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实验一 N-甲基-N-苄基吗啉盐酸盐离子液体的合成及性能
一、简介
　　室温离子液体(RTILs)，主要指由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的，在室温或近于室温下呈液态的盐类。室温离子液体蒸汽压低、液态温度和电化学窗口范围宽、热稳定性高。本实验合成N-甲基-N-苄基吗啉盐酸盐型离子液体。
二、实验原理
合成N-甲基-N-苄基吗啉盐酸盐的反应式如下：

三、仪器设备及药品：
 水浴锅          加热磁力搅拌器
三口烧瓶    50ml     球形冷凝器   
温度计0—100℃   吸量管（10ml，5ml）
四、实验步骤
将0.1 m o l （ 11 . 1 m l）N-甲基吗啉和0.12m o l（13.8ml）氯化苄加入到50ml的三颈烧瓶中，在磁力搅拌下，控制反应温度40～50℃，反应时间1h，反应完毕，抽滤产品，并用乙醚洗涤两次，
即得到目标产物，置于称量瓶，保存于干燥器中。待测，并洗净实验仪器。

五、产品的分析测定
（1）外观：于自然散射光下，目测并记录试样的颜色和透明程度。
（2）产率（%）：将产物放在30℃下真空干燥24h，置于干燥器中冷却，再准确称重，并计算产率。
（3）溶解性：选用水、乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯、异丙醇等常见溶剂进行溶解性能的研究。（选做）
（4）采用KBr压片法，对所得物质结构进行红外表征。
实验二 甘氨酸锌螯合物的微波固相合成及表征
一、实验目的
1、根据文献综述氨基酸微量元素螯合物的制备方法；
2、掌握微波固相合成制备甘氨酸锌螯合物的方法；
3、熟悉红外光谱仪、XRD、热分析仪的使用方法。
二、实验原理
氨基酸和微量元素都是生物体必需的营养要素。氨基酸是构成蛋白质的基本结构单元，如甘氨酸、天冬氨酸和赖氨酸都属于生命体必需的天然氨基酸；微量元素直接或间接地参与机体几乎所有的生理和生化功能，对生命活动起着极为重要的作用。氨基酸微量元素螯合物是目前研制的新一代营养制剂，既能充分满足生命体对微量元素的需要，又能达到补充氨基酸的双重功效。
目前, 氨基酸螯合物的合成主要采用水体系合成法。但是在生产技术上, 此法存在工艺周期长, 成本高, 废液污染等缺点。微波作为一种电磁波, 能高速促使分子极化旋转, 增加反应物分子的碰撞频率。微波加热的非传导性加热效应, 可以加速化学反应的进行。近年来, 低热固相反应是现今所提倡的绿色化学工业生产中一种节能、高效、减污的合成方法。微波辐射辅助固相合成,能简化反应步骤、缩短反应时间、方便分离产物、提高产率和产品纯度。

三、仪器与试剂
1、仪器：iS10型傅立叶变换红外光谱仪；X射线衍射仪；差热分析仪；微波炉；玛瑙研钵
2、试剂：甘氨酸（AR）、ZnCl2、Zn（Ac）2、Zn（NO3）2、ZnO（AR）、95%乙醇（AR）。
四、 实验内容
1、螯合物的合成
甘氨酸7. 50g(100mmol)与适量的ZnCl2、Zn（Ac）2、Zn（NO3）2、ZnO（按1:1mol比）在玛瑙研钵中混合研磨,滴加少量95%的乙醇润湿反应物,使反应物体积膨胀，研磨反应20min后放入微波炉中,在中档微波功率辐射1min,取出，重复上述操作2次。将固体物用热水溶解，趁热过滤，滤液缓慢加热浓缩至晶膜出现为止，冷却，析出淡黄色晶体，抽滤，滤饼用95%的乙醇洗涤后于干燥器中放置1周得螯合物。

