1-溴丁烷的制備.doc

1-溴丁烷的制備一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)以溴化鈉、濃硫酸和正丁醇為原料制備1-溴丁烷的原理和方法。2、練習(xí)帶有吸收有害氣體裝置的回流加熱操作。二、實(shí)驗(yàn)原理溴代烷通常由相應(yīng)的醇通過(guò)以下幾種方法制備：1醇與大量的氫溴酸（48%HBr，沸點(diǎn)126）一起加熱，使溴代烷慢慢地蒸出。此法適用于制備沸點(diǎn)較低的溴代烷（如1-溴丙烷、2-溴丙烷、溴代環(huán)己烷），操作簡(jiǎn)單易行，只是需要用大大過(guò)量的氫溴酸。2醇與氫溴酸-硫酸混合物一起加熱。硫酸的存在使醇與氫溴酸的反應(yīng)大大加快，溴代烷的產(chǎn)率也得到提高。此法氫溴酸只要稍微過(guò)量即可。3醇與三溴化磷（或紅磷加溴）反應(yīng)制備產(chǎn)率很高的溴代烷。此法可用于制備高級(jí)碳鏈的溴代烷；還可避免產(chǎn)生分子重排而異構(gòu)化的溴代烷。本實(shí)驗(yàn)是采用第二種方法制備1-溴丁烷。實(shí)驗(yàn)室制備鹵代烷的方法多用結(jié)構(gòu)上相對(duì)應(yīng)的醇與氫鹵酸作用發(fā)生SN2取代反應(yīng)。采用濃硫酸和溴化鈉（或溴化鉀）作為溴代試劑有利于加速反應(yīng)和提高產(chǎn)率，但硫酸的存在會(huì)使醇脫水而生成烯烴和醚 。1溴丁烷是由正丁醇與鹵代試劑（溴化鈉和濃硫酸反應(yīng)生成的氫溴酸，通過(guò)親核取代反應(yīng)而取得的，主反應(yīng)如下：加入濃硫酸的作用一是作為反應(yīng)物與溴化鈉生成氫溴酸，二是由于濃硫酸作為一個(gè)強(qiáng)酸，能提供質(zhì)子，使醇形成離子：使醇上的極弱離去基變成一個(gè)較強(qiáng)的離去基，從而大大加快反應(yīng)的速度。正丁醇是伯醇，上述反應(yīng)是典型的酸催化反應(yīng)，但也有部分是按機(jī)理進(jìn)行的。在親核取代反應(yīng)的同時(shí)，常伴有消除脫水等副反應(yīng)，如：2HBr + H2SO4 Br2 + SO2 + 2H2O所以反應(yīng)完畢，除得到主產(chǎn)物1溴丁烷外，還可能含有未反應(yīng)的正丁醇和副反應(yīng)正丁醚。另外還有無(wú)機(jī)產(chǎn)物硫酸氫鈉，硫酸氫鈉在水中溶解度較小，用通常的分液方法不易除去，故在反應(yīng)完畢再進(jìn)行粗蒸餾，一方面使生成的1溴丁烷分離出來(lái)，另一方面粗蒸餾過(guò)程可進(jìn)一步使醇與氫溴酸的反應(yīng)趨于完全。粗產(chǎn)物中含有正丁醇正丁醚等雜質(zhì)，用濃硫酸洗滌，可將它們除去，如果產(chǎn)品中有正丁醇，蒸餾時(shí)會(huì)形成沸點(diǎn)較低的餾分（1溴丁烷和正丁醇的共沸混合物沸點(diǎn)為C，含正丁醇13）而導(dǎo)致精制品產(chǎn)率降低。產(chǎn)物1溴丁烷的純度可以通過(guò)氣相色譜歸一化法分析得到。三、實(shí)驗(yàn)裝置四 實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)分二步完成。1第一步：按圖32安裝好反應(yīng)裝置。在裝置中的100ml圓底燒瓶中加入研碎的溴化鈉，用定量加料器加入ml正丁醇，投入沸石搖勻。在一小錐形瓶中加入15ml水,在冷水浴中一邊振蕩一邊加15ml的濃硫酸，得到1：1的硫酸。將稀釋后的硫酸從冷凝管上口分批加入反應(yīng)瓶中并充分振蕩，使反應(yīng)物混合均勻，硫酸加完后連接好氣體吸收裝置。反應(yīng)瓶在石棉網(wǎng)上小火加熱至沸騰，回流30min，反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)物冷卻數(shù)分鐘。 卸去回流冷凝管，反應(yīng)瓶中添加沸石，用蒸餾頭連接直形冷凝管，換成蒸餾裝置，進(jìn)行蒸餾。