精细化工实验课件

2002年12月重编精细化工实验指导书李嘉诚编实验目录精细化工专业实验须知实验一十二烷基苯磺酸（钠）——ABS-Na的合成实验二十二烷基硫酸钠的合成实验三十二烷基二甲基苄基氯化铵——1227阳离子S、A、A的合成实验四渗透剂T的合成实验五N-正丁基-环庚烷-2-酮的合成实验六对氯苯氧乙酸（PCPA）的合成实验七新型增塑剂DEDB的合成实验八茶叶中咖啡因的提取分离实验九番茄红素和β-胡萝卜素的提取分离实验十膏霜化妆品配制

精细化工专业实验须知1、精细化工专业实验目的：精细化工实验课是本专业学生必修的一门课程，它是本专业教学中理论联系实际的一个重要环节，根据教学计划规定，精细化工专业实验是独立设置的专业必修课之一。它与其它专业必修课密切配合，相辅相成，共同实现必须的专业课教学。本课程主要通过实验教学的形式达到如下目的：使学生在前修实验课基础上，进一步巩固和提高实验操作技能和现代化仪器、设备的使用能力。培养学生综合运用前修课程的知识，正确观察、思考和分析整个实验过程。使学生养成理论联系实际的作风，实事求是、严格认真的科学态度与良好的工作习惯。做好记录：学生必须及时、如实地记录实验现象和数据，并对实验现象作分析和解释。必须做到随做随记的良好习惯，切不能在实验结束后凭回忆补记实验记录。书写报告：实验结束后应写出实验报告，其内容可根据各个实验的具体情况自行组织。一般主要包括：实验名称、反应原理及方程式、操作步骤、结果与讨论、意见和建议等。报告应力求条理清楚，文字简练，结论明确，书写整洁。3、实验室注意事项

必须遵守实验室的各项规章制度，听从教师指导，尊重实验室工作人员的职责。实验过程中应保持桌面和仪器的整洁，应使水槽保持清洁、畅通、严禁在水槽内投放任何固形物，废物、拉圾应投入专用的箱内，废酸、废碱液应小心地倒入废缸内。爱护公物，注意节约水、电、煤气及药品。实验完毕后，值日生应做好清洁卫生工作，检查水、电、煤气是否关好。在得到教师同意后方能离开实验室。4、实验室安全

本专业实验所用药品绝大多数是易燃、易暴、有毒、有腐蚀性的，必须严格执行安全操作规程，加强安全措施，防止事故发生。进行有易燃溶剂的实验时，不能用明火加热。反应中有有毒气体产生时，必须用高效吸收装置吸收或在通风橱中进行。碱熔反应时应配带防护面罩。配制强酸溶液时（如发烟H2SO4、ClSO3H、发烟HNO3）须在通风橱中进行。使用氯气钢瓶时，必须做好防护工作，以防造成事故。使用氢气钢瓶时应离开电气开关至少2公尺，氢气、氧气钢瓶不能同时存放。金属钠遇水易爆炸，不能丢入水槽中，废金属钠必须用乙醇小心处理。2、实验原理：

芳烃上的氢原子被磺基取代生成芳磺酸的反应叫磺化反应。磺化为亲电取代，芳环上有给电子基时，磺化较易进行，有吸电子基时则较难进行。磺化反应要求有最适宜的温度范围，温度太高会引起多磺化等副反应。一般加料次序是，先加入被磺化物，然后再慢慢加入磺化剂，以免生成较多的二磺化物。阴离子表面活性剂具有较好的发泡性能，同时具有较好的净洗力和乳化性能，广泛用于日化产品的复配，乳液聚合中用作乳化剂，重垢棉织物洗涤剂，轻圬液体洗涤剂，配制餐具洗涤剂、香波、纺织助剂等。搅拌器球形冷凝管5、思考题

