半微量法合成乙酸正丁酯概要.ppt

1、实验二：乙酸正丁酯的合成(半微量法合成),实 验 目 的,学习醇酸脱水成酯的合成反应和机理 学习共沸蒸馏原理，了解常见的共沸体系 熟悉分水装置的搭装和使用，进一步掌握简单蒸馏操作 学习分液漏斗的使用和干燥剂的用量,本实验需要掌握的知识及基本操作,原料：正丁醇，冰醋酸，浓硫酸（催化剂），10Na2CO3溶液（中和用），无水硫酸镁（干燥剂） 酯化反应：可逆的酸催化反应 要使反应向右进行，需要采取的手段：（1）增加反应物的投料量，（2）减少生成物的量，如本实验可减少生成的水,需预习的基本操作,回流冷凝装置 分水器的使用 液液萃取分液漏斗的使用 液体的干燥 简单蒸馏装置,本实验需要注意的问题,滴加浓硫

2、酸要边加边摇，避免炭化； 分水器应预先加入一定量的水，并做好标记，最后记下生成的水量来判断反应进行的程度； 反应刚开始时，注意控温，在80C加热15分钟（注：是溶液温度，而不是蒸汽温度），待反应进行一段时间之后再加热回流除水（注意什么时候放水，放水的程度）； 用10Na2CO3溶液中和酸时注意放气； pH试纸必须放在表面皿中使用， （注：测有机相的pH值时，先用一滴水润湿pH试纸，再向水中点上一滴有机相，水滴边缘的颜色显示有机相的pH），只需拿出几张，立刻盖上瓶盖，否则时间长了就失效了； 产品经老师检查，记录体积后再倒入回收瓶。,实验中使用的仪器,蒸馏头 1个 直形冷凝管 1个 单股接引管 1

3、支 温度计 1支 温度计套管 1个 玻璃漏斗 1个 滴管 1个 共计22件,25 ml圆底烧瓶（ 14 ） 1个 10 ml圆底烧瓶（ 14 ） 2个 分水器 1个 球形冷凝管 1支 10 ml量筒 1个 梨形分液漏斗 1个 表面皿 1个 50 ml烧杯 1个 玻璃棒 1根 14玻璃塞 3个 25 ml锥形瓶（ 14 ） 2个,相关背景知识,共沸混合物：在蒸馏过程中，有时可能得到与单纯化合物相似的，具有固定沸点和固定组成的混合物。其气相和液相的组成也完全相同。因此不能用分馏的方法进行进一步分离。该混合物称为共沸混合物（或恒沸混合物）。 共沸点：共沸混合物的沸点（高于或低于其中的每一组分）称为共

4、沸点（或恒沸点） 本实验利用水与正丁醇、水与乙酸正丁酯形成的共沸体系将生成的水从反应体系中提取出来，使反应向正方向充分进行，从而提高反应的产率。 恒沸混合物的数据 恒沸混合物沸点(C) 乙酸正丁酯水90.7 正丁醇水93 乙酸正丁酯正丁醇117.6 乙酸正丁酯正丁醇水90.7 注：蒸馏时，在某些温度下出现的馏分，可以利用恒沸体系来解释,在合成过程中可以用苯提水和CCl4提水。例如在合成醋酸苄酯时，就可以在反应体系中加入一定的苯，利用苯与水形成共沸体系（69C）把水带出。 C6H5CH2OH + CH3COOH C6H5CH2COOCH3 +H2O 分水器的使用及其原理： 1）原理：分水器之所以

5、可以提水，是因为共沸所带出的混合物的比重不同。有机物一般在上层，水在下层。使用分水器的条件：分水器内物质不参与反应，不互溶，比重不同。 2）使用：见教材53页的装置，必须使用温度计。若分水器是单口的，则使用一个Y型管连接。分水器用前先装一定量的水，反应中从活塞分出水。注：温度计需要插入液面里，选用0300C温度计。,萃取的原理：从固体或液体混合物中分离所需要的物质称为提取或萃取。在欲分离的液体混合物中加入一种与其不溶或部分互溶的液体溶剂，形成两相系统，利用液体化合物中各组分在两相中的溶解度和分配系数的不同，易溶组分较多地进入溶剂相，从而实现混合液的分离。 原理及操作方法见教材5760页 洗涤操

