有机化学实验指导书

-教育精选-北方民族大学Beifang University of Nationalities有机化学课程实验指导书北方民族大学教务处北方民族大学有机化学课程实验指导书编著李力校审王凯北方民族大学教务处二一年六月前言在有限的教学时间内，如何使学生能够系统地学习、掌握有机化学实验技术知识，合理设置教学内容是关键。经过多年的教学实践，结合学生的学习情况，多次对教学内容进行调整，最后汇编成指导书。本书内容包括有机实验中常用的基本操作方法、简单分析方法、常见的合成技术以及天然物提取方法等。实验内容从基本操作训练开始，由易到难，先训练学生能够根据步骤完成实验，再使其进一步完成多步实验，最后让他们能够根据查阅文献资料进行设计并完成实验。每个合成实验都体现了合成、分离提纯、产物分析的过程，符合实际生产过程。通过本课程学习，学生应该能够熟练掌握有机化学实验中的基本操作技能和常规合成方法、合成步骤及合成思路，并初步具有独立设计实验的能力。参与编写和实验工作的有王凯老师，编写过程中得到了化工学院副院长朱桂花教授的支持和帮助，在此向他们致以衷心感谢！限于编者的学识水平及时间有限，书中纰漏和不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。 目录第一部份 绪论51.1本课程实验的作用与任务51.2本课程实验的基础知识51.3本课程实验教学项目及其教学要求11第二部份 基本实验指导12实验 一常压蒸馏及沸点的测定12实验 二正丁醚的制备及物性参数的测定14实验 三苯甲酸的合成16实验 四红外光谱法测定苯甲酸的结构17实验 五天然色素的提取及薄层色谱分析19实验 六乳酸正丁酯的催化合成22实验 七从茶叶中提取咖啡因24实验 八无溶剂反应：羟醛缩合反应27实验 九乙醇的生物合成及彩色固体酒精的制备29实验 十由鸡蛋壳制备有机酸钙31可编辑第一部份 绪论1.1本课程实验的作用与任务有机化学实验是化工、制药、生物和材料等专业一门重要的实验课程，是实践教学不可缺少的一个重要环节。其主要内容包括有机化学实验的认知、基本操作和实验技术、有机化合物的制备、有机化合物的性质，天然产物的分离提取及综合设计性实验等。实验课的任务不仅是验证、巩固和加深理论性教学所学到的基本理论知识，更重要的是培养学生实验操作能力，综合分析问题和解决问题的能力，养成严肃认真、事实求是的科学态度和严谨的工作作风，从而使学生在科学方法上得到初步的训练。1.2本课程实验的基础知识1.2.1 有机实验规则为了保证有机化学实验课正常、有效、安全地进行，保证实验课的教学质量，学生必须遵守下列规则：1、认真预习 在进入有机实验室之前，必须认真阅读本章内容，了解进入实验室后应注意的事项及有关规定。每次做实验前认真预习实验教材，复习有机化学教材中的有关章节，明确实验的目的和要求，弄清原理和操作步骤，了解实验的关键和注意事项。2、注意安全 实验室是学生进行化学知识学习和科学研究的场所，必须严肃、认真。了解实验室水、电、气总开关的地方，了解消防器材（消火栓、灭火器等）、紧急急救箱装置的摆放位置和正确使用方法以及安全通道。禁止在实验室内吃食品、喝水、咀嚼口香糖等。在实验内不允许嬉闹、高声喧华，也不允许带耳机边听边做实验。任何有关实验安全问题，皆可询问指导老师。出现意外情况，应立即报告指导教师，即时处理。3、规范操作 实验时要听从老师指导，严格按操作规程进行操作，不得随意改动，若因客观条件不同需要改动，须事先取得指导教师同意。及时、如实地在专用记录本或记录纸上记录观察到的现象并做出科学的解释。4、保持实验室整洁 实验室的废弃物要按指导教师要求放在指定的废物收集器内。实验完毕要将实验仪器清洗干净，关好水电、气开关和做好清洁卫生。实验结束后，由指导老师签字，方可离开实验室。1.2.2 实验室安全知识 1、实验者到实验室进行实验前，应首先熟悉仪器设备和各项急救设备的使用方法，了解实验楼的楼梯和出口，实验室内的电气总开关、灭火器具和急救药品在什么地方，以便一旦发生事故能及时采取相应的防护措施。 2、大多数化学药品都有不同程度的毒性，原则上应防止任何化学药品以任何方式进入人体。必须注意，有许多化学药品的毒性，是在相隔很长时间以后才会显示出来的；不要将使用小量、常用化学药品的经验，任意移用于大量化学药品的情况；更不应将常温、常压下试验的经验，在进行高温、高压、低温、低压的试验时套用；当进行有危险性或在严酷条件下的反应时，应使用防护装置，戴防护面罩和眼镜。 3、美国职业安全与健康事务管理局(OSHA)颁布了有致癌变性能的化学物质见Chemistry and Engineering News，p.20，July 31，(1978)。因此实验时应尽量少与这些物质接触，实在需要使用时应带好防护手套，并尽可能在通风橱中操作。