1）芳烃磺化为一典型的何种反应？2）比较三种芳烃磺化时的难易程度，并解释之。3）影响磺化的因素有哪些？实验二十二烷基硫酸钠的合成1、实验目的：1）了解高级醇硫酸酯盐型阴离子表面活性剂的合成方法。2）掌握含固量、表面张力和泡沫性能的测定方法及有关仪器的使用方法。2、实验原理：硫酸化是有机化合物分子中引入-OSO3H基的化学过程，生成C-O-S键。十二烷基硫酸酯钠是硫酸酯盐类阴离子表面活性剂的典型代表。它的泡沫性能、去污力、乳化力都比较好，能被微生物降解，耐用碱、耐硬水，但在强酸性溶液中，容易发生水解，稳定性较磺酸盐差。十二烷基硫酸酯钠是由月桂醇与氯磺酸反应，再加碱中和而成。其反应式如下：3、仪器和试剂：电动搅拌器、三口烧瓶、温度计、气体吸收装置、界面张力仪、泡沫测定仪；月桂醇、氯磺酸、氢氧化钠、双氧水。4、实验步骤：在装有搅拌器、温度计和气体吸收装置的250ml三口烧瓶中加入93g月桂酸，室温下慢慢滴入64g氯磺酸，加完后在40-50℃反应2h。冷却至25℃，慢慢滴入30%氢氧化钠溶液直到反应物呈中性为止。将反应物倒入800ml烧杯中，搅拌下滴入50ml30%双氧水，得十二烷基硫酸钠粘稠液体。实验三十二烷基二甲基苄基氯化铵

——1227阳离子S、A、A的合成1、实验目的：了解季铵盐型阳离子表面活性剂的合成方法；掌握表面张力、泡沫性能的测定方法。主要内容实验目的实验原理

主要试剂、仪器操作步骤思考题2、实验原理：季铵盐型阳离子表面活性剂系由叔胺和烷化剂反应而成，即NH+4的四个氢原子被基团取代、成为R1R2N+R3R4，四个R基中，一般只有1～２个Ｒ基是长碳氢链，其余Ｒ基的碳原子数大多为１～２个。季铵盐与胺盐不同，不受pH变化的影响，不论在酸性、中性、碱性介质中，季铵离子皆无变化，它除具有表面活性外，其水溶液有很强的杀菌力，因此常用作消毒剂、杀菌剂。阳离子表面活性剂溶于水后生成阳离子，其亲水基团为带有正电荷的基团。按其化学结构不同又分为以下几种：R－NH2HCl伯胺盐仲胺盐叔胺盐季胺盐本实验是以十二烷基二甲基叔胺为原料，氯化苄为烷化剂制成杀菌力特强的季铵盐阳离子表面活性剂。3、主要试剂及仪器：十二烷基二甲基叔胺、氯化苄；三口烧瓶、搅拌器、温度计、球形冷凝管等。5、思考题：1）季铵盐型阳离子表面活性剂与胺盐型阳离子表面活性剂的性质区别是什么？2）季铵盐型阳离子表面活性剂常用的烷化剂有哪些？实验四渗透剂T的合成实验目的：1）掌握琥珀酸双烷基酯磺酸盐类阴离子表面活性剂的合成原理和方法；2）了解该类表面活性剂在工业上的应用。琥珀酸二异辛酯磺酸钠是琥珀酸双烷基酯磺酸盐类阴离子表面活性剂中润湿、渗透性能最优者之一，故被称为快速渗透剂T。它能显著降低溶液的表面能力，具有渗透力强、润滑、乳化、起泡性良好等性能。广泛应用于日用化工、涂料、印染、农药、矿山、造纸、合成革、感光工业等多种领域，用作乳化剂、润滑剂、渗透剂、分散剂和玻璃、塑料防雾剂等。本实验以顺丁烯二酸酐、异辛醇及焦亚硫酸钠或亚硫酸氢钠为原料经酯化和磺化二步制成。2.实验原理：4.实验步骤：

