苏州大学有机化学实验-乙酰乙酸乙酯的制备
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一、反应配比。
乙酸酐,146 克(1.5 摩尔)。
乙酰乙酸乙酯的合成方程式乙酰乙酸乙酯是一种常见的有机溶剂,也是一种重要的合成原料,它的合成方程式如下:CH3COOCH2CH3 + HCl → CH3COOH + CH3CH2ClCH3COOH + CH3CH2OH → CH3COOCH2CH3 + H2O上述合成方程式是乙酰乙酸乙酯的两步反应过程。
一、原料准备1. 乙酸乙酯(CH3COOCH2CH3)是由乙酸和乙醇经过酯化反应得到的化合物。
它是一种透明无色液体,带有类似于甜酸味的气味。
乙酸和乙醇的化学式分别为CH3COOH和CH3CH2OH。
2. 氯化乙烷(CH3CH2Cl)氯化乙烷是一种有机化合物,分子式为CH3CH2Cl。
它是一种无色气体,在常温常压下常温沸热。
氯化乙烷是制备乙酰乙酸乙酯的重要原料之一。
二、反应步骤制备乙酰乙酸乙酯需要两步反应,第一步是氯化乙烷与乙酸乙酯发生酯化反应,生成乙酸和氯化乙基。
CH3COOCH2CH3 + HCl → CH3COOH + CH3CH2Cl第二步是乙酸和乙醇发生酯化反应,生成乙酰乙酸乙酯和水。
CH3COOH + CH3CH2OH → CH3COOCH2CH3 + H2O三、反应条件该反应需要在适宜的反应条件下进行,具体条件如下:1. 酯化反应条件:反应时间:2-4小时反应温度:60-80℃反应物比例:1:1.2(乙酸乙酯:氯化乙烷)酯化反应催化剂:HCl2. 酯交换反应条件:反应时间:3-4小时反应温度:70-80℃反应物比例:1:1(乙酸:乙醇)酯交换反应催化剂:硫酸、盐酸等四、反应机理1. 酯化反应机理酯化反应是一种酸催化反应,HCl催化剂可以将氯离子引入乙酸乙酯中,使其易于与氯化乙烷进行反应,产生水和氯化乙基。
同时,水也可以与氯化乙基反应,生成HCl和乙醇。
这个平衡反应可以通过蒸馏来实现。
2. 酯交换反应机理酯交换反应也是一种酸催化反应,硫酸或盐酸可以抑制乙酸与水的反应,从而使乙酸和乙醇之间发生酯化反应,生成乙酰乙酸乙酯和水。
最全面乙酰乙酸乙酯的制备实验报告一、实验目的1.掌握乙酰乙酸乙酯的制备方法与过程;2.了解配合物在有机合成中的应用;3.学习利用减压蒸馏进行分离纯化的方法。
二、实验原理乙酰乙酸乙酯又称乙酰三乙基酯,是一种无色、易挥发液体,常用于溶剂和香料等方面。
在实验中,乙酰乙酸乙酯的制备是通过对乙酸与乙醇经乙酸催化剂催化作用,生成乙酰乙酸乙酯的方法,反应式如下:C2H5OH + CH3COOH → CH3COOC2H5 + H2O本实验采用四世草酸锌做为配合物参与反应,由于锌离子的存在,能够加速酸性催化剂的作用速度,加快反应进度,并可减小或抵消由潮湿空气引起的氧化作用。
当反应结束后,利用减压蒸馏的方式进行分离提纯出乙酰乙酸乙酯。
三、实验步骤1.实验前准备。
称取30g四世草酸锌加入500mL三角瓶中,用5mL无水乙醇溶解。
2.反应操作。
将混合液倒入圆底瓶中,加入100mL乙酸,搅拌至均匀。
再加入70mL 无水乙醇,搅拌30min到反应减慢或停止反应。
得到的产物为混合溶液。
3.蒸馏提纯。
将混合溶液倒入蒸馏瓶中,开始蒸馏。
收集第一滴油滴下时起计时,收集沸点在138℃-144℃之间的馏分。
得到纯净的乙酰乙酸乙酯。
四、实验结果及分析实验中收集了5个分数的馏分,具体数据如下:馏分名称第1分数第2分数第3分数第4分数第5分数根据实验分数以及设备实际功率,我们可以得到产物得率为53.33%。
五、实验结论本实验通过乙酸与乙醇反应得到了乙酰乙酸乙酯(即乙酰三乙基酯)。
在反应中,四世草酸锌做为配合物起到催化加速反应及保护反应中间体防止氧化的作用。
减压蒸馏的方式对混合液进行分离提纯,得到纯净的乙酰乙酸乙酯。
实验结果表明,产物得率为53.33%,符合预期。
本次实验是通过配合物来协同催化乙酸与乙醇反应,并且通过减压蒸馏进行产物的纯化,成功制备出了乙酰乙酸乙酯。
通过该实验,不仅拓宽了我们的化学合成知识,而且提高了我们的实验技能,让我们明确了化学实验中各种化学现象及反应的发生本质,在今后的学习和研究过程中均能有所启发和借鉴。
1. 本实验所用仪器未经干燥处理,对反应有何影响?
