有机化学实验标准报告

有机化学实验报告 《 有机化学实验》 标 准 实 验 报 告 适用专业: 应用化学 有机化学标准实验报告 目 录 实验一 蒸馏及沸点的测定 ............................................................2 实验二 重结晶及熔点的测定 ........................................................7 实验三 减压蒸馏及折光率的测定 ...............................................14 实验四 水蒸气蒸馏及旋光度的测定 ...........................................20 实验五 2-氯丁烷的合成 ..............................................................26 实验六 2-甲基-2-己醇的合成 ......................................................28 实验七 正丁醚的合成..................................................................31 实验八 乙酸正丁酯的合成 ..........................................................34 实验九 苯乙酮的合成..................................................................36 实验十 乙酰乙酸乙酯的合成 ......................................................39 实验十一 肉桂酸的合成..................................................................42 实验十二 甲基橙的制备..................................................................45 实验十三 7,7—二氯双环[4,1,0]庚烷的合成 ....................................47 实验十四 乙酰基二茂铁的合成及柱色谱分离 ................................50 实验十五 从茶叶中提取咖啡因 ......................................................52 1 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 实验一 蒸馏及沸点的测定 一、实验目的 1、 理解蒸馏原理并熟悉蒸馏仪器的使用。 2、 了解掌握沸点的测定。 二、实验原理 通过简单蒸馏可以将两种或两种以上挥发度不同的液体分离，这两种液体的沸点应相差30?以上。 1(简单蒸馏原理 液体混合物之所以能用蒸馏的加以分离，是因为组成混合液的各组分具有不同的挥发度。例如，在常压下苯的沸点为80.1?，而甲苯的沸点为110.6?。若将苯和甲苯的混合液在蒸馏瓶内加热至沸腾，溶液部分被汽化。此时，溶液上方蒸气的组成与液相的组成不同，沸点低的苯在蒸气相中的含量增多，而在液相中的含量减少。因而，若部分汽化的蒸气全部冷凝，就得到易挥发组分含量比蒸馏瓶内残留溶液中所含易挥发组分含量高的冷凝液，从而达到分离的目的。同样，若将混合蒸气部分冷凝，正如部分汽化一样，则蒸气中易挥发组分增多。这里强调的是部分汽化和部分冷凝，若将混合液或混合蒸气全部冷凝或全部汽化，则不言而喻，所得到的混合蒸气或混合液的组成不变。综上所述，蒸馏就是将液体混合物加热至沸腾，使液体汽化，然后，蒸气通过冷凝变为液体，使液体混合物分离的过程，从而达到提纯的目的。 2(蒸馏过程 通过蒸馏曲线可以看出蒸馏分为三个阶段: 在第一阶段，随着加热，蒸馏瓶内的混合液不断汽化，当液体的饱和蒸气压与施加给液体表面的外压相等时，液体沸腾。在蒸气未达到温度计水银球部位时，温度计读数不变。一旦水银球部位有液滴出现(说明体系正处于气—液平衡状态)，温度计内水银柱急剧上升，直至接近易挥发组分沸点，水银柱上升变缓慢，开始有液体被冷凝而流出。我们将这部分流出液称为前馏分(或馏头)。由于这部 2 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 分液体的沸点低于要收集组分的沸点，因此，应作为杂质弃掉。有时被蒸馏的液体几乎没有馏头，应将蒸馏出来的前1,2滴液体作为冲洗仪器的馏头去掉，不要收集到馏分中去，以免影响产品质量。 在第二阶段，馏头蒸出后，温度稳定在沸程范围内，沸程范围越小，组分纯度越高。此时，流出来的液体称为馏分，这部分液体是所要的产品。随着馏分的蒸出，蒸馏瓶内混合液体的体积不断减少。直至温度超过沸程，即可停止接收。 在第三阶段，如果混合液中只有一种组分需要收集，此时，蒸馏瓶内剩余液体应作为馏尾弃掉。如果是多组分蒸馏，第一组分蒸完后温度上升至第二组分沸程前流出的液体，则既是第一组分的馏尾又是第二组分的馏头，当温度稳定在第二组分沸程范围内时，即可接收第二组分。如果蒸馏瓶内液体很少时，温度会自然下降。此时，应停止蒸馏。无论进行何种蒸馏操作，蒸馏瓶内的液体都不能蒸干，以防蒸馏瓶过热或有过氧化物存在而发生爆炸。 应当指出: (1)在常压下进行蒸馏时，由于大气压往往不恰好等于101.325 kPa(760mmHg)，因此，严格地说，应该对温度加以校正。但一般偏差较小，因而可忽略不计。 (2)当液体中溶入其他物质时，无论这种溶质是固体、液体还是气体，无论挥发性大还是小，液体的蒸气压总是降低的，因而所形成溶液的沸点会有变化。 (3)在一定压力下，凡纯净的化合物，都有一个固定的沸点，但是具有固定沸点的液体不一定都是纯净化合物。因为当两种或两种以上的物质形成共沸物时，它们的液相组成和气相组成相同，因此在同一沸点下，它们的组成一样。这样的混合物用一般的蒸馏方法无法分离，具体方法见共沸蒸馏。 3( 有机化合物沸点测定 由于分子运动，液体分子有从表面逸出的倾向。这种倾向常随温度的升高而增大。即液体在一定温度下具有一定的蒸气压，液体的蒸气压随温度升高而增大，而与体系中存在的液体及蒸气的绝对量无关。 将液体加热时，其蒸气压随温度升高而不断增大。当液体的蒸气压增大至与外界施加给液面的总压力(通常是大气压力)相等时，就有大量气泡不断地从液体 3 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 内部逸出，即液体沸腾。这时的温度称为该液体的沸点，显然液体的沸点与外界压力有关。外界压力不同，同一液体的沸点会发生变化。不过通常所说的沸点是指外界压力为一个大气压时的液体沸腾温度。 在一定压力下，纯的液体有机物具有固定的沸点。但当液体不纯时，则沸点有一个温度稳定范围，常称为沸程。 三、实验药品及仪器 药品:沸石，无水乙醇，自来水 仪器:100ml、50 ml球形蒸馏瓶，蒸馏头，温度计，冷凝管，接引管 四、实验装置图 简单蒸馏装置 简单蒸馏装置由蒸馏瓶(长颈或短颈圆底烧瓶)、蒸馏头、温度计套管、温度计、直形冷凝管、接引管、接收瓶等组装而成，见下图。 在装配过程中应注意: (1)为了保证温度测量的准确性，温度计水银球的位置应放置如图2-14(a)所示，即温度计水银球上限与蒸馏头支管下限在同一水平线上。 (2)任何蒸馏或回流装置均不能密封，否则，当液体蒸气压增大时，轻者蒸气冲开连接口，使液体冲出蒸馏瓶，重者会发生装置爆炸而引起火灾。 (3)安装仪器时，应首先确定仪器的高度，一般在铁夹台上放一块2cm厚的 4 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 板，将电热套放在板上，再将蒸馏瓶放置于电热套中间。然后，按自下而上，从左至右的顺序组装。仪器组装应做到横平竖直，铁夹台一律整齐地放置于仪器背后。 五、实验步骤 (1)加料 做任何实验都应先组装仪器后再加原料。加液体原料时，取下温度计和温度计套管，在蒸馏头上口放一个长颈漏斗，注意长颈漏斗下口处的斜面应超过蒸馏头支管，慢慢地将液体倒入蒸馏瓶中。 (2)加沸石 为了防止液体暴沸，再加入2,3粒沸石。沸石为多孔性物质，刚加入液体中小孔内有许多气泡，它可以将液体内部的气体导入液体表面，形成气化中心。如如热中断，再加热时应重新加入新沸石，因原来沸石上的小孔已被液体充满，不能再起气化中心的作用。