餾出液用細(xì)口瓶接收好，蒸餾至餾出液無(wú)油滴或澄清為止。在接收瓶中加入部分水封存,并塞好塞子，第二步實(shí)驗(yàn)待用。2 第二步：粗產(chǎn)品混合液倒入分液漏斗，將油層從下面放入干燥的小錐形瓶，然后用冷水浴中冷卻并振蕩下，用5ml濃分兩次加入瓶中洗滌油層，再將混合物倒入分液漏斗，分去下層的濃硫酸。油層依次分別用15ml水ml10的碳酸鈉水溶液和15ml水洗滌。最后一次洗滌畢，將下層粗產(chǎn)品仔細(xì)地放入干燥的小錐形瓶中，少量分批地加入無(wú)水氯化鈣，并間歇振蕩直至液體澄清。安裝好蒸餾裝置，通過(guò)長(zhǎng)頸漏斗，將液體濾入干燥圓底燒瓶，投入沸石，在石棉網(wǎng)上小火加熱蒸餾。收集99C的餾分。產(chǎn)品稱重，量體積，測(cè)定折射率，并用氣相色譜法檢查產(chǎn)品的純度。五、操作流程圖圓底燒瓶中配置硫酸溶液依次加入正丁醇、溴化鈉加熱，回流45分鐘餾出液分盡水層后，濃硫酸洗油層依次水洗、稀堿洗、水洗無(wú)水氯化鈣干燥蒸餾，收集99-102餾六、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)本實(shí)驗(yàn)包括加熱回流、氣體吸收、蒸餾、洗滌、干燥等步驟，操作方法齊全，現(xiàn)象明顯，適宜于第一個(gè)合成實(shí)驗(yàn)。同學(xué)們只要認(rèn)真預(yù)習(xí)、認(rèn)真操作都能成功完成本實(shí)驗(yàn)。但一些常犯錯(cuò)誤及操作要點(diǎn)還請(qǐng)同學(xué)們注意：1配置硫酸溶液時(shí)，在冷水浴中一邊震蕩圓底燒瓶一邊慢慢將濃硫酸加入水中。2本實(shí)驗(yàn)采用1:1硫酸（比重約1.52），一方面減少副反應(yīng)，另一方面吸收來(lái)不及反應(yīng)的溴化氫氣體。3加料時(shí)不要讓溴化鈉粘附在燒瓶壁上；一開(kāi)始加熱不要過(guò)猛，否則回流時(shí)反應(yīng)混合物的顏色很快變深（橙黃或橙紅色），甚至?xí)a(chǎn)生少量炭化。操作情況良好時(shí)油層呈現(xiàn)淺黃色，冷凝管頂端也無(wú)溴化氫逸出。4裝置的密封性要好。吸收液用水即可。氣體 導(dǎo)管出口處要接近但不能接觸吸收液面，采用漏斗導(dǎo)出氣體則可將漏斗的一半伸進(jìn)吸收液面。5回流后再進(jìn)行粗蒸餾一則使有機(jī)物分離出來(lái)，便于后面的洗滌操作；再則，粗蒸餾過(guò)程可進(jìn)一步使反應(yīng)趨于完全。粗蒸餾時(shí)油層的黃色褪去，餾出的油滴無(wú)色；若油層蒸完后繼續(xù)蒸餾，蒸餾瓶中的液體又漸漸變成黃色，這時(shí)餾出液呈酸性。有時(shí)蒸出的液滴也呈黃色，這是由于氫溴酸被硫酸氧化而分解出溴。6判斷粗產(chǎn)物是否蒸完，可用檢驗(yàn)油滴的方法：用盛少量清水的小燒杯接收幾滴餾出液，觀察燒杯底部有無(wú)小油珠，無(wú)小油珠則有機(jī)物已蒸完。7油層若呈紅棕色，是因?yàn)檎麴s時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而蒸出的氫溴酸恒沸液與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生游離溴所致。在以后的洗滌過(guò)程中會(huì)逐漸褪去。也可在分去硫酸后用少量亞硫酸氫鈉水溶液洗滌除去： 2NaBr+3H2SO4（濃）Br2+2H2O+2NaHSO4 Br2+NaHSO3+H2O2HBr+NaHSO48用濃硫酸洗滌粗產(chǎn)物時(shí)，一定要先將油層與水層徹底分開(kāi)，否則濃硫酸被稀釋，降低了洗滌的效果。若粗蒸餾時(shí)蒸出了氫溴酸，洗滌前又未分離除盡，加入濃硫酸后油層和水層都變成橙黃或橙紅色。用碳酸鈉溶液洗滌后油層又變?yōu)闊o(wú)色。9各次水洗時(shí)注意觀察水面上是否有懸浮的油狀產(chǎn)品。如有，則在放出下層油后，輕輕旋轉(zhuǎn)分液漏斗促使懸浮物離心下沉，再將其放出、并入，以減少損失。