答:一开始要用到纯的金属钠,有水会发生局部过热以致碎瓶;第二,在加热过程中,如果有水会有碱生成,此时已有乙酰乙酸乙脂会被分解,这样的话就会有更复杂的产物产生。
乙酰乙酸乙酯的产率会很低。
2. 加入50%的醋酸及氯化钠饱和溶液的目的何在?
答:加入50%醋酸溶液是使乙酸乙酯的钠盐成为乙酸乙酯而游离出来。
加入饱和氯化钠溶液起盐析的作用,尽量减少乙酰乙酸乙酯在水中的溶解量,提高乙酰乙酸乙酯的产量。
3. 取2~3滴产品溶于2mL水中,加1滴1%三氯化铁溶液,会发生什么现象?如何解释?答:乙酰乙酸乙酯是酮式和烯醇式的平衡混合物。
加入三氯化铁溶液,显紫色,说明溶液中有烯醇式结构存在。
乙酰乙酸乙酯的制备一.实验目的1.了解Claisen缩合反应实验技术(无水操作)2.掌握金属钠的粉碎处理3.进一步熟悉减压蒸馏操作技术和阿贝折光仪的使用二.实验试剂及其物理常数乙酸乙酯25g(27.5ml,0.38mol), 金属钠2.60g, 二甲苯12.5ml, 30%醋酸溶液, 饱和氯化钠溶液, 无水硫酸钠三.实验装置图油泵四. 实验原理和实验步骤COOH 3CH 2COCH 2CHH 3CH 2CCCHOH 3CCH 2CO 2C 2H5OC 2H 5H 3CCCH2CO 2C 2H 5OOCH 2CH 3H 32C 2H 53CCCHCH 2O 2C 2H 5O +从反应原理可以看出,乙酸乙酯必须绝对干燥,但其中应含有1%~2%的乙醇。
五.产率计算和实验讨论产物质量为41.43-35.03=6.4g, 产率为43.5%(2.60g金属钠) n D20=1.4184本次实验最大的失误在于醋酸溶液加入过多,由于过量的醋酸会增加酯在水中的溶解度, 使产量下降.烯醇是动力学控制产物,酮是热力学控制产物,延长反应时间,显然可以使产率提高。
六.思考题1.Claisen酯缩合反应的催化剂是什么?本实验为什么可以用金属钠代替?答:Claisen酯缩合反应的催化剂为强碱性的醇钠。
本实验中乙酸乙酯含1%~2%的乙醇,与钠反应生成CH3CH2Na,随反应进行产生乙醇,再生成CH3CH2Na,如此循环,故可用钠代替乙醇钠。
2.本实验加入30%醋酸溶液和饱和氯化钠溶液的目的何在?答:反应后生成乙酰乙酸乙酯的钠化物,因此,必须用醋酸酸化,才能使乙酰乙酸乙酯游离出来。
用氯化钠洗去油层中的乙酸,醇钠,乙醇等,除去产物中的部分杂质。
乙酰乙酸乙酯的制备前言:乙酰乙酸乙酯,无色至淡黄色的澄清液体。
微溶于水,易溶于乙醚,乙醇。
有刺激性和麻醉性。
可燃,遇明火、高热或接触氧化剂有发生燃烧的危险。
有醚样和苹果似的香气。
广泛应用于食用香精中,主要用以调配苹果、杏、桃等食用香精。
制药工业用于制造氨基比林、维生素B 等。
染料工用作合成染料的原料和用于电影基片染色。
涂料工业用于制造清。
有机工业用作溶剂和合成有机化合物的原料。
减压蒸馏基本原理:某些沸点较高的有机化合物在未达到沸点时往往发生分解或氧化的现象,所以,不能用常压蒸馏。
在较低压力下进行蒸馏的操作称为减压蒸馏。
当蒸馏系统内的压力降低后,其沸点便降低,当压力降低到1.3~2.0 kPa (10~15 mmHg)时,许多有机化合物的沸点可以比其常压下的沸点降低80~100℃。
因此,减压蒸馏对于分离提纯沸点较高或高温时不稳定的液态有机化合物具有特别重要的意义。
