有机化学实验

实验的基本操作部分：一、仪器的连接、装配和拆卸1.仪器的连接有机化学实验中所用玻璃仪器间的连接一般采用两种形式，一种是靠塞子连接，一种是靠仪器本身上的磨口连接。(1)塞子连接：连接两件玻璃仪器的塞子有软木塞和橡皮寒两种。塞子应与仪器接口尺寸相匹配，一般以塞子的1/2一2／3插入仪器接口内为宜。塞子的材质的选择取决于被处理物的性质(如腐蚀性、溶解性等)和仪器的应用范围(如在低温还是高温，在常压下还是减压下操作)。塞子选定后，用适宜孔径的钻孔器钻孔，再将玻璃管等插入塞子孔中，即可把仪器等连接起来。由于塞子钻孔费时间，塞子连接处易漏．通道细窄流体阻力大，塞子易被腐蚀、往往污染被处理物等缺点，在大多数场合中塞子连接已被磨口连接所取代。(2)标准磨口连接：除了少数玻璃仪器(如分液漏斗的旋塞和磨塞，其磨口部位是非标准磨口)外，绝大多数仪器上的磨口是标准磨口。我国标准磨口是采用国际通用技术标准，常用的是圆台形标准密口。玻璃仪器的容量大小及用途不同，可采用不同尺寸的标准磨口。常用的标准磨口系列为：标号的数值是磨口大端直径(用mm表示)的圆整后的整数值。每件仪器上带内磨口还是外磨口取决于仪器的用途。带有相同标号的一对磨口可以互相严密连接。带有不同标号的一对磨口需要用一个大小接头或小大接头过渡才能紧密连接。使用标准磨口仪器时应注意以下事项：(1)必须保持磨口表面清洁，特别是不能沾有固体杂质，否则磨口不能紧密连接。硬质沙粒还会给磨口表面造成永久性的损伤，破坏磨口的严密性。(2)标准磨口仪器使用完毕必须立即拆卸、洗净，各个部件分开存放，否则磨口的连接处会发生黏结，难于拆开。非标淮磨口部件(如滴液漏斗的旋塞)不能分开存放，应在磨口间夹上纸条以免日久黏结。盐类或碱类溶液会渗入磨口连接处，蒸发后析出固体物质，易使磨口黏结，所以不宜用磨口仪器长期存放这些溶液。使用磨口装置处理这些溶液时，应在磨口涂润滑剂(见下面)。(3)在常压下使用时，磨口一般毋需润滑以免沾污反应物或产物。为防止黏结，也可在磨口靠大端的部位涂敷很少量的润滑脂(凡士林、真空活塞脂或硅脂)。如果要处理盐类溶液或强碱性物质，则应将磨口的全部表面涂上一薄层润滑脂。减压蒸馏使用的磨口仪器必须涂润滑脂(真空活塞脂或硅脂)。在涂润滑脂之前，应将仪器洗刷干净，磨口表面一定要干燥。从内磨口涂有润滑脂的仪器中倾出物料前，应先将磨口表面的润滑脂用有机溶剂擦拭干净(用脱脂棉或滤纸蘸石油醚、乙醚、丙酮等易挥发的有机溶剂)，以免物料受到污染。(4)只要正确遵循使用规则，磨口很少会打不开。一旦发生黏结．可采取以下措施：(i)将磨口竖立，往上面缝隙间滴几滴甘油。如果甘油能慢慢地渗入磨口，最终能使连接处松开。(ⅱ)用热风吹，用热毛巾包裹，或在教师指导下小心地用灯焰烘烤磨口的外部几秒钟(仅使外部受热膨胀，内部还未热起来)，再试验能否将密口打开。(ⅲ)将黏结的磨口仪器放在水中逐渐煮沸，常常也能使磨口打开。(ⅳ)用木板沿磨口轴线方向轻轻地敲外磨口的边缘，振动也会使磨口松开。如果磨口表面己被碱性物质腐蚀，黏结的磨口就很难打开了。2.仪器的装配在有机化学实验室内，学牛使用同一标号(如19号)的标推磨口仪器，组装起来非常方便，每件仪器的利用率高，互换性强，用较少的仪器即可组装成多种多样的实验装置。一套磨口连接的实验装置。尤其像装有机械搅拌这样动态操作的实验装置，每件仪器都要用夹子固定在同一个铁架台上，以防止备件仪器振动频率不协调而破损仪器。现以滴加蒸出反应装置为例说明仪器装配过程及注意事项。首先选定三口烧瓶的位置，它的高度由热源(如煤气灯或电炉)的高度决定。然后以三口烧瓶的位置为基准，依次装配分馏柱、蒸馏头、直形冷凝管、接引管和接受瓶。