这些物质中特别要注意的是苯、四氯化碳、氯仿等常见溶剂，所以实验时通常用甲苯代替苯，用二氯甲烷代替四氯化碳和氯仿。 4、许多气体和空气的混合物有爆炸组分界限，当混合物的组分介于爆炸高限与爆炸低限之间时，只要有一适当的灼热源(如一个火花，一根高热金属丝)诱发，全部气体混合物便会瞬间爆炸。某些气体与空气混合的爆炸高限和低限，以其体积分数表示，列表如表1。因此实验时应尽量避免能与空气形成爆鸣混合气的气体散失到室内空气中，同时实验室工作时应保持室内通风良好，不使某些气体在室内积聚而形成爆鸣混合气。实验需要使用某些与空气混合有可能形成爆鸣气的气体时，室内应严禁明火和使用可能产生电火花的电器等，禁穿鞋底上有铁钉的鞋子。 表1 与空气混合的某些气体的爆炸极限(20，p0)气体爆炸高限(体积百分数)爆炸低限(体积百分数)气体爆炸高限(体积百分数)爆炸低限(体积百分数)氢74.24.0乙醇19.03.2一氧化碳74.212.5丙酮12.82.6煤气74.035.0乙醚36.51.9氨27.015.5乙烯28.62.8硫化氢45.54.3乙炔80.02.5甲醇36.56.7苯6.81.45、在化学实验中，实验者要接触和使用各类电气设备，因此必须了解使用电气设备的安全防护知识：（1）实验室所用的市电为频率50Hz的交流电。人体感觉到触电效应时电流强度约为1mA，此时会有发麻和针刺的感觉。通过人体的电流强度到了6.9mA，一触就会缩手。再高电流，会使肌肉强烈收缩，手抓住了带电体后便不能释放。电流强度达到50 mA时，人就有生命危险，因此使用电气设备安全防护的原则，是不要使电流通过人体。（2）通过人体的电流强度大小，决定于人体电阻和所加的电压。通常人体的电阻包括人体内部组织电阻和皮肤电阻。人体内部组织电阻约1000，皮肤电阻约为1k(潮湿流汗的皮肤)到数万欧姆(干燥的皮肤)。因此我国规定36V 50Hz的交流电为安全电压，超过45V都是危险电压。（3）电击伤人的程度与通过人体电流大小、通电时间长短、通电的途径如何有关。电流若通过人体心脏或大脑，最易引起电击死亡。所以实验时不要用潮湿有汗的手去操作电器，不要用手紧握可能荷电的电器，不应以两手同时触及电器，电器设备外壳均应接地。万一不慎发生触电事故，应立即切断电源开关，对触电者采取急救措施。 1.2.3 有机实验室常用玻璃仪器有机化学实验室玻璃仪器可分为普通玻璃仪器和磨口玻璃仪器。标准接口玻璃仪器是具有标准化磨口或磨塞的玻璃仪器。由于仪器口塞尺寸的标准化、系统化、磨砂密合，凡属于同类规格的接口，均可任意连接，各部件能组装成各种配套仪器。与不同类型规格的部件无法直接组装时，可使用转换接头连接。使用标准接口玻璃仪器，既可免去配塞子的麻烦手续，又能避免反应物或产物被塞子玷污的危险，口塞磨砂性能良好，使密合性可达较高真空度，对蒸馏尤其减压蒸馏有利，对于毒物或挥发性液体的实验较为安全。标准接口玻璃仪器，均按国际通用的技术标准制造，当某个部件损坏时，可以选购。标准接口仪器的每个部件在其口塞的上或下显著部位均具有烤印的白色标志，表明规格。常用的有10，12，14，16，19，24，29，34，40等。下面是标准接口玻璃仪器的编号与大端直径：编号101214161924293440大端直径/mm1012.514.51618.82429.234.540有的标准接口玻璃仪器有两个数字，如10/30，10表示磨口大端的直径为10mm，30表示磨口的高度为30mm。使用标准接口玻璃仪器应注意以下几点：（1）磨口塞应经常保持清洁，使用前宜用软布揩拭干净，但不能附上棉絮。（2）使用前在磨砂口塞表面涂以少量凡士林或真空油脂，以增强磨砂口的密合性，避免磨面的相互磨损，同时也便于接口的装拆。（3）装配时，把磨口和磨塞轻轻地对旋连接，不宜用力过猛。但不能装得太紧，只要达到润滑密闭要求即可。（4）用后应立即拆卸洗净。否则，对接处常会粘牢，以致拆卸困难。（5）装拆时应注意相对的角度，不能在角度偏差时进行硬性装拆，否则极易造成破损。磨口套管和磨塞应该是由同种玻璃制成的。1.2.4 有机化学实验基本技术知识1、蒸馏及其技术的有关知识蒸馏通常是指将液态物质加热至沸腾并使之汽化，然后再将汽化蒸汽冷凝为液体的过程。凡能圆满地实现这一过程的工艺称为蒸馏技术。蒸馏技术主要用于液态混合物的分离与提纯，也可用于测定纯液态物质的沸点。还可以通过测定某液态物质的沸点定性检验其纯度。（1）关于液态混合物的分离与提纯将液态混合物运用蒸溜技术进行分离与提纯时，由于低沸点物质较高沸点物质更易汽化，所以混合液沸腾时初始生成的蒸汽含有较多的低沸点物。当蒸汽冷凝为液体(称为馏出液)时，因其组成与蒸汽的组成基本相同，所以先蒸馏出来的主要是低沸点组分。这样，通过蒸馏，在不同温度阶段便可得到混合液中不同沸点的组分。从而达到分离与提纯的目的。