1）向配有温度计，分水器、球形冷凝管和搅拌器的250ml三口烧瓶中，加入15g顺丁烯二酸酐、48g2-乙基已醇、0.5g对甲苯磺酸，搅拌下加热回流保持温度在120-140℃，并通过分水器将反应中生成的水不断分出，当不再有水分出时，酯化反应基本结束，整个过程约需3h。停止加热，冷却至80℃以下加入30%NaOH中和至pH=6-7.2)在上述酯化物中加入30gH2O和14.5g焦亚硫酸钠（或亚硫酸氢钠）及0.5g成品渗透剂T，并将分水器改为冷凝器，搅拌下升温至104±2℃，加热回流3-4小时，得到浅棕色液体，即为产品。5.思考题：1）如何判断酯化反应及磺化反应的终点？2）磺化反应中加入成品渗透剂T的作用？实验五N-正丁基-环庚烷-2-酮的合成1、实验目的：1）掌握亲核取代反应的合成原理和方法；2）掌握相转移催化剂在有机合成中的应用；3）了解氮酮的性质和用途。2、实验原理：N-正丁基-环庚烷-2-酮简称氮酮，它是一种新型、高效、安全、无毒副作用的透皮吸收促进剂。外观为无色或浅黄色透明油状液体，微溶于水，易溶于乙醇、丙酮、甲苯等有机溶剂。它突出优点是渗透性极强，显著优于目前常用的渗透促进剂DMSO、DMF、多元醇等，可用于农药、医药、化妆品、印染、制革等领域。本实验以已内酰胺、溴丁烷、氢氧化钾为主要原料制备。首先已内酰胺在季铵盐类相转移催化剂、去质子剂（碱）的作用下脱去质子，形成亲核性较强的，由于季铵盐（PTC）中的阳离子的亲脂性，它会与无机相中的形成离子对并将之萃取进入有机相中，然后与卤代烷反应，新形成的季铵盐再返回到无机相中进行下一个循环.3、主要仪器和试剂：电动搅拌器、电热套、三口烧瓶（250ml）、球形冷凝管、分水器、分液漏斗、温度计（0~200℃）等；已内酰胺、溴丁烷、氢氧化钾、四丁基溴化铵、苯等。4、实验步骤：

1）在配有搅拌器、温度计、分水器、滴液漏斗、球形冷凝管的三口烧瓶中，依次加入11.3g已内酰胺、8.4g固体氢氧化钾、0.4g四丁基溴化铵、30ml溶剂苯，升温至70℃左右搅拌反应半小时后，再用滴液漏斗滴加16.4g溴丁烷，10分钟内滴加完，升温至80℃左右，保持回流4-5小时，同时观察分水器中分水情况，当不再有水分出时，停止加热。2）将上述混合物冷至40℃左右，加入20ml水，并搅拌15分钟，直到固体物全部溶解，倒入分液漏斗中，静止分层，分出水层，上层油状液体即为粗产品。3）进一步水洗、干燥、蒸馏得成品5.思考题：

1）相转移催化剂的作用是什么？2）如何进一步分离、提纯产品？实验六对氯苯氧乙酸（PCPA）的合成1、目的要求：1）掌握PCPA的合成及后处理方法；2）了解PCPA作为植物激素在农作物中的应用2、实验原理：凡能在低浓度时具有促进和抑制植物生长或影响植物形态的物质称为植物激素。一般在植物体内含量较少，但能在代谢过程中起重要作用的物质称为生长素。它与构成细胞和供给能量的物质如碳水化合物、脂肪和蛋白质的不同之处是生长素在植物体内的含量虽少，但对植物的生长和发育过程却能发挥很大的生理效应，利用人工合成出与生长素有同等效应，甚至更为优越的化工物，通常称为植物生长调节剂。植物激素有以下几种效能：1）插条生根，以加速植物繁殖；2）防止收获前落果；提高结果率和诱致无籽蕃茄的形成；3）抑制果树枝条徒长，增加单位面积产量；4）提高植物抗倒伏，提高植物抗旱、抗寒及抗盐碱能力；5）促进果实的生长与成熟。3．主要试剂及仪器：

