實驗二：乙酸正丁酯的合成一、實 驗 目 的 學(xué)習(xí)醇酸脫水成酯的合成反應(yīng)和機(jī)理 學(xué)習(xí)共沸蒸餾原理，了解常見的共沸體系。 學(xué)習(xí)利用分水器進(jìn)行共沸蒸餾裝置的搭裝和使用，進(jìn)一步掌握簡單蒸餾操作。 學(xué)習(xí)回流、共沸蒸餾、萃取、分液、干燥等操作。二、反應(yīng)原理 原料：正丁醇，冰醋酸，濃硫酸（催化劑），10Na2CO3溶液（中和用）， 無水硫酸鎂（干燥劑） 反應(yīng)及原理： 本實驗為可逆反應(yīng)，要使反應(yīng)向右進(jìn)行，需要采取的手段：（1）增加某種反應(yīng)物的投料量，（2）不斷將某種生成物取走，如本實驗利用共沸蒸餾的方法將體系中生成的水帶出，再利用分水器將水與體系分離，使反應(yīng)向生成物方向進(jìn)行。三、基本操作 回流冷凝裝置 分水器的使用 液液萃取的原理及分液漏斗的使用演示分液漏斗的操作及使用時應(yīng)注意的問題，如放氣等。 干燥原理及干燥劑用量的判斷。 復(fù)習(xí)簡單蒸餾操作四、本實驗需要注意的問題1. 滴加濃硫酸要邊加邊搖，避免炭化。2. 分水器應(yīng)預(yù)先加入一定量的水，并做好標(biāo)記，最后記下生成的水量來判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度。3. 反應(yīng)剛開始時，注意控溫，在80°C加熱15分鐘（注：是溶液溫度，而不是蒸汽溫度），待反應(yīng)進(jìn)行一段時間之后再加熱回流使反應(yīng)中生成的水與體系分離。4. 用10Na2CO3溶液中和酸時注意放氣。5. pH試紙必須放在表面皿中使用，拿出幾張，立刻蓋上瓶蓋，否則時間長了就失效了。6. 產(chǎn)品經(jīng)老師檢查后再倒入回收瓶。五、實驗中使用的儀器序號名稱規(guī)格件數(shù)1圓底燒瓶25ml，（14）12圓底燒瓶10ml （14）23分水器14球形冷凝管15錐形瓶25ml （14）16蒸餾頭1417直型冷凝管1418單股接引管1419玻璃塞14210量筒50ml111量筒10ml112溫度計300113溫度計套管114玻璃漏斗115滴管116梨型分液漏斗50或100ml117表面皿118燒杯50ml119玻璃棒1合計21件六、需要讓學(xué)生了解和掌握的知識1共沸蒸餾原理及夾帶劑的作用1) 共沸蒸餾原理 在混合物中加入第三組分，該組分與原混合物中的一個或兩個組分形成沸點比原來組分和原來共沸物沸點更低的新的具有最低共沸點的共沸物，使組分間的相對揮發(fā)度增大，易于用蒸餾的方法分離，這種蒸餾方法稱為共沸蒸餾，加入的第三組分稱為恒沸劑或夾帶劑。2） 夾帶劑 在合成過程中常用的夾帶劑有苯、甲苯、二甲苯、三氯甲烷、四氯化碳等 。這些夾帶劑與體系中的水形成共沸混合物，使沸點降低。例如在合成醋酸芐酯時，就可以在反應(yīng)體系中加入一定的苯，利用苯與水形成共沸體系（69°C）把水帶出。特意加入的夾帶劑不能與反應(yīng)體系發(fā)生反應(yīng)，并且不能與水混容，本實驗中用的是原料乙酸。2分水器的使用方法3液體化合物的干燥1）干燥的方法分為物理方法和化學(xué)方法。 物理方法：有烘干，晾干，吸附，分餾。共沸蒸餾和冷凍等。今年來還常用離子交換樹脂和分子篩等方法來進(jìn)行干燥。 化學(xué)方法：用干燥劑來除水。