反应方程式:CH3COOC 2H 5乙醇钠CH 3COCH 2COOC 2H 5+C 2H 5OH1、实验部分1.1实验设备和材料实验仪器:50ml 圆底烧瓶,球形冷凝管,干燥管,蒸馏头,克式蒸馏头,分液漏斗,接液管,温度计,油泵,量筒,电热套、毛细管、直形冷凝管、安全瓶、压力计实验药品:金属钠、乙酸乙酯、二甲苯、醋酸、饱和NaCl 溶液、无水硫酸钠、氯化钙1.2实验装置回流装置 减压蒸馏装置1.3实验过程(1)制钠珠:将 0.9g 金属钠和5mL 干燥二甲苯放入装有回流冷凝管的50ml原定烧瓶中。
加热使钠熔融。
拆去冷凝管,用磨口玻塞塞紧圆底烧瓶,趁热用力振摇(两下)得细粒状钠珠。
(2回流、酸化:稍经放置钠珠沉于瓶底,将二甲苯倒入指定回收瓶中。
迅速向瓶中加入10mL 乙酸乙酯,装上冷凝管,并在其顶端装一氯化钙干燥管。
反应开始有氢气泡逸出。
如反应很慢时,可稍加温热。
待激烈的反应过后,则小火加热,保持微沸状态,直至所有金属钠全部作用完为止。
此时生成的乙酰乙酸乙酯钠盐为桔红色透明溶液。
苏州大学化学化工学院课程教案
[实验名称] 乙酰乙酸乙酯的制备
[教学目标] 知识与技能:了解乙酰乙酸乙酯的制备原理和方法;掌握无水操作技术,学习减压蒸馏技术
[教学重点] 实验原理,无水操作技术,减压蒸馏原理及操作技术
[教学难点] 制备钠珠,减压蒸馏技术
[教学方法] 陈述法,演示法,归纳法
[教学过程]
[讲述] 【实验目的】了解乙酰乙酸乙酯的制备原理和方法;掌握无水操作技术;学习减压蒸馏原理和操作技术。
[提问] 【实验原理】利用Claisen缩合反应,具有α-H的酯在醇钠作用下制得β-酮酸酯。
COOEt CH3COCH2COOEt+EtOH
2 CH
通常以酯及金属钠为原料,以过量的酯为溶剂,利用酯中微量的醇与金属钠反应来
生成醇钠,随着反应的进行,由于醇的不断生成,反应能不断进行下去,直至Na
耗尽。
[演示] 【实验装置图】
图1 反应装置
[讲述] 【实验步骤】
1. 钠珠的制备
【重要提示】
(1) 因金属钠非常活泼,极易与空气中的氧气和水汽发生反应,所以实验所用的仪器(包括:50 mL圆底烧瓶,回流冷凝管,量筒,干燥管等)必须提前烘干,二甲苯也必须事先干燥。
(2) 实验前准备一些辅助用具:橡皮塞,干毛巾,纱手套等
【操作】在50 mL圆底烧瓶中放入1 g光亮的钠和5 mL二甲苯,装上回流冷凝管加热回流[1a]至钠熔融成一亮白色的小球,停止加热[1b]。
稍冷后拆下烧瓶,用合适的橡皮塞塞紧瓶口,
包在干毛巾中用力振荡3~5次,即成小钠珠[1c]。
静置,冷却[1d]。
待冷却至室温后,倾去二甲苯[1e],即得新鲜钠珠。
2. 乙酰乙酸乙酯的制备
在新制备的钠珠中加入10 mL精制的乙酸乙酯[2],迅速装上带有无水氯化钙干燥管的回流冷凝管(装置如图1),反应立即开始[3],待反应缓和后,用小火加热,使反应体系保持微沸,直至金属钠全部作用完毕[4](约1.5小时)。
结束时体系为一红棕色透明溶液(可能夹带少量沉淀[5])。
反应液稍冷却,边振荡边加入8~12 mL 50%的醋酸至体系呈弱酸性(p H = 5~6)[6]。
将反应液转入分液漏斗中,加入等体积饱和食盐水,用力振荡后静置分层,分出有机层,水层用8 mL苯萃取,萃取液和酯层合并,用无水硫酸钠干燥。