6、作和萃取操作类似,液体化合物的干燥,干燥方法分为物理方法和化学方法。 物理方法：烘干，晾干，吸附，分馏，共沸蒸馏和冷冻等。近年来还常用离子交换树脂和分子筛吸附等方法来进行干燥。 化学方法：用干燥剂来除水。根据除水原理可分为两种： a）能与水可逆地结合，生成水合物，如CaCl2nH2OCaCl2nH2O； b）与水发生不可逆反应，生成新的化合物，如NaH2O NaOHH2 使用干燥剂要注意的几点： A.干燥剂与水的反应为可逆反应时，反应达到平衡需要一定时间。一般最少要两个小时或更长时间才能收到较好的干燥效果。因反应可逆，不能将水完全除尽，故干燥剂的加入量要适当，一般为5左右。因反应可逆，所以在蒸

7、馏前必须将干燥剂滤除，否则被除去的水将返回液体中；另外，若把盐倒入或留在蒸馏瓶底，受热时会发生崩溅。 B. 使用的干燥剂与水发生不可逆反应时，蒸馏前干燥剂不必滤除。 C. 干燥剂只适用于干燥少量水分。若水含量大，干燥效果不好。为此萃取分液时一定尽量将水层分净，这样干燥效果比较好，并减少产物损失。,干燥剂的选择：干燥剂与被干燥的液体有机化合物不能发生化学反应，包括：溶解，缔合和催化等作用。 例如：酸性化合物不能用碱性干燥剂，如CaCl2与醇、胺类化合物易形成络合物，故不能用CaCl2来干燥醇和胺类。碱性干燥剂如CaO，NaOH能催化某些醛或酮发生缩合反应，自动氧化反应，也可使酯或酰胺发生水解反应

8、，故不宜用CaO或NaOH干燥这些化合物。 干燥剂的用量：干燥剂的实际用量大大超过计算量。实际操作中，主要通过现场判断，即观察法。 观察被干燥的液体：未加干燥剂之前，溶液是浑浊的。加入干燥剂之后，溶液变为澄清透明状，这时即干燥合格。否则应补加适量干燥剂继续干燥。（注：在加干燥剂时要少量多次地加）,观察干燥剂：有些液体化合物中有水与否，溶液总是清澈透明的。这时判断干燥剂用量是否合适，则应看干燥剂的状态。加入干燥剂后，因其吸水变黏，粘在壁上，摇动不易旋转，表明干燥剂用量不够。应补加干燥剂。直到新的干燥剂不结块，不粘壁。干燥剂棱角分明，摇动时旋转，表明所加干燥剂用量合适。（注：由于干燥剂还能吸附一部

9、分有机液体，影响产品收率。故干燥剂用量要适中。应加入少量干燥剂后静置一段时间，观察用量不足时再补加。 使用干燥剂地操作要点：A 首先把被干燥的溶液中水分尽可能除净，B 把待干燥的液体放入锥形瓶中，取颗粒大小合适的干燥剂放入液体中，用塞子盖住瓶口，轻轻振摇，经观察判断干燥剂是否足量，静置半小时，最好过夜。 把干燥好的液体滤入蒸馏瓶中，然后进行蒸馏。,1. 将待干燥的液体倒入干燥的锥形瓶中； 2. 加入干燥剂，这里以CaCl2为例； 3. 盖好玻璃塞； 4. 摇动；,5. 静置1530分钟,6. 搭好过滤装置,7. 向漏斗内塞入一块棉花,8. 过滤,固体有机化合物的干燥,主要是除去固体中的少量低沸