必须指出，只有当混合物中各组分的沸点相差达到30以上时，才可能达到比较好的分离与提纯效果。（2）关于恒沸混合物 某些液态有机物与其他液态物质以某一比例形成混合物时，常会形成有固定沸点的二元或三元恒沸液。例如，4.4的水与95.6的乙醇会形成沸点为78.17的二元恒沸液，工业酒精便是这种恒沸液；7.4的水、18.5的乙醇和74.1的苯会形成沸点为64.86的三元恒沸液。显然，恒沸液不能用蒸馏的方法加以分离和提纯。 但是，事物往往都不是绝对的。加入某种极易挥发的物质，与原恒沸液中一个或几个组分生成新的恒沸液而蒸馏出来，其他组分则富集留下。工业上制无水乙醇有时就利用恒沸液将工业乙醇中所含的水带走(除去)。其方法是在工业乙醇(乙醇含量为95.6)中加入一定量的苯，蒸馏此苯与工业乙醇的混合液，在64.86时蒸出了含苯74.1、乙醇18.5和水7.4的三元恒沸液，使得工业乙醇中所含的水被三元恒沸液带走(除去)。随后，在67.9时蒸出含苯68.3和乙醇31.7的二元恒沸液。待所有的苯蒸出后，最后的馏分便是无水乙醇了。当然，恒沸液中的乙醇和苯还要回收使用。 （3）关于蒸馏装置 实验室中的蒸馏装置详看基础化学实验教程古凤才主编，第二版。 （4）蒸馏装置装配的注意事项 安装顺序。安装顺序一般由左至右，由下而上。首先从左下侧的热源开始，先放置好热源(热浴、或电热套)，根据热源的位置和高低选定蒸馏烧瓶的位置并固定。根据蒸馏烧瓶支管中心线与冷凝管的中心线成一直线的要求安装并固定冷凝管使之与蒸馏烧瓶支管紧密相连。进而装上接引管和接受器。最后安装温度计。要使整套装置安排在一个平面上，满足“横成面、纵成线”的要求。 图一 简单蒸馏装置安装温度计。温度计的安装要求前面已作介绍，其目的是确保蒸馏时水银球能完全被蒸汽包围，从而获得准确的读数。若是磨口仪器，则有专用的温度计套管，在套管内滴入几滴高沸点液体后，把温度计放入即可。 安装冷凝管。安装水冷凝管时要使冷凝水从下口进入，上口流出，以保证冷凝管完全被水充满。当蒸馏物沸点高于140时，为防止因温差大造成水冷凝管破裂，应采用空气冷凝管。 图二 水蒸气蒸馏装置安装接受器。当馏出物的沸点低、挥发性大时，应将接受器放在水浴中；当馏出物易潮解时，在接受器上应连一装有氯化钙等干燥剂的干燥管；当蒸馏的同时还有有毒气体释出时，则在接受器上应装配毒气吸收装置。气密性试验。蒸馏装置安装完毕后，除应检查是否符合上述规范外，还应进行整套装置的气密性试验，以防止因装置接缝不严密造成馏出物泄漏、毒气泄漏甚至引起火灾、爆炸等事故。必须经检查确认装置安装正确、安全后方可投入使用。 2、回流及其技术的有关知识有机化学的许多反应都是在液相中或液一固混合物中经长时间加热才得以完成的。为了防止在长时间加热反应过程中物料的蒸发损失以及因物料蒸发而导致火灾、爆炸、环境污染等事故的发生，多应用回流技术。在反应中令加热产生的蒸汽冷却并使冷却液流回反应系统的过程称之为回流。凡能圆满地实现这一过程的工艺称为回流技术。 （1）关于回流装置 实验室中的回流装置主要由圆底烧瓶、冷凝管和热源等组成。冷凝管可根据需要选用水冷球形冷凝管、蛇形冷凝管或空气冷凝管。(2)回流装置装配与操作的注意事项 物料的加入。一般物料及沸石可事先加入到烧瓶中而后再装上冷凝管等，如果物料均是液态，也可在装好冷凝管后从冷凝管上端加入液态物料。物料的容积一般约为烧瓶容积的1/31/2，不超过2/3为合适。蒸馏时烧瓶中物料的容积亦然。 安装气体吸收装置或干燥装置。对于反应过程中产生有毒性气体的应在冷凝管上端加装气体吸收装置；对于易潮解的物料或产物则应在冷凝器上端连一装有无水氯化钙等干燥剂的干燥管。 冷凝装置的操作。为了确保回流效率和实验安全，对用水冷冷凝管时应先通水后加热及先停止加热后关冷却水，中途不得断水；要通过调节冷却水流量及加热速度来控制回流速度。以液体蒸汽浸润界面不超过冷凝管有效冷却长度的1/3为宜。 图三 回流装置注：图(1)是普通加热回流装置；图(2)是防潮加热回流装置；图(3)是带有吸收反应中生成气体的回流装置，适用于回流时有水溶性气体(如：HCl、HBr、SO2等)产生的实验；图(4)为回流时可以同时滴加液体的装置。3、沸点测定的技术某液态物体加热蒸发，其蒸汽压随温度升高而增大，当其蒸汽压达到与外界施于液面总压力(通常指大气压)相等时，有大量气泡从液体内部逸出，液体即沸腾，此时温度称为该液态物质的沸点。纯净的液态化合物在一定压力下有其固定的沸点。 沸点测定常用方法有两种，一是常量法，二是微量法。 (1)常量法测沸点 将被测液态样品装入蒸馏装置，按蒸馏操作进行蒸馏。调节热源与冷凝水流速，使馏出物的馏出速度约为每秒12滴，温度计水银球常见凝聚有液滴，此时温度计指示的温度恰为液相与气相平衡时的温度，即该被测液体样品的沸点。 还可用半微量的沸点测定仪测定沸点. (2)微量法测沸点 先制作沸点外管。