2、 螯合物的表征
① 红外光谱分析：甘氨酸和甘氨酸铜螯合物的IR光谱比较。
② 热分析：对所得样品进行热重和差热分析，考察其热稳定性。
③ XRD：对所得样品进行 X-射线衍射分析，可以知道样品的晶型，也可以知道所得产物是否含有杂相物质。
四、数据处理
1、计算产率。
2、根据甘氨酸和甘氨酸铜螯合物的IR光谱图，比较两者氨基和羰基特征吸收峰的位置，说明产生位移的原因，进一步确认螯合物的生成。
3、根据TG、DTA、XRD的数据进行分析螯合物的热稳定性及组成。
五、思考题
1. 微波法制备有何优点？
2. 固相合成与传统的水体系合成相比，有何优缺点？
3.. 本实验还可以探讨哪些影响因素？

参考文献
1. 张红漫, 陈国松, 冯改霞等. 单项氨基酸微量元素螯合物的研究. 氨基酸和生物资源, 2002, 24(4): 46-50
2. 张红漫, 陈国松, 仪明君等. 复合氨基酸铜螯合物的研究. 氨基酸和生物资源, 2002, 24(2): 37-40
3. 曾仁权, 钟国清. 甘氨酸钙螯合物的微波固相合成与表征. 合成化学, 2004，12(6)：591-594
实验三 聚合硫酸铁的制备及性能测定
一、实验目的
1、学习聚合硫酸铁的制备及净化水的知识
2、学习和了解絮凝沉降法处理工业废水的有关知识
3、巩固分光光度法和原子吸收法测定方法
二、实验原理
聚合硫酸铁是一种铁系无机高分子混凝剂，与硫酸亚铁、三氯化铁、硫酸铝以及碱式氯化铝等相比，具有无毒、适用pH范围广、矾花大、沉降快等优点，对COD、色度以及重金属离子等都有较好的去除效果，因此，被广泛地应用于给排水工业和废水处理等行业。
生产聚合硫酸铁的原料来源很多，如硫酸亚铁、钢铁酸洗废液、铁泥和铁矿石等,其中以硫酸亚铁为原料的生产工艺简单，条件温和，成品杂质少，品质高。本实验以钛白粉厂的副产品硫酸亚铁为原料，在常温常压下采用双氧水直接氧化法合成聚合硫酸铁。
按照氧化方式的不同，聚合硫酸铁的生产方法可分为直接氧化法和催化氧化法两大类。直接氧化法是直接通过强氧化剂 (如NaClO、KClO3、H2O2等) 将亚铁离子氧化为铁离子，经水解和聚合获得聚合硫酸铁；催化氧化法是在催化剂( 如NaNO2、HNO3等) 的作用下，利用空气或氧气将亚铁离子氧化为铁离子，经水解和聚合获得聚合硫酸铁。催化氧化法一般以空气为氧化剂，生产成本相对较低，在实际生产中应用较广，但需在较高的温度(80℃) 和反应压力(0.3 MPa) 下进行，反应时间较长(NaNO2 法为17 h，HNO3 法为5 h)，需要安装废气净化装置，以脱去反应过程中产生的大量氮氧化物气体，工艺流程复杂，对设备要求较高，投资较大。
二价铁被双氧水氧化形成三价铁离子。在一定 pH下，铁离子水解生成聚合硫酸铁，当稀释时进一步发生水解，形成 Fe(OH)3胶体，通过沉淀、吸附、絮凝等作用，使水相中的悬浮物、染料、Zn2+被转入固相。固相的物质可通过过滤或上浮法除去。
Fe(H2O)33+ + OH- = Fe(OH)3↓+3H+ + H2O
Zn2+ + OH- = Zn(OH)2↓
再通过浮上法,将氢氧化铁胶体浮上，使水中锌除去。
三、仪器和试剂
1 仪器: 酸度计、分光光度计，搅拌器、原子吸收分光光度计。
2 试剂: 硫酸亚铁，硫酸，双氧水、亚甲基蓝。
标准锌溶液：称取 0.4399g(保证试剂)ZnSO4•7 H2O 溶于水中，并稀释到 1 升，此溶液为 1.00µg/ml 的锌。
其它：1.0%NaOH，1%Fe2(SO4)3溶液。
四 、实验步骤
1 聚合硫酸铁的制备 称取11g 磨细后的硫酸亚铁于250 mL 锥形瓶中，加水25 mL，浓硫酸0.64 mL，开启搅拌器，缓慢加入H2O2 2.7mL (用滴管加入)。H2O2 加完后，过滤，静置、冷却，即得聚合硫酸铁成品溶液。