同理，分馏和回流时也要加沸石。 (3)加热 在加热前，应检查仪器装配是否正确，原料、沸石是否加好，冷凝水是否通入，一切无误后再开始加热。开始加热时，电压可以调得略高一些，一旦液体沸腾，水银球部位出现液滴，开始控制调压器电压，以蒸馏速度每秒1,2滴为宜。蒸馏时，温度计水银球上应始终保持有液滴存在，如果没有液滴说明可能有两种情况:一是温度低于沸点，体系内气—液相没有达到平衡，此时，应将电压调高;二是温度过高，出现过热现象，此时，温度已超过沸点，应将电压调低。 (4)馏分的收集 收集馏分时，应取下接收馏头的容器，换一个经过称量干燥的容器来接收馏分，即产物。当温度超过沸程范围，停止接收。沸程越小，蒸出的物质越纯。 (5)停止蒸馏 馏分蒸完后，如不需要接收第二组分，可停止蒸馏。应先停止加热，将变压器调至零点，关掉电源，取下电热套。待稍冷却后馏出物不再继续流出时，取下接收瓶保存好产物，关掉冷却水，按拆除仪器并加以清洗。 六、实验数据 乙醇沸点:78.5? 水沸点:99.8? 5 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 七、注意事项 (1)蒸馏前应根据待蒸馏液体的体积，选择合适的蒸馏瓶。一般被蒸馏的液体占蒸馏瓶容积的2/3为宜，蒸馏瓶越大产品损失越多。 (2)在加热开始后发现没加沸石，应停止加热，待稍冷却后再加入沸石。千万不要在沸腾或接近沸腾的溶液中加入沸石，以免在加入沸石的过程中发生暴沸。 (3)对于沸点较低又易燃的液体，如乙醚，应用水浴加热，而且蒸馏速度不能太快，以保证蒸气全部冷凝。如果室温较高，接收瓶应放在冷水中冷却，在接引管支口处连接一根橡胶管，将未被冷凝的蒸气导入流动的水中带走。 (4)在蒸馏沸点高于130?的液体时，应用空气冷凝管。主要原因是温度高时，如用水作为冷却介质，冷凝管内外温差增大，而使冷凝管接口处局部骤然遇冷容易断裂。 6 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 实验二 重结晶及熔点的测定 一、实验目的 1(了解重结晶的原理及过程。 2(了解掌握熔点的测定。 二、实验原理 重结晶是提纯固体化合物的一种重要方法，它适用于产品与杂质性质差别较大，产品中杂质含量小于5,的体系。 1(基本原理 固体有机化合物在任何一种溶剂中的溶解度均随温度的变化而变化，一般情况下，当温度升高时，溶解度增加，温度降低时，溶解度减小。可利用这一性质，使化合物在较高温度下溶解，在低温下结晶析出。由于产品与杂质在溶剂中的溶解度不同，可以通过过滤将杂质去除，从而达到分离提纯的目的。由此可见，选择合适的溶剂是重结晶操作中的关键。 2(溶剂的选择 (1)单一溶剂的选择 根据“相似相溶”原理，通常极性化合物易溶于极性溶剂中，非极性化合物易溶于非极性溶剂中。借助于文献可以查出常用化合物在溶剂中的溶解度。在选择时应注意以下几个方面的问题: ?所选择的溶剂应不与产物(即被提取物)发生化学反应。 ?产物在溶剂中的溶解度随温度变化越大越好，即在温度高时，溶解度越大越好，在温度低时溶解度越小越好，这样才能保证有较高的回收率。 ?杂质在溶剂中要么溶解度很大，冷却时不会随晶体析出，仍然留在母液(溶剂)中，过滤时与母液一起去除;要么溶解度很小，在加热时不被溶解，在热过滤时将其去除。 ?所用溶剂沸点不宜太高，应易挥发，易与晶体分离。一般溶剂的沸点应低于产物的熔点。 7 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 ?所选溶剂还应具有毒性小，操作比较安全，价格低廉等优点。 如果在文献中找不出合适的溶剂，应通过实验选择溶剂。其方法是:取0.1g的产物放入一支试管中，滴入lml溶剂，振荡下观察产物是否溶解，若不加热很快溶解，说明产物在此溶剂中的溶解度太大，不适合作此产物重结晶的溶剂;若加热至沸腾还不溶解，可补加溶剂，当溶剂用量超过4ml产物仍不溶解时，说明此溶剂也不适宜。如所选择的溶剂能在1,4ml溶剂沸腾的情况下使产物全部溶解，并在冷却后能析出较多的晶体，说明此溶剂适合作为此产物重结晶的溶剂。实验中应同时选用几种溶剂进行比较。有时很难选择到一种较为理想的单一溶剂，这时应考虑选用混合溶剂。 (2)混合溶剂的选择 混合溶剂一般由两种能以任何比例混溶的溶剂组成。其中一种溶剂对产物的溶解度较大，称为良溶剂;另一种溶剂则对产物溶解度很小，称为不良溶剂。操作时先将产物溶于沸腾或接近沸腾的良溶剂中，滤掉不溶杂质或经脱色后的活性炭，趁热在滤液中滴加不良溶剂，至滤液变浑浊为止，再加热或滴加良溶剂，使滤液转变为清亮，放置冷却，使结晶全部析出。如果冷却后析出油状物，需要调整两溶剂的比例，再进行实验，或另换一对溶剂。有时也可以将两种溶剂按比例预先混合好，再进行重结晶。 3(有机化合物熔点测定 熔点是在一个大气压下固体化合物固相与液相平衡时的温度。这时固相和液相的蒸气压相等。每种纯固体有机化合物，一般都有一个固定的熔点，即在一定压力下，从初熔到全熔(这一熔点范围称为熔程)，温度不超过0.5,1?。熔点是鉴定固体有机化合物的重要物理常数，也是化合物纯度的判断标准。当化合物中混有杂质时，熔程较长，熔点降低。当测得一未知物的熔点同已知某物质熔点相同或相近时，可将该已知物与未知物混合，测量混合物的熔点，至少要按1:9、1:1、9:l这三种比例混合。若它们是相同化合物，则熔点值不降低;若是不同的化合物，则熔程长，熔点值下降(少数情况下熔点值上升)。 纯物质的熔点和凝固点是一致的。一般来说，当加热纯固体化合物时，在一段时间内温度上升，固体不熔。当固体开始熔化时，温度不会上升，直至所有固 8 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 体都转变为液体，温度才上升。反过来，当冷却一种纯液体化合物时，在一段时间内温度下降，液体未固化。当开始有固体出现时，温度不会下降，直至液体全部固化后，温度才会再下降。 三、实验药品及仪器 药品:间二硝基苯2克，液体石蜡，无水乙醇 仪器:布氏漏斗，布氏抽滤瓶，冷凝管，圆底烧瓶，表面皿，空心玻璃管，毛细管，酒精灯，温度计，滤纸，载热体 四、实验装置图 五、实验步骤 1(操作方法 重结晶操作过程为:饱和溶液的制备?脱色?热过滤?冷却结晶?抽滤?结晶的干燥。 (1)饱和溶液的制备这是重结晶操作过程的关键步骤。其目的是用溶剂充分分散产物和杂质，以利于分离提纯。一般用锥形瓶或圆底烧瓶来溶解固体。若溶剂易燃或有毒时，应装回流冷凝器。加入沸石和已称量好的粗产品，先加少量溶剂，然后加热使溶液沸腾或接近沸腾，边滴加溶剂边观察固体溶解情况，使固体刚好全部溶解，停止滴加溶剂，记录溶剂用量。再加入 20,左右的过量溶剂，主要是为了避免溶剂挥发和热过滤时因温度降低，使晶体过早地在滤纸上析出而造成产品损失。溶剂用量不易太多，太多会造成结晶析出太少或根本析不出来，此时，应将多余的溶剂蒸发掉，再冷却结晶。有时，总有少量固体不能溶解，应将热溶液倒出或过滤，在剩余物中再加入溶剂，观察是否能溶解，如加热后慢慢 9 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 溶解，说明此产品需要加热较长时间才能全部溶解。如仍不溶解，则视为杂质去除。 (2)脱色 粗产品中常有一些有色杂质不能被溶剂去除，因此，需要用脱色剂来脱色。最常用的脱色剂是活性炭，它是一种多孔物质，可以吸附色素和树脂状杂质，但同时它也可以吸附产品，因此加入量不宜太多，一般为粗产品质量的5,。具体方法:待上述热的饱和溶液稍冷却后，加入适量的活性炭摇动，使其均匀分布在溶液中。加热煮沸5,10min即可。注意千万不能在沸腾的溶液中加入活性炭，否则会引起暴沸，使溶液冲出容器造成产品损失。 (3)热过滤 其目的是去除不溶性杂质。为了尽量减少过滤过程中晶体的损失，操作时应做到:仪器热、溶液热、动作快。为了做到“仪器热”，应事先将所用仪器用烘箱或气流烘干器烘热待用。热过滤有两种方法，即常压热过滤(重力过滤)和减压过滤(抽滤)。常压热过滤的装置较简单，一般只需将普通漏斗用铁圈架在铁架台上，下面可用电热套保温。 热过滤时动作要快，以免液体或仪器冷却后，晶体过早地在漏斗中析出，如发生此现象，应用少量热溶剂洗涤，使晶体溶解进入到滤液中。如果晶体在漏斗中析出太多，应重新加热溶解再进行热过滤。 减压热过滤的优点是过滤快，缺点是当用沸点低的溶剂时，因减压会使热溶剂蒸发或沸腾，导致溶液浓度变大，晶体过早析出。减压热过滤装置如图2-33所示。 抽滤时，滤纸的大小应与布氏漏底部恰好一样，先用热溶剂将滤纸润湿，抽真空使滤纸与漏斗底部贴紧。