锌口服液葡萄糖酸锌的综合实验补锌口服液葡萄糖酸锌的综合实验 综合性实验 一 实验目的一 实验目的 葡萄糖酸锌是近年来开发的的一种补锌四品添加剂 人体缺锌会造成生长 停滞 自发性味觉减退或创伤愈合不良等现象 从而发生各种疾病 以往常用 硫酸锌作添加剂 但它对人体的肠胃道有一定的刺激作用 而且吸收率也比较 低 葡萄糖酸锌则有吸收率高 副作用少 使用方便等特点 是 20 世纪 80 年 1 代中期发展起来的一种补锌添加剂 特别是作为儿童食品 糖果的添加剂 应 用日趋广泛 合成葡萄糖酸锌的方法很多 可分为直接合成法和间接合成法两大类 葡 萄糖酸锌的纯度分析可采用络合滴定法 通过本实验要求达到如下目的 1 学习和掌握合成简单药物的基本方法 2 学习并掌握葡萄糖酸锌的合成 3 进一步巩固络合滴定分析法 4 了解锌的生物意义 二 实验原理二 实验原理 葡萄糖酸锌为白色或接近白色的结晶性粉末 无臭略有不适味 溶于水 易溶于沸水 15 时饱和溶液的质量分数为 25 不溶于无水乙醇 氯仿和乙 醚 葡萄糖酸锌是以葡萄糖酸钙和硫酸锌 或硝酸锌 等为原料直接合成 其 反应为 Ca C6H11O7 2 ZnSO4 Zn C6H11O7 2 CaSO4 这类方法的缺点是产率低 产品纯度差 在 pH 10 的溶液中 铬黑 T EBT 与 Zn 形成比较稳定的酒红色螯合物 Zn EBT 而 EDTA 与 Zn 能形成更为稳定的无色螯合物 因此滴定至终点 时 铬黑 T 便被 EDTA 从 Zn EBT 中置换出来 游离的铬黑 T 在 pH 值在 8 11 之间的溶液中呈纯蓝色 Zn EBT EDTA Zn EDTA EBT 酒红色 纯蓝色 葡萄糖酸锌溶液中游离的锌离子也可与 EDTA 形成稳定的络合物 因此 EDTA 滴定法能确定葡萄糖酸锌的含量 三 实验用品三 实验用品 1 仪器 台秤 蒸发皿 布氏漏斗 吸滤瓶 电子天平 滴定管 50mL 移液管 25mL 烧杯 容量瓶 2 试剂 葡萄糖酸钙 ZnSO4 7H2O 硫酸 1mol L 乙醇 95 NH3 H2O NH4Cl 缓冲溶液 pH 10 活性炭 乙二胺四乙酸二钠盐 简称 EDTA AR Zn 粒 氨水 1 1 HCl 6mol L 铬黑 T s 1 四 实验步骤四 实验步骤 1 葡萄糖酸锌的合成 称取葡萄糖酸钙 4 5g 放入 50mL 烧杯中 加入 12mL 蒸馏水 另称取 Zn SO4 7H2O3 0g 用 12mL 蒸馏水使之溶解 在不断搅 拌下 把 ZnSO4溶液逐滴加入葡萄糖酸钙溶液中 加完后在 90 水浴中保温约 20min 抽滤除去 CaSO4沉淀 溶液转入烧杯 加热近沸 加入少量活性炭脱 色 趁热抽滤 滤液冷却至室温 加 10mL95 乙醇 降低葡萄糖酸锌的溶解度 并不断搅拌 此时有胶状葡萄糖酸锌析出 充分搅拌后 用倾析法去除乙醇 液 得葡萄糖酸锌粗品 2 用适量水溶解葡萄糖酸锌粗品 加热 90 至溶解 趁热抽滤 滤液冷 却至室温 加 10mL95 乙醇 充分搅拌 结晶析出后抽滤至干 得精品 在 50 烘干 称量 可得供压制片剂的葡萄糖酸锌 本品可作为营养增补剂 锌 强化剂 用于代乳品时 每升代乳品含锌量不得超过 6mg 2 葡萄糖酸锌含量测定 设计 EDTA 滴定法测定葡萄糖酸锌含量的实验 步骤 五 注意事项五 注意事项 1 反应需在 90 恒温水浴中进行 这是由于温度太高 葡萄糖酸锌会 分解 温度太低 则葡萄糖酸锌的溶解度降低 2 用乙醇为溶剂进行重结晶时 开始有大量胶状葡萄糖酸锌析出 不易 搅拌 可用竹棒代替玻璃棒进行搅拌 乙醇溶液全部回收 3 在装柱过程中注意保持液面始终高于树脂层 4 配制锌标准溶液时 为防止锌与酸剧烈反应 必须加盖表面皿 定量 转移须吹洗表面皿并多次淋洗烧杯 5 葡萄糖酸锌加水不溶时 可微热 六 结果和讨论六 结果和讨论 1 计算葡萄糖酸锌的产率 2 列表记录 EDTA 标定过程 计算 EDTA 的量浓度 