10蒸餾所用的各儀器必須預(yù)先烘干，否則產(chǎn)品易渾濁。11在無(wú)恒溫槽條件下測(cè)定折光率時(shí)，要注意同時(shí)記錄測(cè)定的環(huán)境溫度，然后按下列經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式進(jìn)行換算：n20D = n室溫D +（室溫-20）0.0004一般認(rèn)為誤差范圍在0.0010內(nèi)為合格產(chǎn)品，0.0005為優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。七、注意事項(xiàng)1. 在圓底燒瓶中加入10ml水，然后加入14ml濃硫酸，等濃硫酸冷至室溫后才加入溴化鈉。 2. 如不充分搖動(dòng)并冷卻至室溫，加入溴化鈉后，溶液往往變成紅色，即有溴游離出來(lái)。 3. 正溴丁烷是否蒸完，可以從下列幾方面判斷：蒸出液是否由混濁變?yōu)槌吻澹徽麴s瓶中的上層油狀大物是否消失；取一試管收集幾滴餾出液；加水搖動(dòng)觀察無(wú)油珠出現(xiàn)。如無(wú)，表示餾出液中已無(wú)有機(jī)物、蒸餾完成。 4. 如水洗后產(chǎn)物呈紅色，可用少量的飽和亞硫酸氫鈉水溶液洗滌以除去由于濃硫酸的氧化作用生成的游離溴。5. 反應(yīng)裝置的密封性要好。吸收液用水即可，氣體導(dǎo)管出口處要接近但不能接觸吸收液面。八、實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)錯(cuò)誤1. 配置硫酸溶液混合均勻后，冷至室溫，加入正丁醇，最后于室溫中加溴化鈉，搖勻,切不可先加溴化鈉。2. 反應(yīng)時(shí)小火加熱，切不可大火加熱。注意回流速度及冷凝管中氣體的位置。3. 在回流過(guò)程中，尤其是停止回流時(shí)，注意勿使漏斗全部埋入吸收液（水）中。4. 濃硫酸洗滌前，粗產(chǎn)物必須將水層分盡；洗滌時(shí)要充分振搖，否則不宜除去雜質(zhì)，而正丁醇可與正溴丁烷形成共沸物（沸點(diǎn)98.6，含正丁醇13%），蒸餾時(shí)很難除去。5. 各步洗滌，均需注意何層取之，何層棄之。預(yù)習(xí)時(shí)應(yīng)查找物理常數(shù)數(shù)據(jù)。若不知密度，可根據(jù)水溶性判斷。若判斷錯(cuò)誤，切不可將廢液倒掉，而應(yīng)將每步洗滌廢液留著，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。6. 分液漏斗操作中，下層液體從下口放出，上層液體從上口倒出，不可全從下口放出。7. 干燥完畢，澄清透明的液體用傾泌法倒入蒸餾燒瓶，切不可將干燥劑一起倒入進(jìn)行蒸餾。九、安全事項(xiàng)1 濃硫酸具有強(qiáng)氧化性和脫水性，勿接觸傷口；2 正丁醇雖屬于低毒物質(zhì)，但具有刺激和麻醉作用，勿直接吸入高濃度正丁醇和接觸皮膚。31-溴丁烷具有毒性，吸入其蒸氣可引起咳嗽、胸痛和呼吸困難。高濃度時(shí)有麻醉作用，引起神志障礙。和皮膚接觸可致灼傷，勿直接吸入高濃度1-溴丁烷和接觸皮膚。十、教學(xué)法1本實(shí)驗(yàn)安排部分同學(xué)做常量，部分同學(xué)做半微量，常量實(shí)驗(yàn)產(chǎn)率約為60%，半微量實(shí)驗(yàn)產(chǎn)率約為35%。2本實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)使用過(guò)量硫酸，使之起到平衡移動(dòng)的作用，但硫酸的存在也易產(chǎn)生烯、醚等副產(chǎn)物，因此要控制硫酸的用量及濃度?？山M織幾個(gè)同學(xué)為一組，分別采用不同的條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：不同的硫酸濃度和用量（0.5mol、0.336mol、0.168mol等）對(duì)產(chǎn)物的影響；不