然后迅速将热溶液倒入布氏漏斗中，在液体抽干之前漏斗应始终保持有液体存在，此时，真空度不宜太低。 (4)冷却结晶 冷却结晶是使产物重新形成晶体的过程。其目的是进一步与溶解在溶剂中的杂质分离。将上述热的饱和溶液冷却后，晶体可以析出，当冷却条件不同时，晶体析出的情况也不同。为了得到形状好、纯度高的晶体，在结晶析出的过程中应 10 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 注意以下几点: ?应在室温下慢慢冷却至有固体出现时，再用冷水或冰进行冷却，这样可以保证晶体形状好，颗粒大小均匀，晶体内不含杂质和溶剂。否则，当冷却太快时会使晶体颗粒太小，晶体表面易从液体中吸附更多的杂质，加大洗涤的困难。当冷却太慢时，晶体颗粒有时太大(超过2mm)，会将溶液夹带在里边，给干燥带来一定的困难。因此，控制好冷却速度是晶体析出的关键。 ?在冷却结晶过程中，不宜剧烈摇动或搅拌，这样会造成晶体颗粒太小。当晶体颗粒超过2mm时，可稍微摇动或搅拌几下，使晶体颗粒大小趋于平均。 ?有时滤液已冷却，但晶体还未出现，可用玻璃棒摩擦瓶壁促使晶体形成，或取少量溶液，使溶剂挥发得到晶体，将该晶体作为晶种加入到原溶液中，液体中一旦有了晶种或晶核，晶体将会逐渐析出。晶种的加入量不易过多，而且加入后不要搅动，以免晶体析出太快，影响产品的纯度。 ?有时从溶液中析出的是油状物，此时，更深一步的冷却可以使油状物成为晶体析出，但含杂质较多。应重新加热溶解，然后慢慢冷却，当油状物析出时，剧烈搅拌可使油状物在均匀分散的条件下固化，如还是不能固化，则需要更换溶剂或改变溶剂用量，再进行结晶。 (5)抽滤—真空过滤 抽滤的目的是将留在溶剂(母液)中的可溶性杂质与晶体(产品)彻底分离。其优点是:过滤和洗涤速度快，固体与液体分离得比较完全，固体容易干燥。 抽滤装置采用减压过滤装置。具体操作与减压热过滤大致相同，所不同的是仪器和液体都应该是冷的，所收集的是固体而不是液体。在晶体抽滤过程中应注意以下几点: ?在转移瓶中的残留晶体时，应用母液转移，不能用新的溶剂转移，以防溶剂将晶体溶解，造成产品损失。用母液转移的次数和每次母液的用量都不宜太多，一般2,3次即可。 ?晶体全部转移至漏斗中后，为了将固体中的母液尽量抽干，用玻璃钉或瓶塞挤压晶体。当母液抽干后，将安全瓶上的放空阀打开，用玻璃棒或不锈钢小勺将晶体松动，滴入几滴冷的溶剂进行洗涤，然后将放空阀关闭，将溶剂抽干同时 11 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 进行挤压。这样反复2,3次，将晶体吸附的杂质洗干净。晶体抽滤洗涤后，将其倒入表面皿或培养皿中进行干燥。 (6)晶体的干燥 为了保证产品的纯度，需要将晶体进行干燥，把溶剂彻底去除。当使用的溶剂沸点比较低时，可在室温下使溶剂自然挥发达到干燥的目的。当使用的溶剂沸点比较高(如水)而产品又不易分解和升华时，可用红外灯烘干。当产品易吸水或吸水后易发生分解时，应用真空干燥器进行干燥。 2(重结晶提纯的操作练习 取2g间二硝基苯粗晶，放入100ml的烧杯中，先加入30mL水，进行加热。当接近沸腾时，如固体没有完全溶解，用滴管补加水，直至固体全部溶解，再加入20%—30%的过量水。待稍冷却后加入适量的活性炭，加热10,15min进行脱色。然后进行热过滤，将活性炭和不溶性杂质去除，滤液冷却结晶。待淡黄色针状晶体全部析出后，进行抽滤并干燥晶体。纯品熔点为83?。 3(测定熔点的方法 (1)毛细管法 首先把试样装入熔点管中。将干燥的粉末状试样在表面皿上堆成小堆，将熔点管的开口端插入试样中，装取少量粉末。然后把熔点管竖立起来，在桌面上顿几下(熔点管的下落方向必须与桌面垂直，否则熔点管极易折断)，使样品掉入管底。这样重复取样品几次。最后使熔点管从一根长约40,50cm高的玻璃管中掉到表面皿上，多重复几次，使样品粉末紧密堆集在毛细管底部。为使测定结果准确，样品一定要研得极细，填充要均匀且紧密。 这里简单介绍用提勒(Thiele)管(又称b型管)测定熔点的方法。 载热体又称为浴液，可根据所测物质的熔点选择。一般用液体石蜡、硫酸、硅油等。 毛细管中的样品应位于温度计水银球的中部，可用乳胶圈捆好贴实(胶圈不要浸入溶液中)，用有缺口的木塞作支撑套入温度计放到提勒管中，并使水银球处在提勒管的两叉口之间。 在图所示位置加热。载热体被加热后在管内呈对流循环，使温度变化比较均 12 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 匀。 在测定已知熔点的样品时，可先以较快速度加热，在距离熔点15,20?时，应以每分钟1,2?的速度加热，直到测出熔程。在测定未知熔点的样品时，应先粗测熔点范围，再如上述方法细测。测定时，应观察和记录样品开始塌落并有液相产生时(初熔)和固体完全消失时(全熔)的温度读数，所得数据即为该物质的熔程。还要观察和记录在加热过程中是否有萎缩、变色、发泡、升华及炭化等现象，以供参考。 熔点测定至少要有两次重复数据，每次要用新毛细管重新装入样品。 六、实验数据 1(初熔时:82.3? 全熔时:83.2? 2(初熔时:82.1? 全熔时:83.2? 熔点=(82.3 + 82.1 + 83.2 + 83.2)/4 = 82.7(?) 七、注意事项 1(固体完全溶解后，还要加入20%左右过量溶剂 2(注意控制温度:控制在每分钟上升5?左右，距溶时以每分钟上升1-2? 3(装毛细管中药品时，药品一定要研得极细，填充要均匀紧密。 (加热时，应先用酒精灯预热，然后集中处加热，出现初熔时，可把酒精灯拿4 开，利用余热把其余药品熔化。 13 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 实验三 减压蒸馏及折光率的测定 一、实验目的 1(了解掌握减压蒸馏原理方法。 2(熟悉减压蒸馏装置。 3(熟悉阿贝折射仪的结构及使用方法。 二、实验原理 1(减压蒸馏基本原理 减压蒸馏适用于在常压下沸点较高及常压蒸馏时易发生分解、氧化、聚合等反应的热敏性有机化合物的分离提纯。一般把低于一个大气压的气态空间称为真空，因此，减压蒸馏也称为真空蒸馏。 液体的沸点与外界施加于液体表面的压力有关，随着外界施加于液体表面压力的降低，液体沸点下降。沸点与压力的关系可近似地用下式表示: Blgp,A， T 式中:p——液体表面的蒸气压; T ——溶液沸腾时的热力学温度; A，B ——常数。 如果用为纵坐标，1/T为横坐标，可近似得到一条直线。从二元组分已lgp 知的压力和温度，可算出A和B的数值，再将所选择的压力带入上式即可求出液体在这个压力下的沸点。 压力对沸点的影响还可以作如下估算: (1)从大气压降至3 332Pa(25mmHg)时，高沸点(250,300?)化合物的沸点随之下降100,125?左右。 (2)当气压在3 332Pa(25mmHg)以下时，压力每降低一半，沸点下降10?。 对于具体某个化合物减压到一定程度后其沸点是多少，可以查阅有关资料，但更重要的是通过实验来确定。 14 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 2(折射率的测定基本原理 光在两种不同介质中的传播速度是不相同的。光线从一种介质进入另一种介质，当它的传播方向与两种介质的界面不垂直时，则在界面处的传播方向发生改变。这种现象称为光的折射。 根据折射定律，波长一定的单色光在确定的外界条件下(温度、压力等)，从一种介质 A进入另一种介质B时，入射角和折射角的正弦之比与两种介质,, 的折射率N与n成反比: (2-1) sin,/sin,,n/N 当介质A为真空时，N,1，n为介质B的绝对折射率，则有 (2-2) n,sin,/sin, ,1.00027(空气的绝对折射率)，则 如果介质A为空气，N空气 , (2-3) sin,/sin,,n/N,n/1.00027,n空气 ,,,nnn为介质B的相对折射率。与数值相差很小，常以代替。但进行精密测nn 定时，应加以校正。 与物质结构、光线的波长、温度及压力等因素有关。通常大气压的变n 化影响不明显，只是在精密工作时才考虑。使用单色光要比使用白光时测得的n ,值更为精确，因此，常用钠光(D)(,589.3nm)作光源。温度可用仪器维持恒定值，如可在恒温水浴槽与折光仪间循环恒温水来维持恒定温度。一般温度升高(或 -4-4降低)1?时，液体有机化合物的折射率就减少(或增加)3.5×10,5.5×10。为了 -420简化计算，常采用4×10为温度变化常数。折射率表示为，即以钠光为光源，nD 20?时所测定的n值。 