氯乙酸、烧碱、对氯苯酚、盐酸；三口烧瓶、电动搅拌器、温度计、回流冷凝管等。4．实验步骤：以对氯苯酚为基准按0.1mol计：氯乙酸为0.12mol,NaOH为0.24mol；1）称取12.85g对氯苯酚在烧杯中用30%（9.6g）的烧碱液溶解，于冷水中冷却，然后加入三口烧瓶中。2）取氯乙酸11.34g+11.34ml水溶解，在液漏斗中，控温T=20~40℃，于0.5hr内滴加完毕。3）升温至T=85~90℃，若有白色晶体析出，加20ml热水溶解，在沸腾水浴下反应0.5-1hr。4）趁热将反应物料倒入盛有130ml热水的烧杯中，于70℃左右用浓盐酸酸化至pH=1-2,静置，抽滤，用无离子水洗涤滤瓶2-3次，至无Cl-存在为止。5）调烘箱温度在80-100℃干燥得成品。5、思考题：

1）试解释在温度85-90℃时，为何有白色结晶析出？2）对氯苯酚碱熔时，为何控制较低温度？实验七新型增塑剂DEDB的合成1．实验目的：1）掌握酯化反应原理及DEDB合成工艺路线；了解DEDB作为新型增塑剂与DOP、DBP增塑剂的异同点。2、实验原理：

凡添加到聚合物体系中能使聚合物体系的塑性增加的物质均可称为增塑剂。增塑剂的主要作用是削弱聚合物分子间的次价键，即范德华力，从而增加聚合物分子链的移动性、降低聚合物分子链的结晶性，亦即增加了聚合物的塑性。表现为聚合物的硬度、模量、软化温度和脆化温度下降，而伸长率、曲挠性和柔韧性提高。1）塑化作用机理如下：

PVC分子链各链节是极性的，因此分子链会相互吸引而紧密结合在一起，当PVC受热时，其分子链热运动加强，因而使分子链间的作用削弱，间隔增大。若将增塑剂分子插入PVC链间，PVC分子链极性部分和增塑剂分子极性部分相互作用，所形成的PVC——增塑剂体系即使在冷却时，增塑剂分子仍留在原来位置上，从而妨碍了PVC分子链的相互接近，使PVC分子链的微小热运动变得容易，PVC也就变为柔软塑料了。例如用DEDB增塑剂塑化PVC时，当温度升高，DEDB分子插入PVC分子链中间，DEDB的酯形偶极与PVC的偶极相互作用，并使DEDB苯环极化，这样DEDB与PVC分子链就很好结合在一起，由于DEDB分子的外极性部分亚甲基链不极化，它夹在PVC分子链之间，显著地削弱了PVC分子间的吸引力，PVC树脂在变形时链的移动就容易了，即PVC成为了软塑料。目前，工业化生产的增塑剂近300种，但具有广泛商业用途的不过100多种，且80%的用于烯基塑料。按其化学结构来分有：苯甲酸酯类、磷酸酯类、癸二酸酯类、已二酸酯类、环氧酯类、烃类增塑剂、氯化石蜡类和脂肪酸酯类。3、主要试剂及仪器：2）合成原理：本实验是以苯甲酸和二甘醇在一定条件下用酸类催化剂的作用下反应生成二苯甲酸二甘醇酯：苯甲酸、二甘醇、对甲基苯磺酸、甲苯；三口烧瓶、分水器、球形冷凝管、控温电热套等。4、实验步骤：

按0.5mol为基准投料：1）称取DEG53g+活性碳1g+甲苯25ml+对甲基苯磺酸0.9g加入烧瓶中搅拌，升温50~70℃时，再加入苯甲酸124.5g，继续搅拌。2）升温至T=140℃左右，溶剂回流，开始有水分出。3）控温T=140~160℃，分水3.5-4hr，分水约18ml为止，控制本条件下蒸出大部分甲苯。4）降温至50℃以下时，用5%的NaOH液洗涤酯化液在pH=8左右，搅拌0.5hr，分水得有机相，然后用等量的蒸镏水洗涤酯化液，分水得第二次有机相。5）有机相在真空度0.09Mpa以下，100~140℃左右真空条件下脱除残留的甲苯和水，过滤，得浅黄色的成品DEDB。5、思考题：