3 列表记录葡萄糖酸锌测定过程 计算葡萄糖酸锌产品的纯度 七 思考题七 思考题 1 根据葡萄糖酸锌制备的原理和步骤 比较直接法和间接法制备葡萄糖酸 锌的优缺点 2 葡萄糖酸锌可以用哪几种方法进行结晶 3 可否用如下的化合物与葡萄糖酸钙反应来制备葡萄糖酸锌 为什么 ZnO ZnCO3 ZnCl2 Zn CH3COO 2 4 设计一方案制备葡萄糖酸亚铁 5 试解释以铬黑 T 为指示剂的标定实验中的几个现象 1 滴加氨水至开始出现白色沉淀 2 假如缓冲溶液后沉淀又消失 3 用 EDTA 标准溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色 6 用铬黑 T 作指示剂时 为什么要控制 pH 10 八 参考文献八 参考文献 1 无机精细化学品的制备和应用 熊加林等 北京 化学工业出版社 1999 2 无机化学实验 周惠琳等 广州 暨南大学出版社 1993 3 大学化学实验 浙江大学 华东理工大学 四川大学合编 北京 高等教育出版社 2002 3 模块三模块三 实验八实验八 1 2 4 三唑的制备三唑的制备 设计性实验 Preparation of 1H 1 2 4 三唑 triazole 一 实验目的一 实验目的 了解无取代三唑环的合成和应用 了解文献资料的收集和整理 学会对实验数据的处理和分析 二 实验原理二 实验原理 根据实验数据和文献资料写出本实验的可能反应机理 应用与发展 应用与发展 根据文献资料用自己的语言总结出该化合物的应用 意义等 三 实验仪器和试剂三 实验仪器和试剂 实验前要 实验前要根据实验内容写出详细的实验仪器名称 熟悉实验仪器及所涉及到 仪器设备的使用 带机械搅拌蒸馏装置 尾气吸收 等 有机溶剂重结晶反应装置 水合肼 C P 80 甲酰胺 C P 99 5 常用溶剂 四 实验内容四 实验内容 在配有温度计 蒸馏头 直型冷凝器 机械搅拌和恒压滴液漏斗的 100ml 四口瓶中 加入甲酰胺 0 8mol 加热搅拌至一定温度 搅拌并在一定时间 内滴加 80 水合肼 逸出的氨气和甲酸引入吸收瓶 内盛 20 30 H2SO4 吸 收 滴加完毕 在于 180 185 下继续反应一段时间 然后冷至 130 140 倾 倒于烧杯或表面皿中 用玻璃棒搅拌冷却析出固体 过滤得粗产品 1 2 4 三唑 记录产品质量 用溶剂重结晶得白色结晶 记录产量 换算产率 熔点 117 120 IR v 3129 3097 3055 2926 1764 1532 1484 1362 1272 1258 1180cm 1 为了了解反应及反应条件对反应的影响 完成了几组实验数据如下 为了了解反应及反应条件对反应的影响 完成了几组实验数据如下 4 1 改变物料配比 加入甲酰胺后 使用电炉子加热至 180 使反应液保持在 180 下滴加 80 的水合肼 滴加时间为 90min 滴毕 180 保温 30min 撤掉热源 冷至 130 140 倾倒于烧杯中 析出固体 过滤 称量质量 甲酰胺的量0 8mol 36 0g 水合肼物质的量 mol 0 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 60 80 水合肼的质量 g 10 012 515 017 520 022 525 027 530 032 535 037 6 水合肼甲酰胺物 料比 0 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 75 三唑理论质量 g 11 013 816 619 022 124 827 627 627 627 627 627 6 同学甲 三唑实际质量 g 4 27 59 311 114 816 217 717 116 020 919 918 6 实验粗产率 38 0454 3556 0258 4266 9765 3264 1361 9657 9775 