截取直径为34mm，长约89cm的薄壁玻璃管，用灯焰封闭其一端，即制成沸点外管。 将被测液态样品滴两滴于沸点外管中，取一支比沸点外管约长lcm、且一端封闭的毛细管(称毛细起泡管，又称内管)倒置插入液体样品中(毛细管封闭端朝上)。 将沸点外管用小橡皮圈(或剪一小段约2mm的乳胶管)固定在温度计旁，而后将二者放入浴液中。 慢慢提高浴液的温度，使温度均匀地上升。当温度略高于沸点时，可见到从毛细起泡管底部冒出一连串的小气泡。停止加热，让浴液自行慢慢冷却，可见到气泡冒出的速度逐渐减缓。此时应全神贯注观察。当气泡不再冒出、液体缩回内管前的那一瞬间，毛细管内液体的蒸汽压和外界大气压相等，温度计的读数便为该被测样品的沸点。 为确保沸点测定准确，上述操作应重复数次。若几次测定的温度差不超过1，则说明测定准确。 4、有机实验的加热与实验室安全(1)有机实验的加热 许多有机反应由于都发生共价键的破裂而需要较大的能量，往往在室温下难于进行，通过加热则可以加快反应速度。此外，蒸馏、重结晶、溶解等也都需要加热。因此，进行有机实验通常都离不开加热。 有机实验的加热一般有两种方式，一是直接加热，这是指热源与受热物体间的直接或仅隔容器壁的热交换；另一是间接加热，即热源与受热物体间通过传热介质进行热交换。 直接加热。通常包括用火焰灯具和电加热器做热源两种方法。新近还发展了用微波加热的新方法。 用酒精灯、煤气灯、液化气灯等灯具直接加热时，由于火焰直接作用于耐热器皿，往往受热不均匀或温度剧烈变化而导致器皿破损。 用电加热器直接加热的电器，包括电炉、电热板、电热套、电加热棒、红外灯等。 微波加热通常是将装反应物的器皿置于微波炉中进行加热。 间接加热 通常包括选用不同介质的热浴，如水浴、油浴、甘油浴、植物油浴、石蜡油浴、硅油浴或真空泵油浴、砂浴、空气浴等。 根据需要加热温度的不同而分别选用上述不同介质的热浴。一般来说，需要加热的温度为80以下时选水浴；加热温度为140180时选甘油浴；加热温度为100250时选油浴；加热温度不超过200时还可选用植物油浴(为使植物油热稳定性增加，可在其中加入1的对苯二酚，油即因不会分解而不“冒烟”)；石蜡油浴可加热到220，但易冒烟燃烧；硅油或真空泵油浴可用于加热到250的反应或蒸馏；砂浴可加热到350；空气浴则用于加热较高温度。(2)有机实验加热时的实验室安全 由于有机实验中接触到的有机溶剂、试剂等大多为易挥发、易燃、易爆的物质，许多有机溶剂、试剂在空气中含量达一定值时遇明火就会燃烧爆炸，许多有机溶剂、试剂还具毒性，因此做有机实验时安全便是头等重要的问题。做有机实验时应特别注意以下事项： 易挥发、易燃、易爆的有机溶剂、试剂通常都不能采用直接加热而应采用间接加热。 要让火源离有机溶剂、试剂尽可能地远。 不能用敞口容器盛放有机溶剂、试剂；尽可能避免或减少有机物挥发到空气中。 常压操作时整套装置要有一处与大气相通，切不可形成封闭体系，以免因体系内压力太大而使反应物冲出或使仪器炸裂而酿成火灾或毒害。通常将整套装置的尾气排放入水槽下水道。 常压回流或蒸馏时应放沸石，并注意加热时器皿受热要均匀，升温、降温不应太剧烈，保持冷凝水畅通，以免因有机溶剂沸腾太剧烈来不及冷却逸到空气中而引起火灾。接收馏出液也应注意用小口接收器并在必要时冷却，防止因馏出液挥发逸至空气中而引起火灾。 用易燃易爆的气体(如氢气、甲烷、二乙炔等等)时要最大限度地开启实验室内的排风装置并严禁室内有明火和火星产生。 万一发生着火事故，应按第一章的要求进行紧急处理。1.3本课程实验教学项目及其教学要求序号实验项目名称学时项目类型教学目标、要求备注1蒸馏基本操作训练及沸点测定4验证必做2正丁醚的制备及物性参数的测定4综合必做3苯甲酸合成4综合必做4红外光谱法测定苯甲酸的结构4综合必做5天然色素的提取及薄层色谱分析4综合必做6乳酸正丁酯的催化合成4综合必做7从茶叶中提取咖啡因4综合必做8无溶剂反应：羟醛缩合反应4综合必做9乙醇的生物合成及彩色固体酒精的制备8综合选作10由鸡蛋壳制备有机酸钙8设计选作第二部份基本实验指导实验 一常压蒸馏及沸点的测定一、实验目的了解沸点测定的意义，掌握常量法（蒸馏法）测定沸点的原理与方法。二、实验原理1、蒸馏：将液态物质加热至沸腾，使之变为蒸气，然后使蒸气冷却再凝结为液体，这一过程就称为蒸馏。 2、常压蒸馏：就是在正常大气压（一个大气压）下进行的蒸馏。 3、沸点：液态物质的饱和蒸气压等于外界大气压时的温度就叫做该物质的沸点。因此，沸点与外界大气压有很大关系。 4、蒸馏的作用：通过蒸馏可以用来分离和提纯有机化合物，也可以用来测定物质的沸点。 5、蒸馏对物质的要求： (1) 被蒸馏的物质在沸点范围内加热不发生分解等化学变化。 (2) 混合液体的蒸馏要求被蒸馏物质在加热条件下不发生化学反应。