1）本实验中能否采用醇过量（DOP、DBP生产中是醇过量），而不用甲苯作携水剂的方法合成DEDB？为什么？试解释之。2）作为增塑剂产品要求的理化指标大致有哪些？并分别说明各理化指标的高低对增塑剂质量的影响？3）酯化反应中常用的Cat另外还有哪几种试叙述之。实验八茶叶中咖啡因的提取分离1、实验目的：1）掌握咖啡因的提取原理。2）掌握从茶叶中提取咖啡因的提取方法和实验步骤。2、实验原理：

本实验选用95%乙醇（还可以用氯仿、苯等）在脂肪提取器中连续抽提，然后蒸去溶液，即得粗咖啡因，脂肪提取器（索氏提取器），其提取原理如下：脂肪提取器是利用溶剂回流及虹吸原理，使固体物质每一次都能为纯的溶剂所萃取，因此效率提高，萃取前将固体物质（茶叶）研细，以增加液体浸溶的面积，然后将茶叶放在滤纸套内，套下口用钉书机钉死或用线扎紧，置于提取器中。提取器的下端通过磨口和盛有溶剂的烧瓶连接，上端接上冷凝管。当溶剂沸腾时，蒸气通过玻璃管上升，被冷凝成为液体，滴入提取器中，当液面超过虹吸管的最高处时，即因为虹吸而流回玻瓶，因而萃取出溶于溶剂的部分物质。就这样利用溶剂回流的虹吸作用，循环数次使固体中的可溶物质富集到烧瓶中，然后用其他方法将萃取到的物质从溶液中分离出来。其中，丹宁酸可加入氧化钙使其成为钙盐而留在残留物中。粗咖啡因还含有其它一些生物碱和杂质，利用升华可进一步提纯。含结晶水的咖啡因系无色针状结晶，味苦，能溶于水、乙醇、氯仿等，在100℃时即失去结晶水，并开始升华，120℃时升华相对显著，至178℃升华很快，无色咖啡因的熔点为234.5℃。3、仪器和试剂脂肪提取器、蒸馏装置、升华装置；茶叶、乙醇（95%）、氧化钙。4、实验步骤：1）称取茶叶末10g，放入脂肪提取器的滤纸套筒中，在圆底内加入200ml95%乙醇，用水浴加热，并在烧瓶内放入几粒沸石。连续提取2.5h，最后一次待冷凝液刚刚虹吸下去时，立即停止加热，然后改成蒸馏装置，回收抽提液中的绝大部分乙醇。待残液约5ml以下时，将残液倾入蒸发器中，拌入5-10g生石灰粉，在加热套中蒸干，加热套内温度不能超过120℃，再在加热套中焙炒片刻，务使水分全部除去，焙炒时，一是温度不能太高，二是时常搅拌，以免产物流失。烘炒后，用玻璃棒粉碎产物使成细粉状。冷却片刻擦去沾在边上的粉末，以免在升华时污染产物，取一只合适的玻璃漏斗，罩在隔以刺有许多小孔的滤纸的蒸发皿上，用电热套小心加热升华，注意控制加热套内温度小于200℃，否则会碳化，实验失败。当纸上出现白色毛状结晶时暂停加热，使其继续升华片刻，冷却100℃左右，揭开漏斗和滤纸，仔细地把附在纸上及器皿周围的咖啡因用小刀刮下，残渣经拌和后用较高的温度再加热片刻，使升华完全，较纯的咖啡应为无色针状结晶。本实验约需8小时。5、思考题：1）试设计一种用水作溶剂提取分离茶叶中咖啡因的方法。2）升华操作时加生石灰的作用和控制温度的方法是什么？3）脂肪提取器的工作原理是什么？有何优越性？实验九番茄红素和β-胡萝卜素的提取分离1、实验目的：学会从天然产物番茄中提取并分离番茄红素和β-胡萝卜素，并学会用薄层色谱法分离鉴定混合物。2、实验原理：

