3-丁酮酸乙酯的制备
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北京石油化工学院
综合性有机化学实验报告
题目名称:3-丁酮酸乙酯的制备
学生姓名: XXX
专 业: 化学工程与工艺
学 院: 化学工程学院
年 级: 20XX级
指导教师: XXX
20XX 年 5 月 1 日
3-丁酮酸乙酯的制备
XXX
(北京石油化工学院化学工程学院,北京 102600)
摘 要:3-丁酮酸乙酯(乙酰乙酸乙酯)在有机合成中的应用极广,可用于合成吡啶、吡咯、
嘧啶、嘌呤和环内酯等杂环化合物,也广泛用于药物合成。3-丁酮酸乙酯具有芳香气味,还
用作食品着香剂。3-丁酮酸乙酯也作为溶剂使用,还是检测铊、氧化钙、氢氧化钙和铜的试
剂。本实验以酯及金属钠为原料,利用Claisen酯缩合反应原理合成3-丁酮酸乙酯[1],最后
用2,4-二硝基苯肼、FeCl3及数字阿贝折射仪检验产物。本实验是微量实验,实验共使用0.4g
(0.017mol)钠、8mL(7.2g,0.08mol)乙酸乙酯(含少量无水乙醇),得到产品2.0g(4
人合产量),产率23%,产率较低。产品折射率1.3965,纯度较高。
关键词:3-丁酮酸乙酯;制备;Claisen酯缩合反应
1 前言
3-丁酮酸乙酯,又称乙酰乙酸乙酯,结构式如右
图。常温下为无色液体,沸点181℃,相对密度204d为
1.0282,折射率20Dn为1.4194,具有愉快的水果香气。
易溶于水,与乙醇、乙醚、苯等一般有机试剂混溶。
一般的3-丁酮酸乙酯是酮式和烯醇式互变异构体的平衡混合物,酮式占92.3%,
烯醇式占7.7%。
实验室中常用Claisen酯缩合反应原理合成,工业上用二乙烯酮与乙醇作用
制得。多用作有机合成原料,生产药物、香料、杂环化合物等。
2 实验部分[2]
2.1 实验仪器及药品
仪器:电子天平PL601-S,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;XK-88
微型加热磁力搅拌器,扬州市公道玻璃仪器厂;SHZ-D循环水真空泵,河南巩义
市英峪豫华仪器厂;25mL单口圆底烧瓶,北京玻璃仪器厂;10mL锥形瓶,北京
玻璃仪器厂;微型球形冷凝管,北京玻璃仪器厂;微型直形冷凝管,北京玻璃仪
器厂;微型干燥管,北京玻璃仪器厂;微型蒸馏头,北京玻璃仪器厂;微型克氏
蒸馏头,北京玻璃仪器厂;微型接受弯头,北京玻璃仪器厂;分液漏斗,北京玻
璃仪器厂;温度计(150℃),北京玻璃仪器厂。
药品:金属钠,分析纯,北京化工厂;乙酸乙酯,分析纯,北京化工厂;无
水乙醇,分析纯,北京化工厂;冰醋酸,分析纯,北京化工厂;氯化钠,分析纯,
北京化工厂;碳酸钠,分析纯,北京化工厂;碳酸钾,分析纯,北京化工厂。
2.2 实验装置图:
2.3反应原理:
[CH3COCHCOOC2H5]+Na+
实验以乙酸乙酯及金属钠为原料,并以过量的酯做溶剂,利用酯中含有微量
醇与金属钠反应生成醇钠,随反应的进行,醇不断生成,反应便不断进行下去,
直至金属钠反应完全。反应是乙酸乙酯碳负离子对另一酯分子羰基的亲核加成-
消除的结果。
醇钠遇水分解,金属钠与水反应发生燃烧爆炸,所以体系必须保持干燥。
具体操作步骤如下:
1、按装置图组装仪器。
2、向干燥的25mL单口烧瓶中加入8mL(7.2g,0.08mol)乙酸乙酯(含少
量无水乙醇)、0.4g(0.017mol)切细的金属钠。装好反应装置,轻摇使其混合
均匀,微热回流,至金属钠彻底消失为止。
反应开始片刻后反应液变黄,反应结束时反应液为橘红色透明溶液,含有黄
白色沉淀。
3、将烧瓶冷却至室温,自回流冷凝管上口慢慢加入8mL30%醋酸水溶液,边
加边摇动烧瓶,使固体彻底溶解。再加5mL饱和食盐水,摇动均匀。
反应液中黄白色固体消失,呈黄色透明状,分层。
4、用分液漏斗分出水相,有机相转移至原反应烧瓶中,水相用5mL乙酸乙
酯萃取一次,将萃取液与有机相合并。
5、用5mL5%碳酸钠水溶液中和有机相,不时摇动,使反应完全。
可以观察到液体中有小气泡产生,静置后分层。
6、用分液漏斗分出水相,弃去。有机相用无水碳酸钾干燥。
此时得到的溶液呈微黄色透明状。
7、将反应液在常压下蒸馏至100℃。然后改用减压蒸馏。
得到的产品呈无色透明状,有香味,共2.0g(4人合产量)。
8、将产品与2,4-二硝基苯肼反应,观察到有黄色沉淀生成;与FeCl3反应,
观察到溶液呈紫色。用数字阿贝折射仪检测到折射率为1.3965。
3 实验结果
实验共获得产品2.0g(4人合产量),产品呈无色透明状,有水果香味。
理论产量:8.8g(4人合产量,每人取钠量均按0.4g计算)。
产品产率:2.0/8.8*100%=23%,折射率为1.3965。
4 实验结果分析及讨论
实验产率23%,产率较低。通过与2,4-二硝基苯肼、FeCl3反应验证了3-丁
酮酸乙酯的互变异构。测得产品的折射率为1.3965,与文献值1.4194较接近,
产品纯度较高。
本实验采用Claisen酯缩合反应原理,在反应中需要使用金属钠,要保证反
应体系干燥,防止发生意外。反应过程中要控制好温度,乙醇与乙酸乙酯都是低
沸点物质,过高的温度可能导致反应物逸出体系。有机化学反应反应速率一般较
慢,因此保证反应的时间格外重要,不能操之过急,但也不能长时间反应,有可
能会导致副反应发生,应严格按照规定的时间控制实验节奏。
实验中进行了多次酸化、碱洗操作,3-丁酮酸乙酯易溶于水,虽然对水相进
行了萃取,但仍无法避免部分产物随废液被丢弃,这可能是造成实验产率较低的
原因。在常压蒸馏操作中蒸馏不彻底,导致产品中含有部分乙酸乙酯,这可能是
导致产品纯度一般的主要原因。
5 心得体会
实验中加食盐水的作用:降低溶解度,增加比重,使乳浊液分层。
减压蒸馏适用的场合:馏分沸点较高时,馏分加热易分解时,馏分易聚合时。
减压蒸馏结束时要先打开毛细管夹再关闭真空泵,否则会导致真空泵中的循
环水倒流。
减压蒸馏检查漏气部位可用逐个排除的方法:将疑似漏气部位拆开,用手指
按住仪器接口处,打开真空泵观察系统压力,若系统压力降低则证明就是该连接
处漏气,若系统压力无明显变化再继续排查其他连接处。
参考文献
[1]高鸿宾.有机化学.北京:高等教育出版社,2005.245~248
[2]胡应喜.基础化学实验.北京:石油工业出版社,2009.276~277