2 产品的性能检测
(1)去浊率测定
取200 mL高浊度原水样，加入1∶100 稀释后的聚合硫酸铁5 mL，剧烈搅拌3min，慢速搅拌10 min，取上层清液(液面以下2～3cm 处)，测定其吸光度，比较处理前后之吸光度,则得到去浊率。用不同用量的聚合硫酸铁进行实验，测水样的吸光度，得去浊率。作用量与去浊率的关系图，找出最佳用量。

(2)脱色率测定
取 200 mL 0.02%亚甲基蓝水溶液（由学生自己配制），用聚合硫酸铁作净化水的实验，方法同 1，找出最佳脱色用量。

(3)脱锌率
1）吸取 40mL含锌工业废水于 50mL烧杯中，加入不同用量的聚合硫酸铁，在电磁搅拌器上不断搅拌下，并充分搅拌 10 分钟，再放置10 分钟后，取上层清液(液面以下2～3cm 处) ，测定其锌含量。

2）除锌率的测定：

采用原子吸收分光光度计测定原液中的锌量和脱锌后的溶液中的锌量，计算出脱锌率。

五 思考与讨论
1、 制备聚合硫酸铁实验中加入硫酸的作用是什么？
2、 为什么聚合硫酸铁能将悬浮物除去？
3、 为什么通入空气会使 Fe(OH)3 沉淀随空气上浮？
4、 谈谈除锌基本原理是什么
实验四 氧化锰纳米晶体的制备及X射线衍射分析（综合性实验）
一、实验目的
1． 了解液相制备三氧化二锰纳米晶体的方法。
2． 了解粉末X射线衍射分析的基本原理和操作
二、 实验原理
纳米材料是指由极细晶粒组成、尺寸在纳米量级1~100nm的固体材料。由于这种材料的尺度处于原子簇和宏观物体的交接区域，因此具有表面效应，并产生奇异的力学、电学、磁学、光学、热学和化学等特性，实现直接为人类按需要排布原子、制造出性能独特的产品的理想。
纳米材料的合成方法总体上可分为气相法、液相法和固相法。气相法还可以分为气相冷凝法、活性氢—熔融金属反应、建设法和化学气相沉积法等。液相法也可以进一步分为溶胶—凝胶法、沉淀法、喷雾法和水热法等。固相法主要有机械研磨法。溶胶—凝胶（sol—gel）法以其较低的反应温度、所制备材料的高度均匀性和纯度以及具有各种各样的形成过程等优点吸引了众多科学家的注意。经过大约一个世纪的发展，溶胶—凝胶法逐渐成为一门独立的科学分支。溶胶—凝胶法涉及溶胶和凝胶两个概念，所谓溶胶，是指分散到液相中足够小（1~100nm）的固态粒子，分散相的重力可以忽略不计，其微粒之间的相互作用主要是短程作用力，例如范德华力、表面电荷作用力等。分散相之间的惯性主要表现为布朗运动；而凝胶是一种由两种或两种以上的物质形成的固形体，其中固相的物质形成一种连续的三维网状结构。