利用溶解的原理，选用合适的溶剂将番茄红素和β-胡萝卜素从番茄酱中萃取出来，再用薄层色谱法将这二种结构相近的化合物分离。3、仪器和试剂：锥形瓶、小钢勺、普通玻璃漏斗、水浴锅、铜管加热器、玻璃板、牛角勺；商品番茄酱、二氯甲烷、苯、环已烷、硅胶G、羧甲基纤维素钠溶液。4、实验步骤：

（1）制板薄板的制备：选用硅胶G作为吸附剂，0.3%羧甲基纤维素钠水溶液为粘结剂，称取5g硅胶G，放入研钵中加入粘结剂14-15ml，快速研磨，调成均匀的糊状为止。用牛角勺取4勺左右于洗净干燥的玻璃板（6X19）上，摊开，铺匀，用手拿住玻璃板使硅胶在板上流动，至均匀为止。将薄板小心地放在水平台面上，待水分蒸发至板面发白后，放入烘箱中，在110℃下活化1h,以除去游离水，使硅胶活性增大。活化完毕将薄板放入保干器中冷却，待用。（2）提取

用小钢勺取出番茄酱，于50ml洁净干燥的锥形瓶中称取5g，加入10-20ml二氯甲烷，用小玻璃或小钢勺搅拌10min。然后在热水浴中加热至沸约1min，溶液为红色。用普通玻璃漏斗在另一50ml洁净干燥的锥形瓶上过滤，滤液流在锥形瓶中。将滤液在热水浴上蒸发至体积约为5-8ml，停止蒸发。（3）分离

在展开缸中配制展开剂，用量筒取苯6ml，环已烷30ml（体积比1:5），倒入展开缸中，立即盖好盖子，使缸内溶剂的蒸气逐于饱和。取一块薄板，用毛细管吸取滤液，点在板的一端，离板边的距离应大于展开剂液面的高度。在同一水平线上点样，可以点2-3个点，间距1cm以上，样点的斑点直径应小于3mm。点样量可以不同，以比较展开分离的效果。将板放入展开缸中展开，展开到适当高度，见各组份已分开，即可将板取出，并立即用毛细管划出斑点形状，标出展开剂前沿，防止斑点被氧化而褪色检测不出。量出并计算各斑点的Rf值。分离出来的斑点越多，分离效果越好。番茄红素为红色斑点，β-胡萝卜素为黄色斑点。用较透明的纸盖在薄板上，用笔描出原点、斑点、展开剂前沿，即可成为薄层图谱。Rf值为被分离物质的定性参数，在相同分离条件下（吸附剂、展开剂、溶剂、板面情况、温度等），同一组份的Rf值相同。Rf=溶质斑点中心到原点的距离（厘米）/展开剂前沿到原点的距离（厘米）5、思考题：1）展开剂的选择是薄层色谱法的关键，根据相似相容的原则，怎样改变展开剂的极性，使Rf值升高或降低？2）薄板的均匀程度斑点的Rf值有何影响？3）薄层色谱法的优点是什么？4）为什么番茄红素的Rf值比β-胡萝卜素的Rf值要小？实验十膏霜化妆品配制1．实验目的：1）了解乳化原理；初步掌握配方原理及配方中各原料的作用及添加量。2、实验原理：

一般膏霜是以硬脂酸和碱化合成硬脂酸盐作为乳化剂，加上其它的原料配制而成。它属于阴离子型乳化剂为基础的油/水型乳化体，是一种非油腻性护肤用品，敷上皮肤上，水分蒸发后就留下一层硬脂酸、硬脂酸皂和保湿剂所组成的薄膜。于是皮肤与外界干燥空气隔离，节制皮肤表皮水分的过量挥发，使皮肤不致于干燥、粗糙或开裂，起到保护皮肤的作用。膏霜中含有