半微量法合成乙酸正丁酯概要.pptx

实验二：乙酸正丁酯的合成实验二：乙酸正丁酯的合成(半微量法合成半微量法合成)实实 验验 目目 的的学习醇酸脱水成酯的合成反应和机理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，进一步掌握简单熟悉分水装置的搭装和使用，进一步掌握简单蒸馏操作蒸馏操作学习分液漏斗的使用和干燥剂的用量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），原料：正丁醇，冰醋酸，浓硫酸（催化剂），10Na2CO3溶液溶液（中和用），无水硫酸镁（干燥剂）（中和用），无水硫酸镁（干燥剂）酯化反应：可逆的酸催化反应酯化反应：可逆的酸催化反应要使反应向右进行，需要采取的手段：（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，）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）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需预习的基本操作回流冷凝装置回流冷凝装置分水器的使用分水器的使用液液萃取液液萃取分液漏斗的使用分液漏斗的使用液体的干燥液体的干燥简单蒸馏装置简单蒸馏装置本实验需要注意的问题本实验需要注意的问题滴加浓硫酸要边加边摇，避免炭化；滴加浓硫酸要边加边摇，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；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，在反应刚开始时，注意控温，在80 C加热加热15分钟（注：分钟（注：是溶液温度，而不是蒸汽温度），待反应进行一段时是溶液温度，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，放水的间之后再加热回流除水（注意什么时候放水，放水的程度）；程度）；用用10Na2CO3溶液中和酸时注意放气；溶液中和酸时注意放气；pH试纸必须放在表面皿中使用，试纸必须放在表面皿中使用，（注：测有机相的（注：测有机相的pH值时，先用一滴水润湿值时，先用一滴水润湿pH试纸，再向水中点上一滴试纸，再向水中点上一滴有机相，水滴边缘的颜色显示有机相的有机相，水滴边缘的颜色显示有机相的pH），只需拿），只需拿出几张，立刻盖上瓶盖，否则时间长了就失效了；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。产品经老师检查，记录体积后再倒入回收瓶。实验中使用的仪器实验中使用的仪器蒸馏头蒸馏头 1个个直形冷凝管直形冷凝管 1个个单股接引管单股接引管 1支支温度计温度计 1支支温度计套管温度计套管 1个个玻璃漏斗玻璃漏斗 1个个滴管滴管 1个个共计共计22件件25 ml圆底烧瓶（圆底烧瓶（14）1个个10 ml圆底烧瓶（圆底烧瓶（14）2个个分水器分水器 1个个球形冷凝管球形冷凝管 1支支10 ml量筒量筒 1个个梨形分液漏斗梨形分液漏斗 1个个表面皿表面皿 1个个50 ml烧杯烧杯 1个个玻璃棒玻璃棒 1根根14玻璃塞玻璃塞 3个个25 ml锥形瓶（锥形瓶（14）2个个相关背景知识相关背景知识共沸混合物共沸混合物：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。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）。（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）称为共沸共沸点：共沸混合物的沸点（高于或低于其中的每一组分）称为共沸点（或恒沸点）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。产率。恒沸混合物的数据恒沸混合物的数据恒沸混合物恒沸混合物沸点沸点(C)乙酸正丁酯水乙酸正丁酯水90.7正丁醇水正丁醇水93乙酸正丁酯正丁醇乙酸正丁酯正丁醇117.6乙酸正丁酯正丁醇水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在合成过程中可以用苯提水和CCl4提水。例如在合提水。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，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（利用苯与水形成共沸体系（69 C）把水带出。）把水带出。C6H5CH2OH+CH3COOH C6H5CH2COOCH3+H2O分水器的使用及其原理：分水器的使用及其原理：1）原理：分水器之所以可以提水，是因为共沸所）原理：分水器之所以可以提水，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。反应，不互溶，比重不同。2）使用：见教材）使用：见教材53页的装置，必须使用温度计。页的装置，必须使用温度计。若分水器是单口的，则使用一个若分水器是单口的，则使用一个Y型管连接。分水型管连接。分水器用前先装一定量的水，反应中从活塞分出水。注：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，选用温度计需要插入液面里，选用0300 C温度计。温度计。萃取的原理萃取的原理：从固体或液体混合物中分离所需要的物质称为提取：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。实现混合液的分离。原理及操作方法见教材原理及操作方法见教材5760页页洗涤操作和萃取操作类似洗涤操作和萃取操作类似液体化合物的干燥液体化合物的干燥干燥方法分为物理方法和化学方法。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。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：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）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）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：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。因反应左右。因反应可逆，所以在蒸馏前必须将干燥剂滤除，否则被除去的水将返回液体中；可逆，所以在蒸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。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。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。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。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，如例如：酸性化合物不能用碱性干燥剂，如CaCl2与醇、胺类化合与醇、胺类化合物易形成络合物，故不能用物易形成络合物，故不能用CaCl2来干燥醇和胺类。碱性干燥剂来干燥醇和胺类。碱性干燥剂如如CaO，NaOH能催化某些醛或酮发生缩合反应，自动氧化反应，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，故不宜用也可使酯或酰胺发生水解反应，故不宜用CaO或或NaOH干燥这些干燥这些化合物。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，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。