X射线衍射物相分析是根据晶体的面间距对X射线衍射强度来鉴定晶体物的方法。X射线对人体是有害的，因此X射线衍射仪都有含铅的玻璃防护罩，以吸收散射出的X射线。由晶体化学可知，晶体具有周期性结构。物质的晶体结构可以看成一些相同的晶面按一定的距离d平行排列而成。故一个晶体存在着一组特定的d值（d，d1，d2，d3…），结构不同的晶体其d值都不相同，所以可用它来表示晶体特征。假定晶体中某一方向晶面之间的距离为d，X射线以夹角λ射入晶体。经过相邻两个晶面后入射线和衍射线产生的光程差为2dsinθ。我们知道，只有当光程差等于入射光波长λ的整数倍n时，才能产生被加强的衍射线，既符合布拉格（Bragg）方程：
2dsinθ=nλ
利用X射线衍射仪可以直接测定和记录晶体所产生的衍射方向和强度。利用X射线衍射仪即得到样品的粉末X射线衍射图。由晶体的粉末X射线衍射图各衍射峰所对应的2θ角，用布拉格公式可求对应的晶面间距d：
d=nλ/ 2sinθ
式中：n为整数，一般只求n=1时的d值；λ为波长。
由所计算的d值和对应的相对强度数据查阅有关的索引书，估计样品的可能化学式，再由索引给出的信息查阅对应的卡片。最后得到该样品的其他结晶学数据。
现在，国际上专门的研究机构——粉末衍射标准联合委员会（JCPDS）收集了几万种晶体的衍射标准数据，并编制了一套X射线粉末衍射数据的卡片（JCPDS卡片）。实际工作中只要测得被测物质的粉末衍射数据，再去查对JCPDS卡片，即可得知该被测物质的化学式以及有关的各种结晶学数据。因此，这套卡片已成为X射线粉末法物相分析不可缺少的工具。
本实验利用X射线衍射方法对纳米晶三氧化二锰（γ-Mn2O3）进行物相分析和粒度测定。三氧化二锰（γ-Mn2O3）纳米晶采用液相均相沉淀法合成，以氯化锰为锰源，过氧化氢为氧化剂，与氢氧化钠反应合成Mn2O3。制备过程中氢氧化钠的滴加速度、表面活性剂的浓度和热处理温度对产物粒度有很大影响。化学反应方程式如下：
2MnCl2＋H2O2＋4NaOH=Mn2O3＋4NaCl＋3H2O
三、 试剂或器材
试剂：氯化锰（MnCl2·4H2O），过氧化氢（H2O2），十二烷基苯磺酸钠（C18H29NaO3S），氢氧化钠（NaOH）；
器材：X射线衍射仪，玛瑙研钵，烧杯，量筒，电磁搅拌器，瓷坩埚，马福炉，脱脂棉。
四、 实验步骤
1. 纳米Mn2O3粉末样品的制备
把MnCl2·4H2O晶体溶于水中，配成0.125mol/L浓度的溶液200mL，同时加入8mL 2.5mol/L的H2O2做氧化剂，然后加入12mL 0.025mol/L浓度的C18H29NaO3S (十二烷基苯磺酸钠)表面活性剂，溶液中出现了非常轻微的浑浊现象。在电磁搅拌下，待混合均匀后缓慢加入12mL 2.5 mol/L的NaOH溶液，继续搅拌直到沉淀完全。分离出沉淀，放入瓷坩埚中在100℃下烘干，将粉末重新研磨后放入马弗炉中在250℃下热处理2h。保留好样品进行物相分析和粒径测定。