三、主要仪器及耗材1、仪器：铁架台（2个）、带支管的蒸馏烧瓶、温度计、小三角烧瓶、酒精灯、冷凝管、橡皮管。2、试剂：工业乙醇、沸石（或素瓷片）。四、实验内容与步骤1、安装仪器 如图一安装好仪器，温度计的位置应使水银球的上沿和蒸馏烧瓶的支管下沿在同一水平位置。 2、加料：把30ml工业酒精通过漏斗加入到蒸馏烧瓶中，加入沸石（或素瓷片），塞好带温度计的塞子。 3、加热：加热前先通入冷凝水，然后再用酒精灯加热，并注意观察蒸馏烧瓶中现象和温度计的读数的变化。当瓶内液体开始沸腾时，蒸气逐渐上升，温度计水银柱急剧上升。这时应适当调小火焰，使温度略为下降，让水银球上的液滴和蒸气达到平衡，然后再稍加大火焰进行蒸馏。调节火焰，控制流出的液滴以每秒钟12滴为宜。当温度计读数上升至77时，换一个已称量过的干燥的的小三角烧瓶作接受器，收集7779的馏分。 当瓶内只剩下少量（0.51ml）液体时，停止蒸馏。4、拆除装置：蒸馏完毕，先停火，后停止通水。拆卸仪器，其程序和装配时相反，即按次序取下接受器、接液管、冷凝管和蒸馏瓶。5、称量所收集馏分的质量或量其体积，计算回收率。五、实验注意事项1、在安装装置时，要保证整个装置的严密性，但接液管与接受器之间不能密封。 2、温度计水银球的上沿与蒸馏烧瓶支管口的下沿在同一水平线上。 3、火源与接受器之间应保持一定距离，以免发生着火危险。 4、蒸馏烧瓶内的液体体积应占整个蒸馏烧瓶容积的1/3到2/3之间，不能太多，也不能过少。 5、加热前一定要加沸石等止暴剂。 6、加热前一定要先通冷凝水，冷凝水应是“下进上出”；实验完毕，应先撤去火源，稍等几分钟，等温度稍微冷却后再停止通水。 7、蒸馏速度的控制十分重要，不应太快或太慢。在蒸馏过程中，应始终保持温度计水银球上有一稳定的液滴，这是气液两相平衡的象征。这时，温度计的读数便能代表液体的沸点。六、思考题1、在进行蒸馏操作时应注意什么问题？（从安全和效果两方面来考虑）。 2、蒸馏时，为什么要放入沸石？ 3、温度计的位置应怎样确定？偏高或偏低对沸点有何影响？实验 二正丁醚的制备及物性参数的测定一、实验目的掌握低级伯醇脱水制备醚的方法，熟悉分水器的安装和使用方法。二、实验原理低级伯醇在酸性脱水剂催化下，共热生成单醚。 主反应： 2C4H9OHC4H9-O-C4H9 + H2O副反应：CH3CH2CH2CH2OHC2H5CH=CH2 + H2O本实验主反应为可逆反应，为了提高产率，利用正丁醇能与生成的正丁醚及水形成共沸物见注2的特性，可把生成的水从反应体系中分离出来。三、主要仪器及耗材药品：药品名称分子量(mol wt)用量(ml、g、mol)熔点()沸点()比重(d420)水溶解度(g/100ml)正丁醇74.1231ml（0.34mol）117.70.80987.9正丁醚130.231420.7689不溶于水浓硫酸984.5ml1.84易溶于水其它药品5%氢氧化钠溶液、无水氯化钙、饱和氯化钙溶液仪器：电热套、100ml三口瓶，球形冷凝管，分水器，温度计，125ml分液漏斗，50ml蒸馏瓶。四、实验内容与步骤 反应装置按图所示。在250mL三口瓶中加入31ml正丁醇，再加入5ml浓硫酸，充分摇匀后再加入12粒沸石。三口瓶一侧口装温度计，使之插入液面内。另一口装分水器，分水器上口装回流冷凝器，事先在分水器内装入一定量的水【注2】，第三口用塞子塞住。电热套加热至微沸，进行反应。反应进行中，水层不断增加，反应温度逐渐上升。如果水层超过分水器支管，可打开分水器下面的旋钮，分出一部分水。当反应达到134136时(约需1.5h)，可停止加热注2。将仪器改装成蒸馏装置，再加12粒沸石，进行蒸馏直到无馏液蒸出为止。将馏液倒入盛有50mL水的分液漏斗中，充分振荡，静置，分出水层。粗产物依次用25mL水、50mL5%氢氧化钠、15mL水和15mL饱和氯化钙溶液洗涤。最后用无水氯化钙干燥。干燥好的产物进行蒸馏，收集140144馏分。纯正丁醚为无色液体，沸点142.2，d4200.773,nD201.399.五、注释【注1】加水量为分水器支管下端总容量减去计算出反应生成的水量。【注2】若继续加热，则溶液易变黑并有大量副产物生成。六、思考题1、计算本实验反应中应生成多少水？2、如何得知反应已经完全？七、参考文献基础化学实验教程，古凤才编著，科学出版社，2006年。实验 三苯甲酸的合成一、实验目的掌握相转移催化氧化制备苯甲酸的方法。二、实验原理烷基苯在相转移催化剂存在下，在强氧化剂的氧化下，氧化生成苯甲酸。反应式：三、主要仪器及耗材仪器：250mL四口瓶、滴液漏斗、温度计、回流冷凝器、搅拌装置。药品：甲苯2.3g（2.7mL,0.025mol）、高锰酸钾8g(0.051mol)、二乙二醇二甲醚0.16g(45滴)、浓盐酸、亚硫酸氢钠、甘油。四、实验内容与步骤250mL四口瓶上装好温度计、搅拌装置、回流冷凝器和滴液漏斗。