调整两支温度计在螺口接头中位置并固定好。将螺口接头装配到相应磨口上。再装上恒压滴液漏斗。除像接引管这种小件仪器外，其他仪器每装配好一件都要求用铁夹固定到铁架台上，然后再装另一件。在用铁夹子固定仪器时，既要保证磨口连接处严密不漏，又不要使上件仪器的重力全都压在下件仪器上．即顺其自然将每件仪器固定好，尽量做到各处不产生应力。夹子的双钳必须有软垫(软木片、石棉绳、布条、橡皮等)，决不能让金属与玻璃直接接触。冷凝管与接引管、接引管与接受瓶间的连接最好用磨口接头连接专用的弹簧夹固定。微型仪器较小，应该使用三指夹子才能夹紧。接受瓶要用升降台垫牢。一台滴加蒸出反应装置组装得正确应该是，从正面看，分馏柱和桌面垂直，其他仪器顺其自然；从侧面看，所有仪器处在同一个平面上。在常压下进行操作的仪器装置必须有一处与大气相通。仪器装置的拆卸仪器装置操作后要及时拆卸。拆卸时，按装配相反的顺序逐个拆除．后装配上的仪器先拆卸下来。在松开一个铁夹子时，必须用手托住所夹的仪器．特别是像恒压溶液漏斗等倾斜安装的仪器，决不能让仪器对密口施加侧向压力，否则仪器就要损坏。拆卸下来的仪器连接磨口涂有密封油脂时，要用石油醚棉花球擦洗干净。用过的仪器及时洗刷干净，干燥后放置。二、实验预习和实验记录实验记录本每个学生都必须准备一本实验记录本，并编上页码．不能用活页本或零星纸张代替。不淮撕下记录本的任何一页。如果写错了，可以用笔勾掉，但不得涂抹或用橡皮擦掉。文字要简练明确，书写整齐，字迹清楚。写好实验记录本是从事科学实验的一项重要训练。在实验记录本上做预习笔记、实验记录和总结讨论。实验完成后立即将实验记录本与产物(合成实验)一同交给教师评阅。预习笔记实验前做好充分的准备工作是十分重要的。在做一个实验前学生必须仔细阅读有关的教材(实验的原理、步骤和用到的实验技术)，查阅手册或其他参考书。要做到：弄清这次实验要做什么，怎样做，为什么这样做，不这样做行不行，还有什么方法等。对所用的仪器装置做到能叫出每件仪器的名称，了解仪器的原理、用途和正确的操作方法，可否用其他仪器代替等。并在实验记录本上写好预习笔记。合成实验的预习笔记包括以下内容：(1)实验目的；(2)主反应和重要的副反应的平衡方程式：(3)原料、产物和副产物的物理常数；(4)原料用量(克、毫升、摩尔)，计算过量试剂的量：(5)正确而清楚地画出仪器装置图；(6)用图表形式表示整个实验步骤的流程。试剂的过量百分数、理论产量和产率的计算在进行一个合成实验时，通常并不是完全按照反应方程式所要求的比例投入各原料，而是增加某原料的用量。究竞过量使用哪一种物质，则要根据其价格是否低廉，反应完成后是否容易去除或回收，能否引起副反应等情况来决定。在计算时，首先要根据反应方程式找出哪一种原料的相对用量最少，以它为基准计算其他原料的过量百分数。产物的理论产量是假定这个作为基准的原料全部转变为产物时所得到的产量。由于有机反应常常不能进行完全，有副反应，以及操作中的损失，产物的实际产量总比理论产量低。通常将实验产量与理论产量的百分比称为产率。产率的高低是评价一个实验方法以及考核实验者的一个重要指标。实验记录在实验过程中，实验者必须养成一边进行实验一边直接在记录本上作记录的习惯，不许事后凭记忆补写，或以零星纸条暂记再转抄。记录的内容包括实验的全部过程，如加入药品的数量，仪器装置，每—步操作的时间、内容和所观察到的现象(包括温度、颜色、体积或质量的数据等)。记录要求实事求是，准确反映真实的情况，特别是当观察到的现象和预期的不同，以及操作步骤与教材规定的不一致时，要按照实际情况记录清楚．以便作为总结讨论的依据。其他各项，如实验过程中一些准备工作，现象解释，称量数据，以及其他备忘事项，可以记在备注栏内。