7272 1067 39 同学乙 三唑实际质量 g 3 16 18 013 815 617 016 714 913 621 318 621 6 实验粗产率 28 1849 2048 1972 6370 5968 5560 5153 9948 2878 8967 3978 26 同学丙 三唑实际质量 g 8 113 315 718 316 017 420 318 121 915 419 4 实验粗产率 58 6980 1282 6382 8164 5263 0473 5565 5879 3555 7971 01 2 1 改变滴加时间 加入 22 6g 2mol 甲酰胺后 使用电炉子加热至 180 使反应液保持在 180 下滴加 80 的水合肼 12 6g 滴毕 180 保温 30min 撤掉热源 冷至 130 140 倾倒于烧杯中 析出固体 过滤 称量质量 甲酰胺的量0 5mol 22 6g 水合肼物质的量0 25mol 12 6 80 水合肼 水合肼甲酰胺物 料比 2 1 三唑理论质量 g 17 3g 同学丁 滴加时间 小时0 50 751 01 251 51 752 02 252 52 753 0 5 h 实验粗产率 5 16 98 46 28 97 58 910 410 08 87 6 三唑实际质量 g 4 27 59 311 114 816 217 717 116 020 919 918 6 实验粗产率 38 0454 3556 0258 4266 9765 3264 1361 9657 9775 7272 1067 39 同学乙 三唑实际质量 g 3 16 18 013 815 617 016 714 913 621 318 621 6 实验粗产率 28 1849 2048 1972 6370 5968 5560 5153 9948 2878 8967 3978 26 同学丙 三唑实际质量 g 8 113 315 718 316 017 420 318 121 915 419 4 实验粗产率 58 6980 1282 6382 8164 5263 0473 5565 5879 3555 7971 01 注 注 同学们应在实验前认真熟悉所用磨口仪器的安装及其注意事项 参考文献 1 Panw D D E New antifungal agents and preparations 工 International Journal of Antimicrobial Agents 2000 16 147 150 2 周文明 王昌钊 李长杰 等 新三唑类化合物的合 成及抑菌活性研究 J 西北农林科技大学学报 2005 33 6 147 150 3 白雪 周成合 米佳丽 三唑类化合物研究与应用 J 化学研究与应用 2007 19 7 721 729 4 N H Nam et a1 Carboxylic acid and phosphate ester derivatives of Flueonazole synthesis and antifunhal activities J Bioorganic and Medicinal Chemistry Lette 墙 2004 12 12 6255 6269 5 Khana F R Smithb L J Evaluating fungicides for controlling Cercospom leaf spot on sugar beet J Crop Protection 2005 24 79 86 6 Horsley R D Pederson J D Sehwarz P B et a1 Integrated use of tebueonazole and fnsarium head blight一胁 sistant barleygenotypes J Asrono J 2006 98 1 194 197 7 杨典文 1 2 4 