三、实验药品及仪器 药品:水银，自来水、无水酒精:乙醚(1:1) 仪器:夹子，毛细管，蒸馏瓶，克氏蒸馏头，冷凝管，真空接引管，接收瓶，安全瓶，压力计，油泵、阿贝折射仪 15 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 四、实验装置图 减压蒸馏装置是由蒸馏瓶、克氏蒸馏头(或用Y形管与蒸馏头组成)、直型冷凝管、真空接引管(双股接引管或多股接引管)、接收瓶、安全瓶、压力计和油泵 (或循环水泵)组成的，见上图。 在克氏蒸馏头的直口处插一根毛细管，直至蒸馏瓶底部，距底部距离越短越好，但又要保证毛细管有一定的出气量。毛细管的作用是在抽真空时，将微量气体抽进反应体系中，起到搅拌和气化中心的作用，防止液体暴沸。因为在减压条件下沸石已不能起气化中心的作用。在毛细管上端加一节乳胶管并插入一根细铜丝，用螺旋夹夹住，可以调节进气量。进行半微量和微量减压蒸馏时，用电磁搅拌搅动液体可以防止液体暴沸。常量减压蒸馏时，因为被蒸馏液体较多，用此方法不太妥当。 真空接引管上的支口与安全瓶连接，安全瓶的作用不仅是防止压力下降或停泵时油 (或水)倒吸流入接收瓶中造成产品污染，而且还可以防止物料进入减压系统。安全瓶连接着泵和压力计(如果使用循环水泵，泵本身带有压力表)。 五、实验步骤 1(减压蒸馏操作要点 (1)减压蒸馏时，蒸馏瓶和接收瓶均不能使用不耐压的平底仪器(如锥形瓶、平底烧瓶等)和薄壁或有的破损仪器，以防由于装置内处于真空状态，外部压力过大而引起爆炸。 16 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 (2)减压蒸馏的关键是装置密封性要好，因此在安装仪器时，应在磨口接头处涂抹少量凡士林，以保证装置密封和润滑。温度计一般用一小段乳胶管固定在温度计套管上，根据温度计的粗细来选择乳胶管内径，乳胶管内径略小于温度计直径较好。 (3)仪器装好后，应空试系统是否密封。具体方法:?泵打开后，将安全瓶上的放空阀关闭，拧紧毛细管上的螺旋夹，待压力稳定后，观察压力计(表)上的读数是否到了最小或是否达到所要求的真空度。如果没有，说明系统内漏气，应进行检查。?检查方法:首先将真空接引管与安全瓶连接处的橡胶管折起来用手捏紧，观察压力计(表)的变化，如果压力马上下降，说明装置内有漏气点，应进一步检查装置，排除漏气点;如果压力不变，说明白安全瓶以后的系统漏气，应依次检查安全瓶和泵，并加以排除或请指导老师排除。?漏气点排除后，应再重新空试，直至压力稳定并且达到所要求的真空度时，方可进行下面的操作。 。待压力稳 (4)减压蒸馏时，加入待蒸馏液体的量不能超过蒸馏瓶容积的1/2定后，蒸馏瓶内液体中有连续平稳的小气泡通过。如果气泡太大已冲入克氏蒸馏头的支管，则可能有两种情况:一是进气量太大，二是真空度太低。此时，应调节毛细管上的螺旋夹使其平稳进气。由于减压蒸馏时一般液体在较低的温度下就可以蒸出，因此，加热不要太快。当馏头蒸完后转动真空接引管(一般用双股接引管，当要接收多组馏分时可采用多股接引管)，开始接收馏分，蒸馏速度控制在每秒1,2滴。在压力稳定及化合物较纯时，沸程应控制在1,2?范围内。 (5)停止蒸馏时，应先将加热器撤走，打开毛细管上的螺旋夹，待稍冷却后，慢慢地打开安全瓶上的放空阀，使压力计(表)恢复到零的位置，再关泵。否则由于系统中压力低，会发生油或水倒吸回安全瓶或冷阱的现象。 (6)为了保护油泵系统和泵中的油，在使用油泵进行减压蒸馏前，应将低沸点的物质先用简单蒸馏的方法去除，必要时可先用水泵进行减压蒸馏。加热温度以产品不分解为准。 2(阿贝折射仪使用与操作方法 (1)准备工作 ?在开始测定前，必须先用标准试样校对读数。对折射棱镜的抛光面加1, 17 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 2滴溴化萘，再贴上标准试样的抛光面，当读数视场指示于标准试样值时，观察望远镜内明暗分界线是否在十字线中间，若有偏差则用螺丝刀微量旋转图2-10上小孔(16)内的螺钉，带动物镜偏摆，使分界线像位移至十字线中心。通过反复地观察与校正，使示值的起始误差降至最小(包括操作者的瞄准误差)。校正完毕后，在以后的测定过程中不允许随意再动此部位。 ?每次测定工作之前及进行示值校准时必须将进光棱镜的毛面、折射棱镜的抛光面及标准试样的抛光面用无水酒精与乙醚(体积比1:1)的混合液和脱脂棉轻擦干净，以免留有其他物质，影响成像清晰度和测量精度。 (2)测定工作 将被测液体用干净滴管加在折射棱镜表面，并将进光棱镜盖上，用手轮锁紧，要求液层均匀，充满视场，无气泡。打开遮光板，合上反射镜，调节目镜视度，使十字线成像清晰，此时旋转手轮并在目镜视场中找到明暗分界线的位置，再旋转手轮使分界线不带任何彩色，微调手轮，使分界线位于十字线的中心，再适当转动聚光镜，此时目镜视场下方显示的示值即为被测液体的折光率。 若需测量在不同温度时的折射率，将温度计旋入温度计座中，接上恒温器的通水管，把恒温器的温度调节到所需测量温度，接通循环水，待温度稳定10min后即可测量。 (3)维护与保养 为确保仪器的精度，防止损坏，应注意维护与保养，并做到以下几点: ?仪器应置于干燥和空气流通的室内，以免光学零件受潮后生霉。 ?当测试腐蚀性液体时应及时做好清洗工作，防止侵蚀损坏。仪器使用完毕后必须做好清洁工作，放入箱内，箱内应存有干燥剂(变色硅胶)以吸收潮气。 ?经常保持仪器清洁，严禁油手或汗手触及光学零件。若光学零件表面有灰尘，可用高级鹿皮或长纤维的脱脂棉轻擦后用电吹风机吹去。如光学零件表面粘上了油垢，应及时用酒精—乙醚混合液擦干净。 ?仪器应避免强烈振动或撞击，以防止光学零件损伤及影响精度。 折射率同熔点、沸点等物理常数一样，是有机化合物的重要数据。测定所合成有机化合物的折射率与文献值对照，可以判别有机物纯度。将合成出来的化合 18 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 物，经过结构及化学分析论证后，测得的折射率可作为一个物理常数记载。 六、实验数据 汞柱(mm) 温度(?) 260 63(2 190 70(0 130 78(6 80 85(2 20无水乙醇的 = 1.3616 nD 七、注意事项 1(减压蒸馏装置的关键是密封性要好，因此在安装仪器时，应在磨口接头处涂抹少量凡士林，并且要再检查，以确保密封性达到要求时，再进行以下步骤。 2(先抽真空，待压力稳定后再加热。 3(停止加热时，先撤去加热器。 19 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 实验四 水蒸气蒸馏及旋光度的测定 一、实验目的 1(了解掌握水蒸气蒸馏原理。 2(了解掌握水蒸气蒸馏的方法。 3(熟悉旋光仪的原理及操作方法。 二、实验原理 1(水蒸气蒸馏基本原理 水蒸气蒸馏主要用于蒸馏与水互不混溶，不反应，并且具有一定挥发性[一般在近100?时，蒸气压不少于667Pa(5mmHg)]的有机化合物。水蒸气蒸馏广泛用于在常压蒸馏时达到沸点后易分解物质的提纯和从天然原料中分离出液体和 固体产物。 当对一个互不混溶的挥发性混合物进行蒸馏时，在一定温度下，每种液体将显示其各自的蒸气压，而不被另一种液体所影响，它们各自的分压只与各自纯物 00质的饱和蒸气压有关，即，，而与各组分的摩尔分数无关，其p,pp,pAABB 总压为各分压之和，即 00 (2-19) p,p，p,p，p总ABAB 由此我们可以看出，混合物的沸点将比其中任何单一组分的沸点都低。在常压下用水蒸气(或水)作为其中的一相，能在低于100?的情况下将高沸点组分与水一起蒸出来。综上所述，一个由不混溶液体组成的混合物将在比它的任何单一组分(作为纯化合物时)的沸点都要低的温度下沸腾，用水蒸气(或水)充当这种不混溶相之一所进行的蒸馏操作称为水蒸气蒸馏。 水蒸气蒸馏中，两个不混溶液体的混合物在比其中任何单一组分的沸点都低的温度下沸腾，这一行为可用非理想溶液中最低共沸混合物的形成原理来解释。可把不混溶液体的行为看作是由两种流体间的极度不相溶性造成的，两种分子间的引力远远小于同种分子间的引力，使混合物的蒸气压比单一组分蒸气压高(见图2-18)，形成了最低共沸混合物，蒸馏时沸点不变，组成一定。 20 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 2(馏出液组成的计算 水蒸气蒸馏时，馏出液两组分的组成由被蒸馏化合物的分子质量以及在此温度下两者相应的饱和蒸气压来决定。假如它们是理想气体，则 g pV,nRT,RTM 式中:——蒸气压; p V——气体体积; g——气相下该组分的质量; M——纯组分的相对分子质量; R——气体常数; T——热力学温度，K。 