2. X射线衍射分析
a) 粉末样品的准备
样品研磨：对于粒度较大样品，可先用研钵将样品研细至200～300目，—般用手指压研无颗粒感觉即可，以防止可能出现的择优取向。本实验中纳米Mn2O3粉末样品不需研磨。
b) 样品压片：
将粉末样品放入样品板的槽内压实，注意从上向下压，不要来回滑动用来压实样品的玻璃片，以防止样品压片时产生择优取向。
c) 衍射条件的确定
根据不同的样品，选用不同的扫描范围、狭缝宽度、扫描速度、计数仪的时间常数、衰减倍数等，每种型号的X射线衍射仪在测角仪的扫描速度ω(度/分)、时间常数T(s)和接收狭缝F的宽度D(mm)这三者之间有一个最佳的比例关系。
3. X射线衍射图的记录
在实验指导教师指导下，将压好的样品槽放入X射线衍射样品槽位置上。调仪器至工作状态后，测定样品的X射线衍射图。
五、 实验结果与讨论
1. 物相分析
用多晶X射线衍射图（XRD）确定产物的物相
将样品名称或编号及实验条件记录在所得X射线衍射图上。标出衍射峰的2θ角位置及对应的强度I/I0（将最高的衍射峰定义为I0，再定出其他衍射峰的相对强度I/I0）。由布拉格公式(2dsinθ=nλ)求出当n=1时的各衍射角的d值（λ已知，本次实验λ为154.18pm）。
2. 粒度分析
纳米粒子的平均粒径可由Scherrer（谢乐）公式求出：

式中：K为常数，取0.9；λ为X射线波长；β0为X射线衍射峰的半高宽；θ为X射线衍射峰的衍射角；L为晶粒尺寸。
测量样品的一个衍射峰的半高宽，利用Scherrer方程求出产物的粒径。
由图谱（图2）可知，半高宽β0＝0.745°，即β0＝0.013，2θ＝36.12°，λ＝0.15418nm，K取0.9带入数据得L＝11.27nm。
六、 思考题
1.影响粉末X射线衍射图效果的因素有哪些？
2.多晶衍射时能否用多种波长的混合X射线？为什么？
3.合成Mn2O3纳米晶过程中加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（C18H29NaO3S）的作用是什么？
4.晶粒尺寸的减小是否是导致衍射峰变宽的唯一因素？
实验五 芦丁的提取分离及鉴定
芦丁，又名芸香甙、维生、紫槲成甙，广泛存在于植物界，如芸香、苦荞麦、槐树蕾、楸树叶、蒲公英、番茄茎、赤豆等均含有丰富的芦丁，尤以槐花米（Sophora japoina L.的花蕾）和荞麦叶中含量最高。芦丁能凉血止血，清肝泻火，具有抗炎作用。还具有抑制醛糖还原酶的作用，用于预防脑溢血，高血压，视网膜出血，急性出血肾炎，治疗慢性气管炎，对糖尿病型白内障也有较好的治疗，而且芦丁对紫外线具有较强的吸收作用，在化妆品中添加10%的芦丁，紫外线的吸收率可达98%以上。
本实验主要以槐花米为原料提取芦丁，并以芦丁为例学习黄酮类化合物的性质及部分鉴定方法。
1 实验部分
1.1 实验原理
芦丁（Rutin）：C27H30O16·3H2O，浅黄色针状结晶，mp 174～178 ℃（含三分子水）；188 ℃（无水物）。难溶于冷水（1:8000～10000），可溶于热水（1:180～200），热甲醇（1:10），冷甲醇（1:100），热乙醇（1:60），冷乙醇（1:650），难溶于乙醚、三氯甲烷、石油醚、乙酸乙酯、丙酮，易溶于碱液。