三唑类化合物的合成 J 浙江化工 2004 35 7 4 5 8 马晓燕 王国强 田战省 1 2 4 三唑的制备方法 J 火炸药 1997 4 51 52 9 马晓燕 程永清 宁荣昌 1 2 4 三唑的合成工艺研究 J 陕西化工 1998 3 6 26 28 10 杜斌 1H 1 2 4 三唑的制备 J 中国医药工业杂志 2000 31 11 515 实验十实验十 香豆素香豆素 3 羧酸的制备羧酸的制备 综合性实验 一 实验目的一 实验目的 1 学习利用 Knoevenagel 反应制备香豆素的原理和实验方法 2 了解酯水解法制羧酸 二 实验原理二 实验原理 本实验以水杨醛和丙二酸二乙酯在六氢吡啶存在下发生 Knoevenage 缩合反 应制得香豆素 3 羧酸酯 然后在碱性条件下水解制得目标产物 反应式为 三 基本操作训练 含仪器装置和主要流程 三 基本操作训练 含仪器装置和主要流程 回流与无水操作 结晶 抽滤 洗涤 重结晶等基本操作 IR 测定与分析 操作步骤 1 在 25mL 圆底烧瓶中依次加入 1mL 水杨醛 1 2mL 丙二酸二乙酯 5mL 无水乙 醇和 0 1mL 六氢吡啶及一滴冰醋酸 在无水条件下搅拌回流 1 5h 待反应 物稍冷后拿掉干燥管 从冷凝管顶端加入约 6mL 冷水 待结晶析出后抽滤并 用 1mL 被冰水冷却过的 50 乙醇洗两次 粗品可用 25 乙醇重结晶 干燥后 得到香豆素 3 羧酸乙酯 熔点 93 2 在 25mL 圆底烧瓶中加入 0 8g 香豆素 3 羧酸乙酯 0 6g 氢氧化钾 4mL 乙 醇和 2mL 水 加热回流约 15min 趁热将反应产物倒入 20mL 浓盐酸和 10mL 7 水的混合物中 立即有白色结晶析出 冰浴冷却后过滤 用少量冰水洗涤 干燥后的粗品约 1 6g 可用水重结晶 熔点 190 分解 四 实验关键及注意事项四 实验关键及注意事项 1 实验中除了加六氢吡啶外 还加入少量冰醋酸 反应很可能是水杨醛先与六 氢吡啶在酸催化下形成亚胺化合物 然后再与丙二酸二乙酯的负离子反应 2 用冰过的 50 乙醇洗涤可以减少酯在乙醇中的溶解 五 主要试剂及产品的物理常数 文献值 五 主要试剂及产品的物理常数 文献值 溶解度 克 100ml 溶剂 名 称 分子 量 性 状比 重熔点 沸点 水醇醚 香豆素 3 羧酸 190 15白色结晶 190 分 解 六 产品性状 外观 物理常数 与文献值对照 六 产品性状 外观 物理常数 与文献值对照 己内酰胺为白色粉末或者白色片状固体 七 产率计算 七 产率计算 100 八 提问纲要八 提问纲要 1 试写出用水杨醛制香豆素 3 羧酸的反应机理 2 羧酸盐在酸化得羧酸沉淀析出的操作中应如何避免酸的损失 提高酸的产量 九 主要试剂用量 规格九 主要试剂用量 规格 水杨醛 丙二酸二乙酯 无水乙醇 六氢吡啶 冰醋酸 浓盐酸 氢氧化钾 无水氯化钙 实验十一实验十一 三草酸根合铁 三草酸根合铁 III 酸钾的制备 性质和组成分析 酸钾的制备 性质和组成分析 综合性实验 一 实验目的一 实验目的 1 掌握三草酸根合铁 III 酸钾的制备方法 2 熟悉化学分析 热分析 电导率测定等方法在化合物组成分析中的应用 8 3 了解三草酸根合铁 III 酸钾的光化学性质 二 实验原理二 实验原理 三草酸根合铁 III 酸合成工艺有多种 例如 可采用氢氧化铁和草酸氢 钾反应 也可用硫酸亚铁铵与草酸反应得到草酸亚铁 再在过量草酸根存在下 用过氧化 本实验采用三氯化铁和草酸钾直接反应制备 K3 Fe C2O4 3 3H2O 为亮绿色晶体 溶于水 0 时 4 7g 100g 水 100 时 117 7g 100g 水 难溶于乙醇 丙酮等有机溶剂 110 失去结晶水 230 分解 该配合物对光敏感 可进行下列光反应 2 K3 Fe C2O4 3 2FeC2O4 3K2C2O4 2CO2 因此 在实验室中可用碱草酸根含铁 III 酸钾作成感光纸 