将8g高锰酸钾、0.16g（45滴）二乙二醇二甲醚及100mL水依次加到四口瓶内，再将2.7mL甲苯倒入滴液漏斗中。在搅拌下回流，温度保持8090，在此温度下慢慢滴加甲苯，控制滴加速度使其在30min内加完。滴加完毕，回流2.5h。反应完毕，停止加热，在搅拌下，慢慢滴加少量甘油（约34mL）【注1】，使紫色消失。抽滤，滤去二氧化锰沉淀。溶液如仍有颜色，可加入少量亚硫酸氢钠，使其褪色。无色溶液浓缩至50mL,冷却至室温。然后用浓盐酸酸化，析出的白色晶体进行抽滤，干燥。若需要得到纯产物，可在水中进行重结晶【注2】。纯苯甲酸为无色针状晶体，熔点122.4。五、注释【注1】甘油作为还原剂，反应较激烈。要慢慢地滴加至紫色消失。【注2】苯甲酸在100g水中的溶解度为：温度/41875溶解度/g0.180.272.2六、参考文献基础化学实验教程，古凤才编著，科学出版社，2006年。实验 四红外光谱法测定苯甲酸的结构一、实验目的1、掌握红外光谱分析固体样品的制备技术。2、了解如何根据红外光谱识别官能团，了解苯甲酸的红外光谱图。二、实验原理1、将固体样品与卤化碱（通常是KBr）混合研细，并压成透明片状，然后放到红外光谱仪上进行分析，这种方法就是压片法。压片法所用的碱金属的卤化物应尽可能的纯净和干燥，试剂纯度一般应达到分析纯，可以用的卤化物有NaCl、 KCl、 KBr、 KI等。由于NaCl的晶格能较大，不易压成透明薄片，而KI又不易精制，因此大多采用KBr或者KCl做样品载体。2、由于氢键的作用，苯甲酸通常以二分子缔合体的形式存在。只有在测定气态样品或非极性溶剂的稀溶液时，才能看到游离态苯甲酸的特征吸收。用固体压片法得到的红外光谱中显示的是苯甲酸二分子缔合体的特征，在2400-3000cm1处是O-H伸展振动峰，峰宽且散，由于受氢键和芳环共轭两方面的影响，苯甲酸缔合体的C=O伸缩振动吸收位移到1700- 1800cm1区（而游离C=0伸展振动吸收是在1710-1730cm1区，苯环上的C=C仲展振动吸收出现在1480-1500 cm1 和1590-1610 cm1），这两个峰是鉴别有无芳核存在的标志之一，一般后者峰较弱，前者峰较强。同时，在940cm-1处是羧基上C-OH的弯曲振动，在690cm-1-710cm-1处是单取代苯环上的弯曲振动。图 苯甲酸标准红外谱图三、主要仪器及耗材1、仪器：尼高力380型傅里叶变换红外光谱仪及附件、KBr压片模具及附件、玛瑙研钵、烘箱、压片机等。2、试剂：苯甲酸（苯甲酸制备实验中学生制得的产品）、KBr（分析纯）、无水乙醇等。四、实验内容与步骤1、学生在苯甲酸制备实验完成后，将制得的产品置于烘箱中烘12h；烘干后的样品置于干燥器中待用。2、取1-2 mg的干燥苯甲酸样品和100-200mg的干燥KBr，一并倒入玛瑙研钵中进行研磨直至混合均匀。3、取少许上述混合物粉末倒入压片模中压制成透明薄片，然后放到红外光谱仪上进行测试。4、测定一个未知样的红外光谱图。五、实验结果处理1、解析苯甲酸红外谱图中的各官能团的特征吸收峰，并作出标记。2、将未知化合物官能团区的峰位列表，并根据其他数据指出可能结构。六、思考题1、测定苯甲酸的红外光谱，还可以用哪些制样方法？2、影响样品红外光谱图质量的因素是什么？七、参考文献基础化学实验教程，古凤才编著，科学出版社，2006年。实验 五天然色素的提取及薄层色谱分析一、实验目的掌握薄层色谱分析原理和天然色素的提取方法。二、实验原理用适合的萃取液提取天然物质，再利用薄层色谱进行分离。薄层色谱是色谱分析的一种方法，和柱色谱一样属于固液吸附色谱。其基本原理是利用混合物中各组分的吸附或分配的不同，或其他亲和作用性能的差异，通过在两相之间的分配使混合物各组分得到分离。三、实验内容与步骤1、天然色素的提取番茄和胡萝卜中都含有红色色素番茄红色和黄色色素胡萝卜素，这些都属于类胡萝卜素。它们的结构为：由于它们的结构相似可以用同一方法提取，称取g番茄酱放在mL的锥形瓶中，加mL丙酮。用刮刀搅动和压挤固体以萃取有色物质。萃取液通过滤纸小心过滤到分液漏斗中，尽量不使固体倒在滤纸上，再用mL丙酮萃取一次。然后用mL石油谜（）分两次萃取。萃取液滤到分液漏斗中。混合的萃取液用mL饱和氯化钠溶液洗涤，吸取溶液中的水溶物及萃取部分丙酮（食盐水防止乳浊液生成），再用mL水分两次萃取丙酮。将有机层放入干燥的锥形瓶中用无水硫酸钠干燥，分出的水层回收以便收取丙酮。干燥好的液体放入mL圆底烧瓶中，在水浴中进行蒸馏，蒸出石油谜。得到的固体就是所提取的色素。加入mL石油谜，就制成了试样。留待点样使用。将蒸出的石油谜回收。2、薄层色谱分析薄层色谱用样品量少（ug到几个微克），操作简单快速。可用来分离混合物，鉴别和精制样品。特别适用于挥发性小以及在高温下易发生变化的化合物的分析。它所使用的条件也是用于柱色谱的先导。