根據(jù)除水原理可分為兩種：a）能與水可逆地結(jié)合，生成水合物，如CaCl2nH2O«CaCl2 nH2O；b）與水發(fā)生不可逆反應(yīng)，生成新地化合物，如NaH2O «NaOHH22） 用干燥劑時要注意的幾點： 當(dāng)干燥劑與水發(fā)生反應(yīng)可逆反應(yīng)時，反應(yīng)達(dá)到平衡需要一定時間。一般最少要兩個小時或更長時間才能受到較好的干燥效果。因反應(yīng)可逆，不能將水完全除盡，故干燥劑的加入量要適當(dāng)，一般為5左右。在蒸餾前必須將干燥劑濾除，否則被除去的水在蒸餾過程中可被釋放出來返回到液體中。另外，若把鹽倒入或留在蒸餾瓶底，受熱時會發(fā)生崩濺。 使用干燥劑與水發(fā)生不可逆反應(yīng)時，蒸餾前干燥劑不必濾除。 干燥劑只用于干燥少量水分，若水的含量大，干燥效果不好。為此萃取時一定盡量將水層分凈。這樣干燥效果才好，并可少損失產(chǎn)物。4 燥劑的選擇：干燥劑與被干燥的液體有機(jī)化合物應(yīng)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，包括：溶解，締合催化等作用。例如：酸性化合物不能夠用堿性干燥劑，如CaCl2與醇、胺類化合物易形成絡(luò)合物，故不能用CaCl2來干燥醇合胺類化合物。又如CaO，NaOH等堿性干燥劑能使某些醛或酮發(fā)生縮合反應(yīng)、氧化反應(yīng)，也可使酯或酰胺發(fā)生水解反應(yīng)，故不宜用CaO或NaOH干燥這類化合物。5 燥劑的用量：干燥劑的實際用量大大超過計算量。實際操作中，主要通過現(xiàn)場判斷，即觀察法。1）觀察被干燥的液體，一般來說有機(jī)液體在未加干燥劑之前，溶液是渾濁的，加入干燥劑之后，溶液變?yōu)槌吻逋该鳡?。這時再少加一些，讓干燥劑過量即可 。 2）觀察干燥劑的變化，有些有機(jī)液體化合物無論有水還是沒水，溶液總是清澈透明。這時判斷干燥劑用量是否合適，則應(yīng)看干燥劑的狀態(tài)。加入干燥劑后，干燥劑因吸水而粘結(jié)在一起，沾在壁上，搖動時不易旋轉(zhuǎn)，表明干燥劑用量不夠。應(yīng)補(bǔ)加干燥劑。直到新地干燥劑不結(jié)塊，不粘壁，搖動時干燥劑隨液體旋轉(zhuǎn)，有明顯的懸浮顆粒，表明所加干燥劑用量合適。（注：由于干燥劑還能吸附一部分有機(jī)液體，影響產(chǎn)品收率。故干燥劑用量要適中。應(yīng)加入少量干燥劑后靜置一段時間，觀察用量不足時再補(bǔ)加。）6 使用干燥劑操作要點：1） 首先把被干燥的溶液中水分盡可能除凈。2） 把待干燥的液體放入錐形瓶中，根據(jù)干燥劑的性質(zhì)取顆粒大小合適（或粉末狀如無水硫酸鎂）的干燥劑放入液體中，用塞子蓋住瓶口，輕輕振搖，經(jīng)觀察判斷干燥劑用量是否合適。干燥時間越長越好，最好過夜。但是由于課時有限，一般要求學(xué)生靜置1015分鐘即可。7 把干燥好的液體濾入蒸餾瓶中，然后進(jìn)行蒸餾。本次實驗時干燥要注意以下事項 干燥時間應(yīng)夠半小時再蒸餾； 干燥劑用漏斗加一小團(tuán)棉花，過濾除去后蒸餾； 干燥時最好用磨口錐形瓶，以免揮發(fā)產(chǎn)物。簡單蒸餾操作l 總結(jié)上次課蒸餾操作中的問題；l 蒸餾乙酸正丁酯產(chǎn)物時，到120°C左右溫度恒定后就開始接收產(chǎn)物；l 注意餾頭的收集；l 接收餾分的接受瓶要先稱空瓶重，然后接收產(chǎn)物稱重，并計算產(chǎn)率；l 也可用量筒量取產(chǎn)物體積，用比重?fù)Q算成重量，再計算產(chǎn)率。