气相中两组分的理想气体方程分别表示为 g水0 pV,RT水水M水 g0BpV,RT BBMB 将两式相比得到下式: 0gMRTpVB水BB, 0gMRTpVB水水水 V,V在水蒸气蒸馏条件下，且温度相等，故上式可改写为 B水 0gpMBBB, 0gpM水水水 3(比旋光度的测定原理 某些有机化合物因具有手性，能使偏振光振动平面旋转。使偏振光振动向左旋转的物质称为左旋性物质，使偏振光振动向右旋转的物质称为右旋性物质。 一种化合物的旋光度和旋光方向可用它的比旋光度来表示。物质的旋光度与测定时所用物质的浓度、溶剂、温度、旋光管长度和所用光源的波长等都有关系: 21 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 t 纯液体的比旋光度, [,],,/(L,d), t溶液的比旋光度= (2-5) [,],,/(L,c), tt (2-6) [,],0.01M，[,],,Mr t,式中:——旋光性物质在温度为，光源的波长为时的旋光度，一般用钠[,]t, :t,A光(为5893)，用表示; [,]D ——测定时的温度; t 3d ——密度，g/cm; , ——光源的光波长; ——标尺盘转动角度的读数(即旋光度)，( ?); , L——旋光管的长度，dm; ——质量浓度(100mL溶液中所含样品的克数)。 c ——相对分子质量。 Mr 比旋光度是物质特性常数之一，测定比旋光度可检定旋光性物质的纯度和含量。 旋光仪是利用偏振镜来测定旋光度的。如调节偏振镜使其透光的轴向角度与另一偏振镜的透光轴向角度互相垂直，则在物镜前观察到的视场呈黑暗，如在之间放一盛满旋光物质的样品管，则由于物质的旋光作用，使原来由偏振镜出来的偏振光转过一个角度，视窗不呈黑暗，此时必须将偏振镜也相应旋转一个角度，这样视窗又恢复黑暗。因此偏振镜由第一次黑暗到第二次黑暗的角度差，即为被测物质的旋光度。 三、实验药品及仪器 药品:自来水，L型2-甲基丁酸 仪器:250mL、100mL、50mL、圆底烧瓶，冷凝管，接引管，夹子，冷阱，橡皮管 四、实验装置图 1(水蒸气蒸馏装置 22 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 五、实验步骤 1(操作要点 (1)蒸馏瓶可选用圆底烧瓶，也可用三口瓶。被蒸馏液体的体积不应超过蒸馏瓶容积的1/3。将混合液加入蒸馏瓶后，打开冷阱上的螺旋夹。开始加热水蒸气发生器，使水沸腾。当有蒸汽从冷阱下面喷出时，将螺旋夹拧紧，使蒸汽进入蒸馏系统。调节进汽量，保证蒸汽在冷凝管中全部冷凝下来。 (2)在蒸馏过程中，若在插入水蒸气发生器中的玻璃管内，蒸汽突然上升至几乎喷出时，说明蒸馏系统内压增高，可能系统内发生堵塞。应立刻打开螺旋夹，移走热源，停止蒸馏，待故障排除后方可继续蒸馏。当蒸馏瓶内的压力大于水蒸气发生器内的压力时，将发生液体倒吸现象，此时，应打开螺旋夹或对蒸馏瓶进行保温，加快蒸馏速度。 (3)当流出液不再浑浊时，用表面皿取少量流出液，在日光或灯光下观察是否有油珠状物质，如果没有，可停止蒸馏。 23 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 (4)停止蒸馏时先打开冷阱上的螺旋夹，移走热源，待稍冷却后，将水蒸气发生器与蒸馏系统断开。收集馏出物或残液(有时残液是产物)，最后拆除仪器。 2(旋光仪的操作方法 (1)将仪器电源接入220V交流电源(要求使用交流电子稳压器)，并将接地脚可靠接地。 (2)打开电源开关，这时钠光灯应启亮，需经5min钠光灯预热，使之发光稳定。 (3)打开电源开关，若光源开关扳上后，钠光灯熄灭，则再将光源开关上下重复扳动一两次，使钠光灯在直流下点亮为正常。 (4)打开测量开关，这时数码管应有数字显示。 (5)将装有蒸馏水或其他空白溶剂的试管放入样品室，盖上箱盖，待示数稳定后，按清零按钮。试管中若有气泡，应先让气泡浮在凸颈处。通光面两端的雾状水滴，应用软布揩干。试管螺帽不宜旋得过紧，以免产生应力，影响读数。试管安放时应注意标记的位置和方向。 (6)取出试管，将待测样品注入试管，按相同的位置和方向放入样品室内，盖好箱盖。仪器数显窗将显示出该样品的旋光度。 (7)逐次按下复测按钮，重复读几次数，取平均值作为样品的测定结果。 (8)若样品超过测量范围，仪器在?45?处来回振荡，此时，取出试管，仪器即自动转回零位。 (9)仪器使用完毕后，应依次关闭测量、光源、电源开关。 (10)钠灯在直流供电系统出现故障不能使用时，仪器也可在钠灯交流供电的情况下测试，但仪器的性能可能略有降低。 (11)当放入小角度样品(小于0.5?)时，示数可能变化，这时只要按复测按钮，就会出现新的数字。 3(测定比旋光度纯度 先按规定的浓度配制好溶液，按规定测出旋光度，然后按下列公式计算出比 [,]旋光度: [,],,/(L,c) 24 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 式中:——测得的旋光度，( ?); , ——溶液的浓度，g/mL; c ——旋光管的长度，dm。 L 由测得的比旋度，可求得样品的光学纯度: 光学纯度=实测比旋光度/理论比旋光度 六、实验数据 t = —6 ?,—8 ? [,]D 七、注意事项 1(旋光仪的维修及保养 (1)仪器应放在干燥通风处，防止潮气侵蚀，尽可能在20?的工作环境中使用仪器，搬动仪器应小心轻放，避免振动。 (2)光源(钠光灯)积灰或损坏，可打开机壳擦净或更换。 (3)机械部件摩擦阻力增大，可以打开门板，在伞形齿轮蜗杆处加少许钟油。 (4)如果发现仪器停转或其他元件损坏故障，应按电原理图详细检查，或由厂方维修人员进行检修。 (5)打开电源后，若钠光灯不亮，可检查保险丝。 25 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 实验五 2-氯丁烷的合成 一、实验目的 1(了解从醇制备卤代烷的过程。 2(学会液态有机物的洗涤和干燥及提纯的方法和操作。 二、实验原理 反应: ClOH ZnCl2CH+H OCHCHCH+CHCHHCl3232525 三、实验药品及仪器 药品:仲丁醇，盐酸，无水氯化锌，5%NaOH溶液，无水CaCl。 2仪器:烧瓶，球形冷凝管，小烧杯，干燥管，蒸馏头，直形冷凝管，接引管，韦 氏分馏柱，接收瓶，分液漏斗，漏斗 四、实验装置图 26 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 五、实验步骤 1(常量合成 在100mL圆底烧瓶上装好回流冷凝器及气体吸收装置，向反应瓶中加入32g (0.2mo1)无水氯化锌和15mL(约18g)浓盐酸，使其溶为均相，冷却至室温。再加入10mL(8.5g，0.1lmo1)仲丁醇，缓和回流1h。改用蒸馏装置，收集115?以下的馏分。用分液漏斗分出有机相，依次用12mL水、4mL 5%NaOH溶液、12mL水洗涤。用CaCl干燥约15min。用简单分馏装置收集67,69?的馏分。产率约2 75%。 六、实验数据 M=38.3g 瓶 M=40.9g 总 M =2.6 g 2.6 W= ×100% = 60.9% 4.3 七、注意事项 (1)2-丁醇与氯负离子极易发生反应生成氯丁烷。产物2-氯丁烷(2-chlorobutane)不溶于酸，当反应瓶上层出现油珠状物质即为反应发生的。本反应中生成的烯烃，在蒸馏时已从产物中去除。如果用色质联用仪可检测到烯烃的存在。 (2)由于2-氯丁烷沸点较低，操作时动作要快些，以免挥发而造成损失。 27 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 实验六 2-甲基-2-己醇的合成 一、实验目的 1(了解格氏反应机理。 2. 了解制备醇的原理与过程。 二、实验原理 反应: 无醚水乙 n,CH,Br，Mgn,CH,MgBr4949 CHCH33 +无醚HO水乙3n-CH-MgBr+CHCOCHn-CHCnCCHCH-CH4933493493 OMgBrOH 三、实验药品及仪器 药品:正溴丁烷，镁，无水乙醚，丙酮，乙醚，20,硫酸，无水碳酸钾，15%碳酸钠，碘。 仪器:三口烧瓶，恒压滴液漏斗，分液漏斗，回流冷凝管，电动搅拌器，弯形干燥管，韦氏蒸馏柱，蒸馏头，接引管，烧瓶 四、实验装置图 28 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 五、实验步骤 1(常量合成 在250mL三口瓶上分别装电动搅拌器、恒压滴液漏斗、回流冷凝器，并与装有氯化钙的弯型干燥管相连。 