应该牢记．实验记录是原始资料，科学工作者必须重视。总结讨论做完实验以后，除了整理报告．写出产物的产量、产率、状态和实际测得的物性，如沸程、熔程等数据，以及回答指定的问题，还要根据实际情况就产物的质量和数量，实验过程中出现的问题等进行讨论，以总结经验和教训。这是把直接的感性认识提高到理性思维的必要步骤，也是科学实验中不可缺少的一环。三、预习报告示例溴乙烷的制备实验记录：日期年月日时间步骤现象备注三、实验记录示例实验一环己烯的制备反应:药品：环己醇10mL，（9.6g，约0.1mol）；磷酸（85%）5mL,饱和食盐水，无水氯化钙实验所需时间：6h步骤：在100mL干燥的圆底烧瓶中，放入20mL环己醇和10mL85%的磷酸，充分摇荡使两种液体混合均匀。投入几粒沸石，按图1安装分馏装置。用小锥形瓶作接收器，置于水浴里。用小火慢慢加热混合物至沸腾，以较慢的速度进行蒸馏并控制分流柱顶部温度不超过73℃[1]。当无液体蒸出时，加大火焰，继续蒸馏。当温度计到达85℃时，停止加热。蒸出液体为环己烯和水的混浊液。小锥形瓶中的粗产物，用滴管吸去水层[2]，加入等体积的饱和食盐水，摇匀后静置等液体分层。用吸管吸去水层。油层转移到干燥的小锥形瓶中，加入少量无水氯化钙干燥职。必须待液体完全澄清透明后，才能进行蒸馏。将干燥后的粗制环己烯在水浴上进行蒸馏，收集82-85℃的馏分[3]。所用的蒸馏装置必须是干燥的。纯环己烯为无色透明液体，沸点83℃，d420=0.8102，nD20=1.4465注释：[1]环己醇和水、环己烯和水皆形成二元恒沸混合物。沸点/℃恒沸物的组成组分恒沸物环己醇水161.5100.097.8-20.0-80.0环己烯水83.0100.070.89010[2]粗环己烯也可以倒入小分液漏斗中进行后处理[3]蒸六所得产物可以用气相色谱检测其纯度。固定液可用聚乙醇、临苯二甲酸二壬酯等。问题：用磷酸做脱水剂比用浓硫酸做脱水剂有什么优点？2、如果你的实验产率太低，试分析主要是在哪些操作步骤中造成损失。图1分馏装置2.分液漏斗实验二1-溴丁烷的制备计划学时：6学时一、实验目的：学习以溴化钠、浓硫酸和正丁醇制备正溴丁烷的原理与方法；练习回流加热操作。二、实验原理：本实验中正溴丁烷是由正丁醇与溴化钠、浓硫酸共热而制得：【反应式】主反应：可能的副反应：三、主要原料、产品和副产物的物理常数【试剂】6.2ml正丁醇，8.3g溴化钠，10ml浓硫酸，10%碳酸钠溶液，无水氯化钙四、实验装置：图1五、实验步骤：1、投料在圆底烧瓶中加入10ml水，再慢慢加入10ml浓硫酸，混合均匀并冷至室温后，再依次加入6.2ml正丁醇和8.3g溴化钠，充分振荡后加入几粒沸石。（硫酸在反应中与溴化钠作用生成氢溴酸，氢溴酸与正丁醇作用发生取代反应生成正溴丁烷。硫酸用量和浓度过大，会加大副反应进行；若硫酸用量和浓度过小，不利于主反应的发生，即氢溴酸和正溴丁烷的生成）以电热套为热源，按图1安装回流装置。加热回流：加热至沸，调整加热速度，以保持沸腾而又平稳回流，并不时摇动烧瓶促使反应完成。反应约30—40min。分离粗产物待反应液冷却后，改回流装置为蒸馏装置（用直形冷凝管冷凝），用75度弯管或者是蒸馏头，蒸出粗产物。（注意判断粗产物是否蒸完）。见【注释】（2）4、洗涤粗产物将馏出液移一干燥的分液漏斗中，用3ml的浓硫酸洗涤（除去粗产物中的少量未反应的正丁醇及副产物正丁醚、1—丁烯、2—丁烯。尽量分去硫酸层（下层）。有机相依次用10ml的水（除硫酸）、5ml10%碳酸钠溶液（中和未除尽的硫酸）和10ml水（除残留的碱）洗涤后，转入干燥的锥形瓶中，加入1—2g的无水氯化钙干燥，间歇摇动锥形瓶，直到液体清亮为止。