薄层色谱是通过制浆、涂片、点样、展开及显色来完成的。（）制浆选好所需要的吸附剂，一般常用的吸附剂为氧化铝和硅胶。硅胶可分为硅胶H（不含黏合剂）、硅胶G（含黏合剂）和硅胶HF（含荧光物质，可在紫外光下观察）等。氧化铝同样也可分为以上几种类型。浆液的制备可分为干法和湿法。干法是将选好的硅胶G慢慢地倒入溶剂中调成糊状备用。湿法是将水和硅胶G按：的比例在搅拌下将硅胶G慢慢地倒入水中调成糊状，不要反过来加，防止形成团块。湿法制浆要在使用前调制，否则浆料容易凝固结块。（）涂片大量使用可用涂布器涂布。简单的涂布方法是将两片在玻片用肥皂水和水洗涤干净，再用碎滤纸吸干玻片上的水分，然后将其重叠在一起，用手夹住片的上端，慢慢地浸入已调好的浆液浸涂s左右（上端留一些不浸涂），然后缓慢地将载玻片从浆液中取出，要求版面均匀平滑，载片边缘上的浆料用抹布轻轻地擦去，小心将两片分开，放在磁盘中。待浆料自然干燥后放入烘箱，在下活化，约min就制成了薄层板，取出来进行点样。（）点样在活化好的薄层板下端约cm处的边上轻轻地用铅笔点一个标记作为起始线。用一根内经约一毫米的毛细管吸取制备好的试样。吸取的试样不要太多，防止样点扩散。在起始线的中央轻轻地接触薄层板，点样要迅速，接触即刻移开。待样点溶剂挥发后再重复点样约次。样点直径不要超过mm，太大会出现拖尾现象。如果在一块薄层板上点两个以上的样点要分开距离。样点点好后就可以展开。（）展开为使混合物的组分能满意的分开，应选好合适的展开剂。展开剂的选择主要是根据样品的极性、溶解度和吸附剂的活性等因素来考虑的，一般通过实验来解决。我们所选择的展开剂是苯，环己烷的混合物。将展开剂倒入展开瓶或广口瓶中，使液面在样点的下方，不要接触到样点，否则样点会被溶入展开剂中无法进行展开。将薄层板小心斜放在展开瓶中盖好盖，观察展开剂通过毛细管作用沿板上行。此时溶剂上行很快，必须留心观察。当展开剂上行至距离涂层顶端约mm时，将板小心取出，用铅笔作好溶剂前沿的位置记号。样点各组分随展开剂上行同时被展开在各个部位而形成各个有色斑点，去斑点的中心位置作好标记。如果斑点没有颜色就用显色法使斑点显示出来。一种是在色谱缸中或密闭的容器中放入几粒碘，把展开后的薄层板放入，待斑点明显是取出作好标记。另一种是带有荧光的硅胶可用紫外灯照射观察斑点。3、比移值的计算比移值Rf是表示色谱图上斑点位置的一个数值，它用来鉴定一个未知的化合物。因某个特定化合物所移动的距离与溶剂前沿所移动的距离相比是一个恒定数值。任何一种特定的化合物的Rf值是一个常数，由于在操作过程中不可能完全准确地重复所测定的条件，所以Rf值不易重复，但参考已知数据作相对的比较还是有一定意义的。Rf值计算如下： Rf=其中a、b的意义见示意图。第二块板重复做一次，选择较好的一块进行测量计算Rf值。四、参考文献基础化学实验教程，古凤才编著，科学出版社，2006年实验 六乳酸正丁酯的催化合成乳酸正丁酯是一种优良的溶剂和重要的食用香料。对这类羧酸酯的合成一般沿用硫酸催化的直接酯化法。但乳酸正丁酯在硫酸作用下易发生副反应，导致产品色泽加深，收率降低，并对设备的腐蚀性强，有废水排放。目前，酯化反应得催化剂亦不限于强酸，NaHSO4、KHSO4和Fe(NH4)(SO4)212H2O(铁铵凡)等均具有良好的催化活性。一、实验目的1、了解酯化反应的多种催化反应条件；2、掌握共沸脱水操作。二、实验原理乳酸与正丁醇在NaHSO4、或Fe(NH4)(SO4)212H2O的催化下酯化，反应所产生的水直接由过量的正丁醇共沸蒸馏带走。三、主要仪器及耗材试剂：乳酸，正丁醇，硫酸氢钠。仪器：阿贝折光仪，250mL三颈烧瓶，球形冷凝管，分水器，蒸馏头，蒸馏头磨口温度计，直形冷凝管，空气冷凝管，尾接管。 分水回流装置 蒸馏装置四、实验内容与步骤按乳酸-正丁醇-催化剂=1：3：0.03（摩尔比）分别量取10mL乳酸、27mL正丁醇和催化剂（0.5g硫酸氢钠），加入到250mL三颈烧瓶中，装好分水器,温度计,回流冷凝管。缓慢加热升温,保持体系回流，控制反应体系温度为120,并及时分水。待水分分完，继续回流1020min。停止加热，冷却至室温。分离出催化剂。将反应液转入100mL圆底烧瓶中进行蒸馏（用直型水冷凝管）。先蒸馏出未反应的正丁醇(沸点117.25),然后换空气冷凝管蒸馏收集170-190的馏分。测得其折射率。五、实验结果与讨论1、按上述合成方法得到的产品为无色透明液体,具有特殊的香味,折光率n20D=1.4190-1.4200。 (文献值n20D=1.4210)2、硫酸氢钠是一种价廉易得的晶体,保管使用方便,用它催化合成乳酸正丁酯,反应条件温和。3、在上述反应中正丁醇是过量的,过量的正丁醇在蒸馏过程中收集于160以前的前馏分中,这部分前馏分除正丁醇外还有少量乳酸正丁醇。