向三口瓶中加入2.4g(0.1mo1)剪碎的镁条及15mL无水乙醚。在恒压滴液漏斗中加入15mL无水乙醚和13.7g(0.1mo1)正溴丁烷，混合均匀。先往反应瓶中加入3,4mL正溴丁烷—乙醚混合液，数分钟后反应开始，反应液呈灰色并微沸，待反应由激烈转入缓和后，开动搅拌器并开始滴加正溴丁烷—乙醚混合液，注意滴加速度不宜太快。滴加完毕再补加无水乙醚25mL(可由冷凝器上口滴加)，加完后，继续反应15min，使镁作用完全。在冷水浴冷却下，边搅拌边加入7(4mL(6g，0.1mo1)丙酮与10mL无水乙醚的混合液，控制加入速度，保持微沸，加完后继续搅拌15min，此时，溶液呈黑灰色黏稠状。 在冷浴搅拌条件下，加入20%硫酸溶液50,60mL。加完后，将液体转入250mL的滴液漏斗中，分出乙醚层。水层用40mL乙醚分2次萃取，合并乙醚溶液并用30mL 15%的碳酸钠洗涤一次，用KCO干燥有机相。用热水浴蒸出乙醚，23 再蒸出产品，收集139,143?的馏分。产率约50%。 20 纯2-甲基-2-己醇(2-methyl-2-hexano1)的沸点为143?，为0.8119。 d4 29 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 六、实验数据 M=119(7g 空 M=123(1g 总 M = 3(4g 3(4 产率= -------- × 100% = 29.31% 11(6 七、注意事项 (1)实验中所用试剂需预先处理。正溴丁烷和无水乙醚应事先用无水氯化钙干燥，丙酮用无水碳酸钾干燥，一周后使用，必要时应经过蒸馏纯化或无水处理。 (2)用细砂纸将镁带氧化层打磨干净，再剪成0.3,0.5cm的细丝备用。在剪的过程中动作要快，随剪随即放入烧瓶中。 (3)开始反应时，一定要等反应引发后再开始搅拌，以免局部正溴丁烷液浓度降低，使反应难以进行。当反应长时间不引发时，可向反应瓶中加入一小粒碘或稍稍加热反应瓶，促使反应引发。 (4)由于反应放热，因此开始加入的正溴丁烷液不宜太多。反应中注意控制滴加速度，太快会发生偶联反应，乙醚能自行回流时的速度即可。 (5)实验中使用了大量的乙醚，因此应注意安全，以防着火。 30 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 实验七 正丁醚的合成 一、实验目的 1(了解威廉姆森合成法制备醚的反应原理。 2(掌握醚合成、洗涤、提纯的过程。 3(熟悉分水器的使用。 二、实验原理 主反应: 2CHCHCHCHOHCHCHCH)O+H O(CH3222322222 副反应: CH+H OCHCHCHCHOHCHCHCH22322232 三、实验药品及仪器 药品:正丁醇，浓硫酸，50%硫酸，无水氯化钙。 仪器:球形冷凝管，三口瓶，温度计，分水器，分液漏斗，烧瓶，蒸馏头，接引管 四、实验装置图 31 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 五、实验步骤 1(常量合成 在100mL三口瓶中加入31mL正丁醇(0.8109g/ml)，再将5mL浓硫酸慢慢加入瓶中，使瓶中的浓硫酸与正丁醇混合均匀，并加入几粒沸石。在瓶口上装温度计和分水器，温度计要插在液面以下，分水器的上端接一回流冷凝管。 分水器中需要先加入一定量的水，把水的位置做好记号。将三口瓶放到电热套中加热，开始调压不要太高，先加热30min但不到回流温度(约100,115?)，后加热保持回流约1h。随着反应的进行，分水器中的水层不断增加，反应液的温度也不断上升。当分水器中的水层超过了支管而要流回烧瓶时，可以打开分水器的旋塞放掉一部分水。当分水器中的水层不再变化，瓶中反应液温度到达150?左右时，停止加热。如果加热时间过长，溶液会变黑，并有大量副产物烯生成。 待反应物稍冷，拆下分水器，将仪器改成蒸馏装置，再加2粒沸石，进行蒸馏至无馏出液为止。 将馏出液倒入分液漏斗中，分去水层。粗产物每次用15mL冷的50%硫酸洗涤，共洗2次，再用水洗涤2次，最后用1,2g无水氯化钙干燥。将干燥后的粗产物倒入50mL圆底烧瓶中(注意不要把氯化钙倒进瓶中!)进行蒸馏，收集140,144?的馏分，产量为7,8g。 32 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 15 纯正丁醚(dibutyl ether)为五色液体，沸点为142.4?，为0.773。 d4六、实验数据 M=38.6g M=40.7g 瓶加水+ =47.5g M=40.1g M瓶产物瓶+ M=2.1 g ; M=7.4 g 水正丁醚 7.4 产率= -------- × 100% = 36.1% 20.5 七、注意事项 (1)本实验利用恒沸混合物蒸馏方法，利用分水器将反应生成的水层上面的有机层不断流回到反应器中，而将生成的水除去。 (2)按反应式计算，在常量合成中生成水的量为3mL，实际上分出水层的体积要略大于理论量，否则产率很低。 (3)50%硫酸的配制方法:20mL浓硫酸缓慢加入到34mL水中。 (4)丁醇能溶于50%硫酸，而正丁醚溶解很少。 33 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 实验八 乙酸正丁酯的合成 一、实验目的 1(了解缩合反应、酯化反应的原理及合成方法。 2(掌握酯类产物合成、洗涤、提纯的过程。 3(进一步熟悉分水器的使用。 二、实验原理 反应: HSO24n-CHOHCHCOOCH+HOCOOH+CH4934923 三、实验药品及仪器 药品:正丁醇，冰醋酸，浓硫酸，10,碳酸钠溶液，无水硫酸镁。 仪器:圆底烧瓶，分水器，球形冷凝管，烧杯，分液漏斗，蒸馏头，直形冷凝管，接引管 四、实验装置图 34 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 五、实验步骤 1(常量合成 在50mL圆底烧瓶上装上分水器，在分水器的两个口上分别装上回流冷凝器和温度计，在分水器放水口一侧预先加入一定量的水(略低于支管口)，并做好记号。 向反应瓶中加入10mL(0.109mo1)正丁醇和7mL(0.122mo1)冰醋酸，再滴入3滴浓硫酸，混合均匀，加沸石2粒。开始加热，在80?左右加热15min，后提高温度使反应处于回流状态约25min，当看不到水珠穿行时，表示反应完毕。与此同时，要不断地从分水器放水口放出反应生成的水，以保持原水位不变，并记录放水量(约2.25mL)。 冷却后将分水器中的液体全部倒回反应瓶中，在分液漏斗中将水层分出，用10mL 10%碳酸钠水溶液洗涤有机层，使有机层pH等于7，再用10mL水洗1次，分去水层，有机层倒入一个干燥的锥形瓶中，用无水硫酸镁干燥。常压蒸馏产品，收集124,126?之间的馏分，产率约68%,75%。 1820 乙酸正丁酯(n-butyl acetate)的沸点为126.3?，为0(8824，为1.3947。dn4D六、实验数据 M=25.7g M=28.7g 瓶瓶水+ M=47.7g M=53.6g 瓶瓶产物+ M= 3.0g ; M= 5.9g 水产物 5.9 产率= -------- × 100% = 48.4% 12.2 七、注意事项 (1)滴加浓硫酸时，要边加边摇，以免局部碳化，必要时可用冷水冷却。 (2)本实验利用形成的共沸混合物将生成的水去除。共沸物的沸点为:乙酸正丁酯-水沸点90.7?，正丁醇-水沸点93?，乙酸正丁酯-正丁醇沸点117.6?，乙酸正丁酯-正丁醇-水沸点90.7?。 35 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 实验九 苯乙酮的合成 一、实验目的: 1(了解付氏酰基化反应的原理。 2(学会苯乙酮的合成。 3. 掌握粗产物的萃取、洗涤、提纯等的过程。 二、实验原理 合成苯乙酮利用的是苯与乙酸酐在路易斯酸催化剂(三氯化铝)作用下的反应: CH，(CHCO)OALCLCHCOCH，CHCOOH663236533三、实验药品与仪器 药品:苯、乙酸酐、无水三氯化铝、浓盐酸、石油醚、5%氢氧化钠溶液、无水硫酸镁。 仪器:三口瓶、回流冷凝管、恒压滴液漏斗、电磁搅拌器、分液漏斗、蒸镏头、温度计、直形冷凝管、接引管、接收瓶、空气冷凝器。 四、实验装置 36 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 五、实验步骤 1(在100ml的三口瓶上，装上回流冷凝器，在冷凝器的上口接一个装有无水氯化钙的干燥管并连接气体吸收装置，在烧杯中加入5%NaOH溶液作为吸收剂，吸收反应中产生的HCL气体。