5、收集产物将干燥好的产物移至小蒸馏瓶中，蒸馏，收集99—103℃的馏分。六、实验注意事项：投料时应严格按教材上的顺序；投料后，一定要混合均匀。反应时，保持回流平稳进行。洗涤粗产物时，注意正确判断产物的上下层关系。干燥剂用量合理。七、思考题：1、1-溴丁烷制备实验为什么用回流反应装置？2.1-溴丁烷制备实验为什么用球型而不用直型冷凝管做回流冷凝管？3.1-溴丁烷制备实验采用1：1的硫酸有什么好处？4.什么时候用气体吸收装置？怎样选择吸收剂？5.1-溴丁烷制备实验中，加入浓硫酸到粗产物中的目的是什么？6.1-溴丁烷制备实验中，粗产物用75度弯管连接冷凝管和蒸馏瓶进行蒸馏，能否改成一般蒸馏装置进行粗蒸馏？这时如何控制蒸馏终点？7.在1-溴丁烷制备实验中，硫酸浓度太高或太低会带来什么结果？八、注释[1]如用含结晶水的溴化钠(NaBr·2H2O)，可按物质的量进行换算．并相应地减少加入的水量。[2]在本实验中．由于采用1:1硫酸(即62％硫酸)，回流时如果保持缓和的沸腾状态，很少有溴化氢气体从冷凝管上端逸出。这样，如果在通风厨中操作，气体吸收装量可以省去[3]回流时间太短，则反应物中残留正丁醇增加。但将回流时间继续延长，产率也不能再提高多少。[4]用盛清水的试管收集馏出液．看有无油滴。粗1—溴丁烷约7mL[5]馏出液分为两层．通常下层为粗1-溴丁烷(油层)，上层为水。若未反应的正丁醇较多、成因蒸馏过久而蒸出氢溴酸共沸液，则液层的相对密度发生变化，油层可能悬浮或变为上层。如遇此现象．可加清水稀释使油层下沉。[6]粗1-溴丁烷中所含的少量末反应的正丁醇也可以用3mL浓盐酸完全洗去。使用浓盐酸时．1-溴丁烷在下c[7]油层如呈红棕色，系含有游离的澳。此时可用溶有少量亚硫酸氢钠的水溶液洗涤以除去溴实验三乙酸乙酯的制备实验目的1.学习酯化反应的基本原理和制备方法。2.掌握分液漏斗的使用方法。实验原理在浓硫酸催化下，乙酸和乙醇生成乙酸乙酯：为了提高酯的产量，本实验采取加入过量乙醇及不断把反应中生成的酯和水蒸出的方法。在工业生产中，一般采用加入过量的乙酸，以便使乙醇转化完全，避免由于乙醇和水及乙酸乙酯形成二元或三元恒沸物给分离带来困难。器材和药品1.器材普通蒸馏装置，分液漏斗(125mL)，大试管，烧杯，锥形瓶(50mL)，量筒，回流冷凝管，铁圈，普通漏斗，滤纸，pH试纸。2.药品冰乙酸，95%乙醇，浓硫酸，饱和碳酸钠，饱和氯化钙，饱和氯化钠水溶液，无水硫酸镁。实验方法图4-4回流装置在100mL圆底烧瓶中加入14.3mL冰醋酸和23mL乙醇，在摇动下慢慢加入7.5mL浓硫酸，混合均匀后加入几粒沸石，装上回流冷凝管（装置见图4-4）。在水浴上加热回流0.5h。稍冷后，改为蒸馏装置，在水浴上加热蒸馏，直至无馏出物馏出为止，得粗乙酸乙酯。在摇动下慢慢向粗产物中滴入饱和碳酸钠水溶液数滴，使有机相呈中性为止（用pH试纸测定）。将液体转入分液漏斗（使用方法见第二章“七、萃取操作”）中，摇振后静置，分去水相，有机相用10mL饱和食盐水洗涤后①，再每次用10mL饱和氯化钙溶液洗涤两次。弃去下层液，酯层转入干燥的锥形瓶用无水硫酸镁干燥图4-4回流装置将干燥后的粗乙酸乙酯滤入50mL蒸馏瓶中，在水浴上进行蒸馏，收集73～78℃馏分③，产量10～12g。纯粹乙酸乙酯的沸点为77.06℃，=1.3727。附注①碳酸钠必须洗去，否则下一步用饱和氯化钙溶液洗乙醇时，会产生絮状的碳酸钙沉淀，造成分离的困难。为减少酯在水中的溶解度（每17份水溶解1份乙酸乙酯），故此处用饱和食盐水洗。②由于水与乙醇、乙酸乙酯形成二元或三元恒沸物，故在未干燥前已是清亮透明溶液，因此，不能以产品是否透明作为是否干燥好的标准，而应以干燥剂加入后吸水情况而定，并放置30min，其间要不时摇动。若洗涤不净或干燥不够时，会使沸点降低，影响产率。③乙酸乙酯与水或醇形成二元和三元共沸物的组成及沸点如下表：沸点/℃组成/%乙酸乙酯乙醇水70.282.68.49.070.491.9