芦丁
本实验是利用芦丁为黄酮苷，分子中具有酚羟基，显酸性，可溶于稀碱液，在酸液中沉淀析出的性质进行提取分离。利用芦丁易溶于热水、热乙醇，较难溶于冷水、冷乙醇的性质选择重结晶方法进行精制。芦丁可被稀酸水解生成槲皮素及葡萄糖、鼠李糖，依此可进行槲皮素的制备。通过纸色谱及紫外光谱进行黄酮及糖的鉴定。
1.2 实验仪器及药品
SHZ-D循环水式真空泵（河南省巩义市英峪仪器一厂），HH-Z电热恒温水浴锅（上海医疗器械五厂），烧杯（1000ml），圆底烧瓶，球形冷凝管，漏斗，托盘天平，抽滤瓶，布氏漏斗滤纸，试管，滴管，新华1号滤纸，铅笔，铁架台，电炉，石棉网，橡皮管。
槐花米（2011年购于同仁堂大药房），95%乙醇，浓硫酸，浓盐酸，镁粉，醋酸铅试剂，1-萘酚，正丁醇，醋酸，1%三氯化铝-乙醇溶液，无水乙醇，硼砂水，饱和石灰水。
1.3 芦丁的提取
取20 g槐花米于研钵中研成粉状物，置于250 mL烧杯中，加入150 mL饱和石灰水溶液，于石棉网上加热至沸腾，并不断搅拌，煮沸15 min后抽滤，滤渣再用100 mL饱和石灰水溶液煮沸10 min，抽滤。合并两次滤液，然后用15%盐酸(约5 mL )中和，调节pH为3～4。放置1 h～2 h，使沉淀完全，抽滤，沉淀用水洗涤2～3 次，得芦丁粗品。将粗品芦丁置于250 mL的烧杯中，加水150 mL于石棉网上加热至沸腾，不断搅拌并慢慢加入约50 mL饱和石灰水溶液，调节溶液pH为8～9，待沉淀溶解后，趁热过滤。滤液置于250 mL的烧中，用15%盐酸调节溶液的pH值为4～5，静置30 min，芦丁以浅黄色结晶析出。抽滤，产品用水洗涤1～2次，烘干后约重1.5 g，熔点183 ℃～190 ℃(不含结晶水)。碱水提取是利用芦丁在碱水中成盐而增大溶解能力，加酸酸化后可析出结晶的原理进行的。

1.4 芦丁的精制
1.4.1 重结晶
将粗制芦丁研细，加95%乙醇回流溶解（每2 g芦丁需加70 ml左右乙醇）趁热过滤，取1/2滤液浓缩至原体积的1/3-1/4，放置，析出结晶，抽滤，干燥称重，得精制芦丁，计算得率。

1.4.2 芦丁的水解
取另1/2量芦丁滤液，加入1 mol硫酸（80 ml）水浴回流一小时（用聚酰胺薄层检查水解是否完全）待全部水解后，蒸去乙醇，冷却、析出槲皮素、抽滤、滤液内含糖。槲皮素沉淀经水洗、抽干、干燥称重，计算得率。再用乙醇重结晶一次，得黄色针晶，为槲皮素精品。

+鼠李糖+葡萄糖
含糖的溶液，取20 ml于水浴上加热，同时于搅拌下加硫酸钡细粉中和至中性。滤除白色的硫酸钡沉淀，滤液在水浴上浓缩至1-2 ml，供纸色谱用。

2 鉴定
2.1 性质实验
2.1.1 盐酸-镁粉反应：取芦丁少量，加乙醇数滴溶解，再加浓盐酸5滴，最后加少量镁粉，观察颜色变化。
2.1.2 醋酸铅沉淀反应：取芦丁少许溶于热水，加醋酸铅试剂数滴，观察结果。
2.1.3 Molish反应：取芦丁和，置于试管中各加乙醇数滴，加1-萘酚数滴摇匀，倾斜试管，沿管壁滴加浓硫酸5滴，静置，观察二层溶液界面处的颜色变化。
2.2 色谱鉴定
2.2.1 点样：取新华一号滤纸，距下端3厘米处用铅笔划线，为起始线，隔1.5厘米处点样品。将点好样品的滤纸挂在层析缸中饱和半小时，在上行展开。
a. 芦丁乙醇溶液 （芦丁溶解在乙醇中即可）
b. 精制槲皮素乙醇溶液（精制槲皮素溶解在乙醇中即可）
展开剂：正丁醇-醋酸-水（4:1:5，上层）
2.2.2 显色：a. 可见光下观察色斑，紫外灯下观察荧光斑。
b. 1%三氯化铝-乙醇溶液，在观察荧光斑点。