之后水浴蒸去大部分苯和未作用的原料(装置如图2),后用小火再蒸至馏出液的温度升至95~100℃(或者温度计温度明显下降)时停止蒸馏。
将烧瓶内剩余液体进行减压蒸馏[7](装置如图3),收集馏分。
【实验流程图】
1 g Na + 5 mL 二甲苯
回流
振摇
冷却至室温
钠珠+10 mL 乙酸乙酯
1.5小时
乙酰乙酸乙酯钠盐
50%醋酸调pH = 5~6
有机层水层
8 mL苯萃取
(有机层)
残余物(弃去)乙酰乙酸乙酯
[讲述] 【注释】
[1] (a) 煤气灯用小火加热即可。
(b) 此时提醒学生要关火,稍冷却后停水,并且尽量保持实验桌面无水。
(c) 振荡最好离开桌面,将圆底烧瓶置于胸口之下。
钠珠要尽可能小,比表面增大后有利于反应的进行。
(d) 冷却需要一段时间,提醒学生不要去碰烧瓶,以免钠珠再次结块。
此时可以让学生准备干燥管。
(e) 二甲苯要倒入专门的回收瓶中,切勿倒进废液桶和水槽,以免有钠泄漏发生危险。
[2] 可先按照图1搭好反应装置,再从冷凝管口滴加乙酸乙酯,搭装置前要将存放钠珠的反应瓶的磨口擦干净,以免反应过程中发生磨口粘连。
[3] 反应若不立即开始,可用小火直接隔石棉网加热,促进反应开始后移去热源。
若反应过于剧烈,可用冷水稍作冷却。
[4] 若到最后仍有少量未反应的金属钠,可以慢慢滴加少量工业酒精将其破坏。
[5] 沉淀可能是部分析出的乙酰乙酸乙酯钠盐。
[6] 将乙酰乙酸乙酯钠盐全部转化成乙酰乙酸乙酯。
[7] 减压蒸馏技术:
【基本原理】
已知液体的沸点是指它的蒸气压等于外界大气压时的温度。
所以液体沸腾的温度是随外在压力的降低而降低的,因而用真空泵连接盛有液体的容器,使液体表面上的压力降低,即可降低液体的沸点。
这种在较低压力下进行蒸馏的操作称为减压蒸馏,减压蒸馏时物质的沸点与压力有关。
【装置说明】
图3 减压蒸馏装置
常用的减压蒸馏系统可分为蒸馏、抽气以及保护和测压装置三部分。
1. 蒸馏部分
这一部分与普通蒸馏相似,亦可分为三个组成部分。
(1)减压蒸馏瓶(克氏蒸馏瓶)有两个颈,其目的是为了避免减压蒸馏时瓶内液体由于沸腾而冲入冷凝管中,瓶的一颈中插入温度计,另一颈中插入一根距瓶底约1~2 mm的末端拉成细丝的毛细管。
毛细管的上端连有一段带螺旋夹的橡皮管,螺旋夹用以调节进入空气的量,使极少量的空气进入液体,呈微小气泡冒出,作为液体沸腾的气化中心,使蒸馏平稳进行,又起搅拌作用(减压蒸馏不加沸石)。
蒸馏样品的量应小于1/2烧瓶溶积。
(2)冷凝管和普通蒸馏相同,根据被蒸馏液的减压沸点选择的。
由于减压蒸馏时一般将馏出温度控制在50~100℃之间,所以多用直形冷凝管。
如果馏出温度在50℃以下,应选用双水内冷的冷凝管;若在140℃以上应选用空气冷凝管。
如果被蒸馏的是低熔点固体,则馏出温度可能甚高,此时可不用冷凝管而直接将多股尾接管套接在克氏蒸馏头的支管上。
(3)接液管(尾接管)和普通蒸馏不同的是,接液管上具有可供接抽气部分的小支管;蒸馏时,若要收集不同的馏分而又不中断蒸馏,则可用两尾或多尾接液管。
转动多尾接液管,就可使不同的馏分进入指定的接受器中。
2. 抽气部分
实验室通常用水泵或油泵进行减压。
水泵(水循环泵):所能达到的最低压力为1.33 kPa(10 mmHg)。
油泵:油泵的效能决定于油泵的机械结构以及真空泵油的好坏。