8.171.869.031.0

思考题1.酯化反应有什么特点，本实验如何创造条件促使酯化反应尽量向生成物方向进行？2.本实验可能有哪些副反应？3.如果采用醋酸过量是否可以？为什么？实验四从茶叶中提取咖啡因教学要求：1、学习从茶叶中提取咖啡因的基本原理和方法,了解咖啡因的一般性质。2、掌握用索氏提取器提取有机物的原理和方法。3、进一步熟悉萃取、蒸馏、升华等基本操作。基本操作：茶叶茶叶末提取液粗提取液粗提取物咖啡因1、升华2、收集蒸干回流提取蒸馏95%的乙醇2、索氏(Soxhlet)1、升华2、收集蒸干回流提取蒸馏95%的乙醇索氏(Soxhlet)提取器由烧瓶、提取筒、回流冷凝管3部分组成,装置如图所示。索氏提取器是利用溶剂的回流及虹吸原理（思考题1）,使固体物质每次都被纯的热溶剂所萃取,减少了溶剂用量,缩短了提取时间,因而效率较高。萃取前,应先将固体物质研细,以增加溶剂浸溶面积（思考题2）。然后将研细的固体物质装人滤纸筒内（思考题3，4）,再置于抽提筒,烧瓶内盛溶,并与抽提筒相连,抽提筒索式提取器上端接冷凝管。溶剂受热沸腾,其蒸气沿抽提筒侧管上升至冷凝管,冷凝为液体,滴入滤纸筒中,并浸泡筒中样品。当液面超过虹吸管最高处时,即虹吸流回烧瓶,从而萃取出溶于溶剂的部分物质。如此多次重复,把要提取的物质富集于烧瓶内。提取液经浓缩除去溶剂后,即得产物,必要时可用其他方法进一步纯化。思考题1：索式提取器的工作原理？思考题2：索式提取器的优点是什么？思考题3：对与索式提取器滤纸筒的基本要求是什么？思考题4：为什么要将固体物质（茶叶）研细成粉末？4、升华装置实验原理：咖啡因又叫咖啡碱,是一种生物碱,存在于茶叶、咖啡、可可等植物中。例如茶叶中含有1%～5%的咖啡因,同时还含有单宁酸、色素、纤维素等物质。咖啡因是弱碱性化合物,可溶于氯仿、丙醇、乙醇和热水中,难溶于乙醚和苯(冷)。纯品熔点235～236℃,含结晶水的咖啡因为无色针状晶体,在100℃时失去结晶水,并开始升华，120℃时显著升华，178℃时迅速升华。利用这一性质可纯化咖啡因。咖啡因的结构式为:咖啡因（1，3，7-三甲基-2，6-二氧嘌呤）咖啡因(1,3,7-三甲基-2,6-二氧瞟岭)咖啡因是一种温和的兴奋剂,具有刺激心脏、兴奋中枢神经和利尿等作用。提取咖啡因的方法有碱液提取法和索氏提取器提取法。本实验以乙醇为溶,用索氏提取器提取,再经浓缩、中和、升华,得到含结晶水的咖啡因。工业上咖啡因主要是通过人工合成制得。它具有刺激心脏、兴奋大脑神经和利尿等作用。故可以作为中枢神经兴奋药，它也是复方阿司匹林（A.P.C）等药物的组分之一。五、实验步骤：1、咖啡因的提取称取5g干茶叶,装入滤纸筒内,轻轻压实,包好，不允许实验过程中有茶叶漏出,置于抽提筒中,圆底烧瓶内加人60～8Oml95%乙醇,加热乙醇至沸,连续抽提1h,待冷凝液刚刚虹吸下去时,立即停止加热。将仪器改装成蒸馏装置,加热回收大部分乙醇。然后将残留液(大约l0～15ml)倾入蒸发皿中,烧瓶用少量乙醇洗涤,洗涤液也倒人蒸发皿中,蒸发至近干。加入4g生石灰粉（思考题6）,搅拌均匀,用电热套加热(100～120V),蒸发至干,除去全部水分（思考题7）。冷却后,擦去沾在边上的粉末,以免升华时污染产物。将一张刺有许多小孔的圆形滤纸盖在蒸发皿上,取一只大小