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）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。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分有机液体，影响产品收率。故干燥剂用于干燥剂还能吸附一部分有机液体，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。再补加。使用干燥剂地操作要点：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首先把被干燥的溶液中水分尽可能除净，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。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。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将待干燥的液体倒入干燥的锥形瓶中；的锥形瓶中；2.加入干燥剂，这里以加入干燥剂，这里以CaCl2为例；为例；3.盖好玻璃塞；盖好玻璃塞；4.摇动；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固体有机化合物的干燥主要是除去固体中的少量低主要是除去固体中的少量低沸点溶剂。有机固体有机化沸点溶剂。有机固体有机化合物的挥发性较溶剂小，因合物的挥发性较溶剂小，因此采取蒸发和吸附的方法来此采取蒸发和吸附的方法来达到干燥的目的。常用干燥达到干燥的目的。常用干燥法如下：法如下：烘干中有两种方法：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用恒温烘箱烘干或用恒温真空干燥箱烘干；烘干；b 用红外灯烘干用红外灯烘干冻干：即冷冻干燥。处理天然大分子，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。变性，因此要用冷冻干燥。干燥器干燥：干燥器干燥：a 普通干燥器；普通干燥器；b 真空干真空干燥器；燥器；c 真空恒温干燥器（干燥枪）。真空恒温干燥器（干燥枪）。气体的干燥气体的干燥有机实验中常用气体有有机实验中常用气体有N2、O2、H2、Cl2、NH3、CO2，有时，有时要求气体中含很少或几乎不含有要求气体中含很少或几乎不含有CO2、水等，因此就需要对上、水等，因此就需要对上述气体进行干燥。述气体进行干燥。干燥气体常用仪器有干燥管、干燥塔、干燥气体常用仪器有干燥管、干燥塔、U型管、各种洗气瓶型管、各种洗气瓶（用来盛液体干燥剂）等。干燥气体常用的干燥剂见下表。（用来盛液体干燥剂）等。干燥气体常用的干燥剂见下表。本次实验时干燥要注意以下事项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；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；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。干燥时最好用盖有塞子的磨口锥形瓶，以免挥发产物。简单蒸馏操作简单蒸馏操作总结上次课蒸馏操作中总结上次课蒸馏操作中的问题；的问题；蒸馏乙酸正丁酯产物时蒸馏乙酸正丁酯产物时到到120 C左右温度恒左右温度恒定后就开始接收产物；定后就开始接收产物；注意馏头的收集；注意馏头的收集；用量筒量取产物体积，用量筒量取产物体积，用比重换算成重量，再用比重换算成重量，再计算产率。计算产率。实验过程中的注意事项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；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有水带出的的水量判断反应进行的程度。反应进行完全时应观察不到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。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。要在在反应刚开始时，一定要控制好升温速度。要在80 C加热加热15分钟后分钟后再开始加热回流，以防乙酸过早地蒸出，影响产率。再开始加热回流，以防乙酸过早地蒸出，影响产率。用用10 Na2CO3洗涤时，因为有洗涤时，因为有CO2气体放出，所以要注意放气，同时气体放出，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。用洗涤时摇动不要太厉害，否则使酯乳化不易分层。用10 Na2CO3碱碱液洗涤中和过量的酸（大约需洗涤一次或两次）。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；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；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。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：乙酸正丁酯背景知识：乙酸正丁酯英文名：英文名：butyl acetate，结构式，结构式CH3COOC4H9,分子量分子量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时时为为0.8%（质量），（质量），293.16K时为时为1.0%（质量）。水在乙酸正丁酯中（质量）。水在乙酸正丁酯中293.16K时的溶解度为时的溶解度为1.86%（质量）。乙酸正丁酯易溶于松脂、酯（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。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、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，与甲醇进行酯交换，与AlCl3形成加合物。此外，在光照下，能发生形成加合物。此外，在光照下，能发生氯化反应，可得到氯化反应，可得到1-氯取代物和氯取代物和4-氯取代物。氯取代物。产品规格：见下表产品规格：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。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，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，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，引起胃和十二指肠充血，造成肠膜淤血。操作场所要保持良好通引起胃和十二指肠充血，造成肠膜淤血。操作场所要保持良好通风，操作人员要备防护用具，如溅入眼内，应立即用清水冲洗并风，操作人员要备防护用具，如溅入眼内，应立即用清水冲洗并用药物治疗。用药物治疗。用途：优良的有机溶剂，对乙酸纤维素、乙基纤维用途：优良的有机溶剂，对乙酸纤维素、乙基纤维素、氯化橡胶、聚苯乙烯、甲基丙烯酸树脂及许多素、氯化橡胶、聚苯乙烯、甲基丙烯酸树脂及许多天然橡胶如烤胶、马尼拉胶、达马树脂等均有良好天然橡胶如烤胶、马尼拉胶、达马树脂等均有良好的溶解性能。广泛应用于硝酸纤维清漆中。在人造的溶解性能。广泛应用于硝酸纤维清漆中。在人造革、织物及塑料加工过程中用作溶剂，在各种石油革、织物及塑料加工过程中用作溶剂，在各种石油加工和制药过程中用作萃取剂。也用于香料复配及加工和制药过程中用作萃取剂。也用于香料复配及杏、香蕉、梨、菠萝等各种香味剂的成分。杏、香蕉、梨、菠萝等各种香味剂的成分。