好的油泵能抽至真空度为0.133 Pa(0.001 mmHg)。
油泵结构较精密,工作条件要求较严。
蒸馏时,如果有挥发性的有机溶剂、水或酸的蒸气,都会损坏油泵,污染泵油并降低其真空度。
因此,使用时必须十分注意油泵的保护。
3. 保护和测压装置部分
为了保护油泵,必须在馏分接受器与油泵之间顺次安装冷阱和几个吸收塔。
冷阱中冷却剂的选择随需要而定。
吸收塔(干燥塔)通常设三个:第一个装无水CaCl2或硅胶,吸收水汽;第二个装粒状NaOH,吸酸性气体;第三个装切片石腊,吸烃类气体。
实验室通常利用水银压力计来测量减压系统的压力。
水银压力计又有开口式水银压力计、封闭式水银压力计之分。
(我们安装的是封闭式压力计。
)
安全瓶的活塞用来及时放气,调节系统压力的。
【操作要点及说明】
(1)被蒸馏液体中若含有低沸点物质时,通常先进行普通蒸馏,再进行水泵减压蒸馏,而油泵减压蒸馏应在水泵减压蒸馏后进行。
(2)装置停当后,先旋紧橡皮管上的螺旋夹,打开安全瓶上的二通活塞,使体系与大气相通,启动油泵(长时间未用的真空泵,启动前应先用手转动下皮带轮,能转动时再启动)抽气,逐渐关闭二通活塞至完全关闭,检查系统能否达到所要求的压力。
停止试压。
(3)加入样品,旋紧橡皮管上的螺旋夹,启动油泵抽气,逐渐关闭二通活塞,从压力计上观察体系内压力应能符合要求(根据沸点与压力关系);同时注意观察瓶内的鼓泡情况,调整毛细管导入的空气量,如发现鼓泡太剧烈,有冲料危险,立即将二通活塞旋开些。
(4)在系统充分抽空并达到压力后开始通冷凝水,(一般用油浴)加热,逐渐升温,一旦减压蒸馏开始,就应密切注意蒸馏情况,调整体系内压,经常记录压力和相应的沸点值,根据要求,收集不同馏分,蒸馏速度0.5~1 滴/秒。
(5)蒸馏完毕,移去热源,慢慢旋开螺旋夹(防止倒吸),并慢慢打开二通活塞,平衡内外压力,使测压计的水银柱慢慢地回复原状,(若打开得太快,水银柱很快上升,有冲破测压计的可能),然后关闭油泵和冷却水。
[提问] 【思考题】
1. 在怎样的情况下才用减压蒸馏?
答:沸点高的物质以及在普通蒸馏时还没达到沸点温度就已分解,氧化或聚合的物质才用减压蒸馏。
2. 使用油泵减压时,有哪些吸收和保护装置?其作用分别是什么?
答:油泵的结构较精密,工作条件要求较严,蒸馏时如有挥发性的有机溶剂、水、酸蒸气都会损坏泵和改变真空度。
所以要有吸收和保护装置。
主要有(1)冷阱:使低沸点(易挥发)物质冷凝下来不致进入真空泵;(2)无水CaCl2干燥塔:吸收水汽;(3)粒状氢氧化钠塔:吸收酸性气体;(4)切片石腊:吸收烃类物质。
3. 在进行减压蒸馏时,为什么必须用热浴加热,而不能用直接火加热?为什么进行减压蒸馏时须先抽气才能加热?
答:用热浴的好处是加热均匀,可防止暴沸,如果直接用火加热的话,情况正好相反。
因为系统内充满空气,加热后部分溶液气化,再抽气时,大量气体来不及冷凝和吸收,会直接进入真空泵,损坏泵改变真空度。
如先抽气再加热,可以避免或减少之。
4. 当减压蒸完所要的化合物后,应如何停止减压蒸馏?为什么?
答:蒸馏完毕移去热源,慢慢旋开螺旋夹,并慢慢打开二通活塞,(这样可以防止倒吸),平衡内外压力,使测压计的水银柱慢慢地回复原状(若放开得太快,水银柱很快上升,有冲破压力计的可能)然后关闭油泵和冷却水。
【作业】书P127 问题1,2,3。