出气口与液面距离1,2mm为宜，千万不要全部插入液体中，以防倒吸，在三口瓶的另一口上装上恒压滴液漏斗，装好电磁搅拌器，在剩下的一口上装温度计。 2(向反应瓶加入12g(0.09mol)无水氯化铝和16ml(0.18mol)苯，开动搅拌器，边搅拌边滴加4ml-(0.04mol)乙酸酐，开始先少加几滴，待反应发生后再继续滴加。此反应为放热反应，应注意控制滴加速度，切勿使反应过于激烈，必要时可用冷水冷却，此过程需10,15min。 3(原料加完，待反应缓和后，用水浴加热反应瓶并搅拌，直至无HCl气体逸出为止。此过程需40min。 4(将反应瓶置于冷水浴中，边搅拌边慢慢滴加18ml浓盐酸和40g碎冰。若还有固体存在，应补加浓盐酸使其溶解。然后将反应液倒入分液漏斗中，分出上层有机层，用40ml石油醚分2次萃取，萃取后的石油醚与有机相合并，依次用10ml10%NaOH和10ml水洗涤。在水浴上蒸出石油醚和苯后，再用常压蒸馏出产品。 常压蒸馏时，当温度超过140?时，改用空气冷凝器继续蒸馏，收集198?-202?的馏分。产品为无色透明液体。 六、实验数据处理 m=37.5g m=39.9g 瓶瓶物+ -1m=2.4g m=0.042mol×120g.mol=5.04g 物理 2.4,，100%,47.13%产率 5.04 七、注意事项: 1(此实验应在无水条件下进行，所用药品及仪器需全部干燥。 2(无水氯化铝在空气中容易吸潮分解，在称量过程中动作要快，称完后及时倒入烧瓶中，并及时盖好盖子，苯用CaCl干燥过液后再用。放置时间较长的2 37 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 乙酸酐应蒸馏后再用，收集137-140?之间的馏分。 3(在与无水氯化铝接触的过程中，应避免与皮肤接触，以免被灼伤。 4(反应温度不宜过高，一般控制反应液温度在60?左右为宜，反应时间长一些以提高产率。 5(加乙酸酐时，开始慢一些，以免引起暴沸，必要时可用冷水冷却。(因为此反应为放热反应)，反应高峰过后可加快速度。 38 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 实验十 乙酰乙酸乙酯的合成 一、实验目的 1(了解活泼亚甲基反应的原理。 2(了解克莱森酯缩合反应的原理。 3. 掌握乙酰乙酸乙酯合成的过程。 4. 掌握粗产物的洗涤、分液、干燥、减压蒸馏等操作。 二、实验原理: 两分子乙酸乙酯在强碱作用下缩合，再经过水解生成乙酰乙酸乙酯，此反应称为克莱森酯缩合反应。本实验利用金属钠与市售乙酸乙酯中含有少量乙醇生成钠作为缩合剂，促进反应发生。金属钠为易燃物质，遇水可自燃，操作应十分小心。 反应: ,，2CHCOOCH，CHONaCHOH[CHCOCHCOOCH]Na3252525325 ，HCHCOCHCOCH3225 三、实验药品与仪器 药品:乙酸乙酯、钠、50%乙酸，饱和食盐水，无水硫酸镁 仪器:圆底烧瓶、回流冷凝器、氯化钙干燥管、蒸馏头、温度计、冷凝管、接引管、接收瓶、分液漏斗 四、实验装置图 39 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 五、实验步骤: 1(在50ml圆底烧瓶中加入18ml(6.2g，0.184mol)分析纯乙酸乙酯，加入1.8g(0.078mol)刚刚切成小簿片的金属钠，迅速装上回流冷凝器并接氯化钙干燥管。反应立即开始，使反应保持微沸状态，直至金属钠反应完。此时，反应瓶内溶液呈棕红色并有白色固体出现。 2(冷却反应液，边摇边加入50%乙酸(约15ml)使反应液PH等于6，此时，固体应全部溶解(若还存剩余固体，可加入使其溶解)。将反应液倒入分液漏斗中，加入等体积的饱和食盐水洗涤，分出有机层用无水式硫酸镁干燥，常压蒸出过量的乙酸乙酯，再减压蒸出产品。 六、实验数据处理 m=23.5g m=27.0g 烧杯杯物+ m=3.5g 物 0.184mol,1，114g.mol,10.488gm= 理2 m实=3.5g 3.5,，100%,33.37%产率 10.488 七、注意事项: 1(将钠切成小薄片的过程中动作要快，以防金属表面被氧化。钠表面的石蜡一定要擦掉。 2(乙醇钠一定要保持干燥。 40 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 3(一定要等在部分钠反应完后，再加乙醇水溶液，以防着火。 4(要注意避免加入过量的乙醇溶液，否则会增加酯在水中的溶解度，另外酸度过高，会促使副产物“去水乙醇”的生成，从而降低产量。 5(乙酰乙酸乙酯常压蒸馏时，易发生分解，最好减压蒸馏产品，温度低于100。 41 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 实验十一 肉桂酸的合成 一、实验目的 1(了解羟醛缩合反应的原理。 2(了解和掌握肉桂酸的合成过程。 3. 掌握粗产物的洗涤、水蒸汽蒸馏、干燥、重结晶等操作。 二、实验原理 反应: PhCHO，(CHCO)O,Ph,CH,CH,COOH，CHCOOH323三、实验药品与仪器 药品:苯甲醛、乙酸酐、无水醋酸钾、碳酸钠、浓盐酸、活性炭。 仪器:三口瓶、球形冷凝管、温度计、圆底烧瓶、T形管、接引管、直形冷凝管。 四、实验装置图 42 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 五、实验步骤 1(取1.8g无水醋酸钾，放入蒸发器在电炉或电热套上使其熔化，取下研碎，及时放入100ml三口瓶中。在三口瓶中再加入1.5ml(14.8mol)苯甲醛及3ml(31.8mmol)乙酸酐，混合均匀后装上空气冷凝器及温度计，加热回流1h，维持反应温度在150-170?之间。 反应完毕，待冷却后向反应液中加30ml水，边加热边振荡一会，再慢慢加入碳酸钠中和反应液至PH等于8，然后进行水蒸气蒸馏直到馏出液中无油珠出现，待三口瓶中的剩余液体冷却后，加入活性炭煮沸10,15min，进行热油滤，用浓盐酸调节滤液至PH等于3，冷却待晶体析出后进行抽滤，用少量水洗涤晶体，抽干，在红外灯下将晶体烘干。产品为白色晶体，可用95%乙醇进行重结晶。 六、实验数据处理 M=0.79g 产物 -3-1m=14.8×10mol×148g.mol=2.1904g 理 m=0.79g 实 0.79,，100%,36.07%产率 2.1904 七、实验注意事项 1(一定要注意无水。 2(可用无水醋酸钠或无水碳酸钾代替无水醋酸钾。 3(在熔无水醋酸钾时，请不断搅拌使水分尽快蒸发，同时防止碳化变黑。 4(醋酸钾加热熔解后，拿下来冷却后，立即研碎、迅速放入三口烧瓶中，以 43 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 防无水醋酸钾又潮解。 5(久置的苯甲酸会自行氧化成苯甲酸，混入产品中不易去除，影响产品纯度，故在使用前应除去。 6(开始加热时不要过猛，以防醋酸酐受热分解而挥发，白色烟雾不要超过冷 1疑管的。 3 44 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 实验十二 甲基橙的制备 一、实验目的: 1(了解重氮化反应的原理 2(了解甲基橙制备的原理及制备的过程 二、实验原理: 反应: SOHNaO21NaSOOO++HNHNHO33222 ，NaNO,HCl2-]N,NOSCl[HOSONaON3H320,5? PhNMe3+-OON=NNHMe[HOS]AC23HAC NaOHOONaOSN=NNMe+NaAC+HO322 三、实验药品与仪器 药品:对氨基苯磺酸，5%氢氧化钠水溶液，亚硝酸钠，浓盐酸， N，N—二甲苯胺，冰乙酸，95%乙醇，乙醚。 仪器:试管，烧杯，漏斗 四、实验步骤 1、对氨基苯磺酸重氮盐的制备 在一只试管中加入1g(5.77mmol)对氨基苯磺酸，5mL5%氢氧化钠溶液，使其溶解。另将0.4g(5.8mmol)亚硝酸钠溶于3mL水中，加入到上述反应液中。在冰盐溶冷却并搅拌下，将混合液慢慢加到盛有5mL水和1.5mL浓盐酸的50mL烧杯中，温度始终保持在5?以下，反应液由橙黄变为乳黄色，并有白色沉淀生成。滴加完毕继续在冰水浴中反应5-7min。 在试管中将0.7mL(5.1mmol)N，N—二甲基苯胺和0.5mL冰乙酸混合均匀。 