10、点溶剂。有机固体有机化合物的挥发性较溶剂小，因此采取蒸发和吸附的方法来达到干燥的目的。常用干燥法如下：,烘干中有两种方法： a 用恒温烘箱烘干或用恒温真空干燥箱烘干； b 用红外灯烘干 冻干：即冷冻干燥。处理天然大分子，尤其是蛋白质、核酸，由于高温下容易变性，因此要用冷冻干燥。 干燥器干燥：a 普通干燥器；b 真空干燥器；c 真空恒温干燥器（干燥枪）。,气体的干燥,有机实验中常用气体有N2、O2、H2、Cl2、NH3、CO2，有时要求气体中含很少或几乎不含有CO2、水等，因此就需要对上述气体进行干燥。 干燥气体常用仪器有干燥管、干燥塔、U型管、各种洗气瓶（用来盛液体干燥剂）等。干燥气体常用的干

11、燥剂见下表。,本次实验时干燥要注意以下事项,干燥时间应够半小时再蒸馏； 用漏斗加一小团棉花，过滤除去干燥剂后再蒸馏； 干燥时最好用盖有塞子的磨口锥形瓶，以免挥发产物。,简单蒸馏操作,总结上次课蒸馏操作中的问题； 蒸馏乙酸正丁酯产物时到120C左右温度恒定后就开始接收产物； 注意馏头的收集； 用量筒量取产物体积，用比重换算成重量，再计算产率。,实验过程中的注意事项,滴加浓硫酸时要边摇动边滴加，使硫酸迅速混合均匀，避免局部炭化； 分水器中应预先加入一定量的水，在分水器上用笔做一标记，在反应过程中，生成的水由分水器放出，但水面需要保持在标记处。由生成的水量判断反应进行的程度。反应进行完全时应观察不到

12、有水带出的浑浊现象。最后记下生成水的量，与计算所得到的理论产量比较，所以使用的量水仪器要在干燥后使用。 在反应刚开始时，一定要控制好升温速度。要在80C加热15分钟后再开始加热回流，以防乙酸过早地蒸出，影响产率。 用10 Na2CO3洗涤时，因为有CO2气体放出，所以要注意放气，同时洗涤时摇动不要太厉害，否则使酯乳化不易分层。用10 Na2CO3碱液洗涤中和过量的酸（大约需洗涤一次或两次）。 pH试纸使用时要放再表面皿中，且只需要几张即可； 蒸馏装置必须干燥，仪器在烘箱中烘干（分液和干燥产物之前先把仪器洗干净放入烘箱中干燥； 测量产物体积，经老师检查记录后，再倒入回收瓶中。,背景知识：乙酸正丁

13、酯,英文名：butyl acetate，结构式CH3COOC4H9,分子量116.16 物理性质：无色透明液体，有水果香味，在水中的溶解度288.16K时为0.8%（质量），293.16K时为1.0%（质量）。水在乙酸正丁酯中293.16K时的溶解度为1.86%（质量）。乙酸正丁酯易溶于松脂、酯胶、苯、呋喃树脂、达马树脂、榄香酯、乳香、贝壳衫脂、马尼拉橡胶、杜仲胶、甘酞树脂等天然树脂，以及聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、氯化橡胶等合成树脂，也能溶于钙镁锌等金属的树脂酸盐。其主要物理性质见下表。,化学性质：乙酸正丁酯加碱水解，生成乙酸和正丁醇。能与乙醇、甲醇进行酯交换，与AlCl3形成加合物。此外，在光照下，能发生氯化反应，可得到1-氯取代物和4-氯取代物。 产品规格：见下表 毒性、安全、储存及运输：乙酸正丁酯易燃，操作场所最高允许浓度为0.95 mg/L。由于乙酸正丁酯在常温时就易燃，所以严禁与炸药类物质一起运输。火灾时宜用干粉、二氧化碳灭火器 乙酸正丁酯对中枢神经系统有抑制作用，吸入会刺激肺胞粘膜，引起肺气肿，造成支气管炎，如经口进入人体内会刺激消化系统，