进行感光实 验 另外 由于它具有光的化学性质 能定量进行化学反应 常用作化学光量 计材料 用稀 H2SO4可使三草酸根合铁 III 酸钾分解产生 Fe3 和 C2O 用高锰 2 4 酸钾标准溶液滴定试样中的 C2O 此时 Fe3 不干扰测定滴定后的溶液用锌粉 2 4 还原 为 过滤除去过量的锌粉 使用高锰酸钾标准溶液滴定 Fe2 通过消耗高锰酸钾 标准溶液的体积 及浓液计算得到 C2o和 Fe3 的含量 2 4 用电导体测定配合物的摩尔电导体 Km 可确定阴 阳离子数目之比 从而 确定配合物离子的电荷数 进一步确定化学式和原子结合的方式 三 主要仪器和试剂三 主要仪器和试剂 天平 台秤 电导率仪 抽滤瓶 布氏漏斗循环水泵 棕色容量瓶 烧杯 量 筒 蒸发皿 草酸钾 k2c2o4 H2O 化学纯 三绿化铁 FeCl3 6H2O 化学纯 K3 Fe cn 6 化学纯 NaoH 2mol L H2SO4 2mol L 0 2mol L kMno4 标准溶液 0 0200mol L 锌粉 分析纯 丙酮 四 实验内容与步骤四 实验内容与步骤 1 三草酸根合铁 III 酸钾的制备 称取 12g 草酸钾放入 100mL 烧杯中 加 20mL 水 加热使全部溶解 在溶液近 沸时边搅拌加入 8mL 三氯化铁 溶液 0 4g mL 将此溶液在冷水中冷却既有绿 色晶体析出 析出完全后减压过滤得粗产品 将粗产品溶解在约 20mL 热水中 趁热过滤 将滤液在冰水中冷却 待结 晶完全 后抽滤晶体产物先用少量冰水和丙酮洗涤 晾干 称重 计算 产率 2 配合物的组成分析 C2O 的测定 准确称取约 1g 合成的三草酸合铁 III 酸钾绿色晶体 2 4 9 于烧杯中 加入 25mL 3mol L 的硫酸使之溶解再转移至 250mL 容器瓶中 稀释 至刻度 摇均 移取 25mL 试液于锥形瓶中加入 20mL3mol L 硫酸 在 70 80 水浴中加热 5min 后 趁热用 高锰酸钾标准溶液滴定到溶液呈浅粉色 且 30s 不褪色即为终点 计下读 数 平行测定 三次 每次滴定完后溶液保留 Fe3 的测定 往上述滴定后的每份溶液中加入 1g 锌粉 5mL3moL L 硫酸 振荡 8 10min 后 过滤除去过量的锌粉 滤纸用另一个锥行瓶承接 用 40mL0 2mol L 的硫酸溶液洗涤原锥行瓶和沉淀 然后用高锰酸钾标准溶液滴定 到溶液呈浅粉色 30s 不褪色即为终点计下读数平行测定三次 配离子电荷的确定 称取产品 0 1g 配成 100mL 溶液 在电导率仪上测 其电导 然后求出摩尔电导率 km 值 根据上述结果分析配合物的组成 3 光化学性质 将少量产品放在表面皿或点滴板上 在日光下放置一段时间 观察晶体 颜色的化 与放在暗处的晶体比较 称取 0 5g 产物和 0 4K3 Fe cn 6 加 5mL 水配成溶液 用玻璃棒或毛笔 取 在纸上涂画 在日光直照下 观察变化 或者将此混合液均匀涂在纸上 放暗处晾干后 附上图案 在强光下照射 观察变化 五 注意事项五 注意事项 制备三草酸根合铁 III 酸钾时 可以往溶液中加入少量丙酮或乙醇 促 使晶体析出完全 六 思考题六 思考题 写出 Fe C2O4 3 3 的结构式 1 三草酸根合铁 III 酸钾固体和溶液应如何保存 2 用化学式表示本实验 Fe3 和 C2O2 4 的测定原理 3 K3 Fe C2O4 3 与 K3 Fe CN 6 混合物为什么在光照产生蓝色物质 4 设计实验方案 定性说明产物中的 Fe3 和 C2O2 4 是处在配合物的外界还 是内界 5 产物中的 K 可以用什么方法进行定性和定量分析 实验十二实验十二 彩色固体酒精的制备及燃烧热测定彩色固体酒精的制备及燃烧热测定 一 实验目的一 实验目的 1 了解彩色固体酒精的制备原理 用途 掌握其制备方法 10 2 了解燃烧热的定义 氧弹量热计的结构 工作原理 学会用氧弹量热计 测定固体酒精的燃烧热 二 实验原