實驗過程中的注意事項l 滴加濃硫酸時要邊搖動邊滴加，使硫酸迅速混合均勻，避免局部炭化。l 分水器中應(yīng)預(yù)先加入一定量的水，在分水器上用筆做一標(biāo)記（刪除講義上的“放出2.25 ml水”）在反應(yīng)過程中，生成的水由分水器放出，但水面需要保持在標(biāo)記處。由生成的水量判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度。反應(yīng)進(jìn)行完全時應(yīng)觀察不到有水帶出的渾濁現(xiàn)象。最后記下生成水的量，與計算所得到的理論產(chǎn)量比較。 l 在反應(yīng)剛開始時，一定要控制好升溫速度。要在80°C加熱15分鐘后再開始加熱回流，以防乙酸過早地蒸出，影響產(chǎn)率。l 用10 Na2CO3洗滌時，因為有CO2氣體放出，所以要注意放氣，同時洗滌時搖動不要太厲害，否則會使溶液乳化不易分層。 l pH試紙使用時要放再表面皿中，且只需要幾張即可。l 蒸餾裝置必須干燥，儀器在烘箱中或氣流烘干器上烘干（分液和干燥產(chǎn)物之應(yīng)前先把儀器洗干凈放入烘箱中干燥后再使用。l 產(chǎn)物經(jīng)稱重后，經(jīng)老師檢查記錄后，再倒入回收瓶中。相關(guān)知識： 英文名：butyl acetate，結(jié)構(gòu)式CH3COOC4H9,分子量116.16物理性質(zhì)：無色透明液體，有水果香味，在水中的溶解度288.16K時為0.8%（質(zhì)量），293.16K時為1.0%（質(zhì)量）。水在乙酸正丁酯中293.16K時的溶解度為1.86%（質(zhì)量）。乙酸正丁酯易溶于松脂、酯膠、苯并呋喃樹脂、達(dá)馬樹脂、欖香酯、乳香、貝殼衫脂、馬尼拉橡膠、杜仲膠、甘酞樹脂等天然樹脂，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、氯化橡膠等合成樹脂，也能溶于鈣鎂鋅等金屬的樹脂酸鹽。其主要物理性質(zhì)見下表?；瘜W(xué)性質(zhì)：乙酸正丁酯加堿水解，生成乙酸和正丁醇。能與乙醇、甲醇進(jìn)行酯交換，與AlCl3形成加合物。此外，在光照下，能發(fā)生氯化反應(yīng)，可得到1-氯取代物和4-氯取代物。產(chǎn)品規(guī)格：見下表毒性、安全、儲存及運輸：乙酸正丁酯易燃，操作場所最高允許濃度為0.95 mg/L。由于乙酸正丁酯在常溫時就易燃，所以嚴(yán)禁與炸藥類物質(zhì)一起運輸?；馂?zāi)時宜用干粉、二氧化碳滅火器乙酸正丁酯對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有抑制作用，吸入會刺激肺胞粘膜，引起肺氣腫，造成支氣管炎，如經(jīng)口進(jìn)入人體內(nèi)會刺激消化系統(tǒng)，引起胃和十二指腸充血，造成腸膜淤血。操作場所要保持良好通風(fēng)，操作人員要備防護(hù)用具，如濺入眼內(nèi)，應(yīng)立即用清水沖洗并用藥物治療。 用途：優(yōu)良的有機(jī)溶劑，對乙酸纖維素、乙基纖維素、氯化橡膠、聚苯乙烯、甲基丙烯酸樹脂及許多天然橡膠如烤膠、馬尼拉膠、達(dá)馬樹脂等均有良好的溶解性能。廣泛應(yīng)用于硝酸纖維清漆中。在人造革、織物及塑料加工過程中用作溶劑，在各種石油加工和制藥過程中用作萃取劑。也用于香料復(fù)配及杏、香蕉、梨、菠蘿等各種香味劑的成分。5