4、当醇用量过少,会引起反应温度迅速上升,引起副反应的发生而影响产品收率,而醇过多时影响影响到反应温度的上升,也会影响反应结果。5、硫酸氢钠不溶于反应体系,当有机液倾出后仍留在反应瓶中。故无须用其它方法分离。六、原始记录内容 记录实验条件、过程，计算收率。 记录产物形状、沸点范围。七、注意事项1、回流、蒸馏时注意加沸石。2、回流加热时，要缓慢加热升温。主要试剂的理化参数分子量相对密度（d204）沸点（）折射率（n20D）正丁醇：74.120.8098117.251.39931乳酸：90.081.20601221.4392乳酸正丁酯146.190.9740.9841871.4216实验 七从茶叶中提取咖啡因一、实验目的1、学会从天然产物中提取有机粗产物的方法。2、学习和掌握常压升华纯化技术。二、实验原理茶叶中的儿茶素和咖啡因是两类重要的天然有效成分，其中咖啡因是茶叶中主要的生物碱，也称咖啡碱，在茶叶中含量约1一5，具有兴奋中枢神经系统、兴奋心脏、松弛平滑肌和利尿等作用，还可用作治疗脑血管性的头痛；尤其是偏头痛，但过度使用咖啡因会增加耐药性和产生轻度上瘾。它还是复方阿司匹林(A、P、c)等药物的组方之一。现代制药工业多用合成方法制得咖啡因。儿茶素是茶多酚的主体物质，茶多酚是茶叶中酚类及其衍生物的总称，其主要组分是黄烷醇类、羟基4黄烷醇类、花色苷类、黄酮醇类和黄酮类。儿茶素是强效抗氧化成份，对癌症、高血压、冠心病等有明显的预防作用。而其中黄烷醇类又以儿荼素类物质为主，占茶多酚总量的70左右。茶叶中含有多种生物碱，其中以咖啡碱（咖啡因）为主，占1.5，另外还含有1112的丹宁酸（鞣酸），以及色素、纤维素、蛋白质等。咖啡因（含结晶水时）是无色针状结晶，味苦，能溶与水（2）、乙醇（2）、氯仿（12）、苯（1）等，在100时即失去结晶水，并开始升华，120时升华显著，178时升华很快，熔点为234.5；呈弱碱性。嘌呤 咖啡因 （1,3,7三甲基2,6二氧嘌呤 ）天然产物的分离提取最常用的有萃取、水蒸汽蒸馏等方法，其中以溶剂萃（浸）取法最常见，即选择合适的溶剂在室温（或回流）下把天然产物中有机物萃取到溶剂中，经常压（或减压）蒸除溶剂得到粗产物，继而进一步纯化粗产物。纯化粗产物除了常用的常压（减压）蒸馏、重结晶、薄层（柱）层析等方法外，升华法对易升华的有机物的提纯也是一种手段。 升华是将具有较高蒸气压的固体物质，在加热到熔点以下，不经过熔融状态就直接变成蒸气，蒸气变冷后，又直接变为固体的过程。升华是精制某些固体化合物的方法之一。能用升华方法精制的物质。必须满足以下两个条件： (1)被精制的固体要有较高的蒸气压，在不太高的温度下应具有高于67kPa(20mmHg)蒸气压。 (2)杂质的蒸气压应与被纯化的固体化合物的蒸气压之间有显著的差异。升华方法制得的产品通常纯度较高，但损失也较大。含结晶水的咖啡因加热至100时失去结晶水，开始升华，120时显著升华，至l76时迅速升华。无水咖啡因的熔点为235。三、主要仪器及耗材仪器：Soxhlet（索氏提取器），电热套 ，水浴锅，100mL圆底烧瓶，球形冷凝管，直形冷凝管，蒸馏头，空心管，温度计，接引管，真空泵，布氏漏斗，抽滤瓶，漏斗，蒸发皿。药品： 茶叶，95%乙醇，生石灰。Soxhlet提取装置 回流装置 滴液漏斗提取装置 升华装置四、实验内容与步骤1、提取咖啡因连续回流提取方法一（1）用滤纸做一比Soxhlet提取器提取筒内径稍小的圆柱状纸筒，并折叠封住开口（也可用棉线扎住），装入10g茶叶末，压实。将滤纸筒上口向内折成凹形。将滤纸筒放入提取腔中去，使茶叶装载面低于虹吸管顶端1装上回流冷凝管。在提取器的平底烧瓶中加入60mL 95%乙醇，加2粒沸石，装置如图。（2）用85水浴加热，乙醇沸腾后蒸气经侧管上升到冷凝管，冷凝下来的液滴滴入滤纸筒中。当液面升至与虹吸管顶端相平时经虹吸回到平底烧瓶中。连续提取1.5 h至提取液颜色很淡时为止。当最后一次虹吸后，立即停止加热。 方法二在100 mL圆底烧瓶中加2粒沸石，在恒压漏斗口放置一脱脂棉，称取6g茶叶末放入恒压漏斗中，按图装置好提取装置，将60 mL 95%乙醇从球形冷凝管加入，先将茶叶末浸泡片刻，然后将液体放入圆底烧瓶中。通冷却水后在85水浴加热。当溶剂沸腾时，溶剂蒸汽从恒压漏斗侧管上升到冷凝管，冷凝的液体滴到样品上，当溶剂在提取器内达到一定高度时，调节恒压漏斗活塞，使冷凝液的滴入速度与恒压漏斗的放液速度一致。此过程中溶剂便被一遍又一遍地重复使用，样品每一次都接触到新溶剂，最后将所要提取的物质都集中到下面的烧瓶中。连续提取0. 5 h后，恒压漏斗中的提取液颜色变得很淡，即可停止提取。冷却。普通回流提取取10g茶叶于100 mL圆底烧瓶中，加入95乙醇75mL，用80水浴加热提取约1.5 h。稍冷后减压过滤，滤液转入100 mL圆底烧瓶中。2、分离（1）将提取液用普通蒸馏法在85水浴中蒸