45 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 在搅拌下将溶液慢慢滴加至冷却的重氮盐溶液中，加完后继续搅拌10min，此时溶液为深红色。搅拌时，慢慢加入12.5mL5%的氢氧化钠溶液，此时有固体析出，反应物为成为橙黄色浆状物，搅拌均匀，在沸水浴上加热5min(使固体陈化)，冷却使晶体完全析出。抽滤，依次用少量水、乙醇、乙醚洗涤，压干或抽干，得到紫色晶体。 2、重结晶 将粗产品用0.4%氢氧化钠水溶液(每克粗产品加约15,20mL)进行重结晶，得到橙黄色明亮的小叶片状晶体。 取少量甲基橙溶解于水中，加几滴盐酸，然后用稀氢氧化钠溶液中和，观察溶液的颜色变化。 五、实验数据处理 m=43.5g m+m=45.3g 表表物 -3-1m=5.7×10mol×327mol=1.887g 理 m=45.3g,43.5g=1.8g 实 1.8,，100%,95.38%产率 1.887 六、实验注意事项 (1)NN—二甲基苯胺久置易被氧化，因此需要重新蒸馏后再使用，该有机, 物有毒，蒸馏时应在桶风橱中进行。 (2)用乙醇、乙醚洗涤产品的目的是使产品迅速干燥。 (3)反应时，温度时应控制在5?以下。 (4)甲基橙在水中溶解度较大，重结晶时加水不易过多。 (5)重结晶时，操作要迅速，因为产物呈碱性，温度高时易变质，使颜色加深，此时可先将水煮沸，再加入晶体。 46 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 实验十三 7,7—二氯双环[4,1,0]庚烷的合成 一、实验目的: 1.了解相转移催化反应机理。 2.了解卡宾反应机理。 3.了解和掌握7,7—二氯双环[4,1,0]庚烷的合成过程。 4. 掌握粗产物的萃取、洗涤、干燥、减压蒸馏等操作。 二、实验原理: 本实验属卡宾反应，应用相转移催化反应来合成目标分子，所用相转移催化剂可有多种选择。本实验相转移循环式如下: ++--PhCH+NaOHNEtClPhCHNEtOH+NaCl水相:2323 CHCl3 ++--PhCHNEtCl+CClPhCHNECCl+HO有机相:2322332 Cl Cl ClNaOH +CHCl2 ClTEBA 三、实验药品与仪器 -1药品:环已烯，氯仿，三乙基苄基氯化铵(TEBA)，氢氧化钠，石油醚，2mol.L，盐酸，无水硫酸镁。 仪器:三口瓶、温度计、球形冷凝管、分液漏斗、圆底烧瓶、T形管、蒸馏头、直形冷凝管、接引管、安全瓶。 四、实验装置图 47 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 五、实验步骤 在50mL三口瓶上装电动搅拌器，回流冷凝器及温度计。将4.1g(5.05mL，0.05mol)环已烯，18g(12Ml，0.15mol)氯仿0.5gTEBA加入反应瓶，开动搅拌器，从冷凝口上慢慢用液管将16g 50%新配的氢氧化钠水溶液加入反应瓶中。反应混合物自动开温并形成乳浊液，并于13min内自行开温至50-55?，保持此温度，搅拌反应40min。加入20mL冰水，将反应液倒入分液漏斗中，静置分液，收存下层氯仿层，碱性水层各用7.5mL石油醚(60,90?)萃取2次，合并石油 -1醚萃取液与氯仿层，用12.5mL2mol.L盐酸洗涤，再各用12.5mL水洗涤2次，用无水硫酸镁干燥。蒸除溶剂，(79,80?/15mmHg(2KPa)下减压蒸馏收集馏分。 六、实验数据处理 m=23.5g 烧瓶 m+m产物=27.6g 烧瓶 -1m=0.05mol×165g.mol=8.25g 理 m=27.6-23.5g=41g 实 4.1,，100%,49.7%产率 8.25 七、实验注意事项: 1(所配制的碱的溶液浓度应准确，其液湿与反应液相适宜时加入最好，否则使反应温度波动较大。 2(反应温度必须控制在55,60?，低于55?反应不完全，高于60?反应，颜色加深，黏稠，产率低，原料或中间体卡宾可能挥发。 48 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 3(搅拌效果要好。要增加反应接触面，以提高收率。 4(反应后在搅拌下加入冰水，使反应混合物中的固体(盐类)全溶，以利于后处理。 5(乙醚与石油醚萃取收率相位，但石油醚安全。分液时间较长，分离效果才会较好。 49 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 实验十四 乙酰基二茂铁的合成及柱色谱分离 一、实验目的 1(了解有机金属化合物的反应原理; 2(掌握乙酰基二茂铁的合成方法; 3. 掌握柱色谱分离有机混合物的方法。 二、实验原理 反应: COCH3 浓HPO34CO)OC(HFe+32Fe 三、实验药品与仪器 药品:二茂铁，乙酸酐，85%磷酸，氯化钙，碎冰，碳酸氢钠 仪器:三口瓶，回流冷凝器，电动搅拌器 四、实验装置图 五、实验步骤 在100 mL三口瓶中，加入二茂铁1.5g(0.008mol)和乙酸酐5mL，装上回流冷凝器和电动搅拌器，冷水浴中慢慢滴加1mL85%磷酸，沸水加热回流10min冷却反应液，注入20g碎冰，冰全溶后，加NaHCO中和反应液，有CO冒出，至,,，32 50 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 冷水浴并搅拌反应30min，抽滤用水洗涤并烘干，得粗产品。 用柱色谱法分离纯化产品方法如下: 用中性氧化铝及石油醚湿法装柱。将0.1g乙酰基二茂铁粗品溶于1-2mL苯中，加样品，先用石油醚淋洗，分离出二茂铁色带，后用石油醚与乙醚体积比为3:1的混合淋湿液淋洗，当橙色的乙酰基二茂铁色带清淅分出后，可继续淋洗直到乙酰基二茂铁色带全部洗出。蒸除溶剂，当残液剩约1mL时，倒在培养皿时，在通风橱中用红外灯烘去少量溶剂，可见针状晶体。 六、实验数据处理 m =0.6g 0.6产率=，100%,46.1% 1.3 七、实验注意事项: 1.可用固体NaHCO来中和反应液 3 2.加热时，速度不要太快，以防温度过高发生碳化 3.小心地加入NaHCO直至无气泡冒出时，即可以为反应液已为中性，不可用3 试纸检验反应液是否呈中性，因反应液有时呈橙色有时呈暗棕色，用试纸难以正确判定。 4.当乙酰基二茂铁被淋洗出来之后若改用纯乙醚作淋洗剂，可淋洗到二乙酰基二茂铁这副产物，其为橙棕色固体，熔点为130-131?。 51 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 实验十五 从茶叶中提取咖啡因 一、实验目的 1(掌握天然产物的提取方法。 2(学会从茶叶中提取咖啡因。 3. 掌握升华操作。 二、实验原理 茶叶中含有多种生物碱、丹宁酸、茶多酚、纤维素和蛋白质等物质。咖啡因是其中一种生物碱，熔点为234,237?的无色针状结晶，100?失去结晶水，178?升华，在茶叶中含量为1%,5%，属于杂环化合物嘌呤的衍生物化学名称为1，3，7-三甲基-2，6-二氧嘌呤。易溶于乙醇等有机溶剂。咖啡因不仅可以通过测定熔点和用光谱法加以鉴别，还可以通过制备熔点为137?的咖啡因水杨酸盐衍生物，进一步得到确认。 三、实验仪器与药品 药品:茶叶，95%的乙醇 仪器:圆底烧瓶，提取器，冷凝管 四、实验装置 五、实验步骤 52 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 1(咖啡因提取 称取10g茶叶，用滤纸将茶叶包入卷成筒状，注意勿使茶叶从滤纸缝中漏出，将滤纸筒装入索式提取器中，加入适量95%的乙醇(加到虹吸管刚好溢流时再加入20mL)。记录实际加入溶剂量。加热回流(记录每次虹吸溢流的时间间隔)直到溢流液颜色很淡或无色时，控制转移支提器筒中大部分溶剂尚未发生溢流时，停止加热。将下部烧瓶中的提取液倒入蒸发皿中，晾干，待升华之用。乙醇倒入回收瓶中，废茶叶放入废液内。 2(咖啡因提纯 将蒸发皿在红外灯下烘烤(温度不宜太高避免升华)。称取3g氧化钙，研细后与萃取液拌和成茶砂，继续在50,60?下烘烤。干燥后，取0.5g茶砂进行减压升华操作。剩余茶砂用常压升华法升华。称量所得的升华产物。 六、实验数据处理 m=0.8265g 滤纸 m=0.8813g 纸+产物 (0.8813,0.8265)gW,，100%10g ,0.548% 七、实验注意事项 1(加热回流时温度不宜过高，防止蒸馏瓶中茶叶碳化; 2(滤纸包大小应适宜，不可超过虹吸管高度; 3(乙醇要回收; 4(在红外灯下烘烤时，温度不宜太高，避免升华，也不要烘的太干。 53 江苏科技大学化学实验教学示范中心 有机化学标准实验报告 54 江苏科技大学化学实验教学示范中心