實驗二-乙酰乙酸乙酯的制備

/實驗二乙酰乙酸乙酯的制備一、實驗目的１、學習制備乙酰乙酸乙酯的原理和方法,加深對Clａｉsｅn酯縮合反應原理的理解和認識；2、熟悉在酯縮合反應中金屬鈉的應用和操作;3、復習無水操作和液體干燥；4、了解減壓蒸餾的原理和應用范圍，認識減壓蒸餾的主要儀器設備，并初步掌握減壓蒸餾儀器的安裝和操作方法。二、實驗原理含有α—H的酯在堿性催化劑存在下,能和另一分子酯發(fā)生縮合反應生成β—酮酸酯，這類反應稱為Ｃlａiseｎ酯縮合反應.乙酰乙酸乙酯就是通過這個反應制備的。反應式:反應機理：其催化劑是乙醇鈉。因為金屬鈉和殘留在乙酸乙酯中少量乙醇（少于3％）作用后就有乙醇鈉生成。乙酰乙酸乙酯的生成是經(jīng)過如下一系列平衡反應:C２H5OH＋Na→C2H5OＮa＋H2隨著反應的進行,也不斷地生成了醇，所以反應就能不斷地進行下去，直至金屬鈉消耗。乙酸乙酯中總是含有少量乙醇副產(chǎn)物，所以此對反應有利。但如果作原料的酯中乙醇的含量過大時,對反應也是不利的。因為Clａisｅｎ酯縮合反應是可逆的，β—酮酯在醇和醇鈉的作用下可分解為兩分子酯,使產(chǎn)率降低：三、實驗部分1、實驗儀器：圓底燒瓶、分液漏斗、球形冷凝管、直形冷凝管、干燥管、減壓蒸餾裝置、燒杯、錐形瓶、量筒、滴管、玻璃棒、電熱套等２、實驗藥品：乙酸乙酯、Na、二甲苯、HOAc（50％）、飽和NaCl、無水Nａ2ＳO４、CaCｌ2【主要反應試劑及產(chǎn)物的物理常數(shù)】名稱分子質(zhì)量顏色晶型m.p.b。ｐ。d４２0nＤ２0溶解度Ｈ2Ｏ乙醇乙醚二甲苯１06。1７cｏllq-２5.18144。4０．８８０21.50５5i∞∞乙酸乙酯88．１2coｌlq—８3.６７7．10。90０3１。3７238。513∞∞金屬鈉２２．９9siｌvｍet，cb９7。８2881.4０.９68ddｉ乙酰乙酸乙酯１30。15collq<—80180。41。０2８2１。4１9４1317∞∞【乙酰乙酸乙酯沸點與壓力的關系】3、操作步驟安裝回流反應裝置制鈉珠:將金屬0.9g(39。１mmoｌ）Na迅速切成薄片,放入５0mL的圓底燒瓶中，并加入10mL經(jīng)過干燥的二甲苯，小火加熱回流使熔融,拆去冷凝管，用橡皮塞塞住瓶口，用力振搖即得細粒狀鈉珠。稍冷后將二甲苯潷入回收瓶。加酯回流:迅速放入10mL（9g，10２．2ｍｍol）乙酸乙酯，反應開始.若慢可溫熱?；亓髦菱c基本消失，得橘紅色溶液,有時析出黃白色沉淀(均為烯醇鹽)。酸化：加入50％醋酸至反應液呈弱酸性(pH=5～６）,固體未溶完可加少量水溶完.分液：反應液轉(zhuǎn)入分液漏斗，加等體積飽和氯化鈉溶液，振搖，靜置，分液。水層(下層）用8mL乙酸乙酯萃取，萃取液和有機層合并,倒入錐形瓶中,并用適量的無水Na2SO４干燥。蒸餾:將已充分干燥的有機混合液水浴加熱蒸餾出未反應的乙酸乙酯,停止蒸餾，冷卻。將蒸餾得到的剩余物移至10mL圓底瓶中進行減壓蒸餾，收集餾分?！緦嶒炑b置圖】【實驗流程】4、實驗注意事項:（1）儀器干燥，嚴格無水。金屬鈉遇水即燃燒爆炸，故使用時應嚴格防止鈉接觸水或皮膚.鈉的稱量和切片要快，以免氧化或被空氣中的水氣侵蝕.多余的鈉片應及時放入裝有烴溶劑(通常二甲苯）的瓶中.（2）本實驗的關鍵：是所用儀器必須是干燥的,所用的乙酸乙酯必須是無水的。水的存在金屬鈉易與水反應生成放出氫氣及大量的熱易導致燃燒和爆炸。NaOH的存在易使乙酸乙酯水解成乙酸鈉,更重要的是水的存在使金屬鈉消耗難以形成碳負離子中間體,導致實驗失敗。(3)搖鈉為本實驗關鍵步驟,因為鈉珠的大小決定著反應的快慢。鈉珠越細越好，應呈小米狀細粒。否則，應重新熔融再搖。鈉珠的制作過程中間一定不能停，且要來回振搖,使瓶內(nèi)溫度下降不至于使鈉珠結(jié)塊。（4）醋酸不能多加，否則會造成乙酰乙酸乙酯的溶解損失.用醋酸中和時，若有少量固體未溶,可加少許水溶解,避免加入過多的酸。（５）體系壓力（mｍHg）=外界大氣壓力（mｍHg)-水銀柱高度差(mmHg)[開口式壓力計](6)在系統(tǒng)充分抽空后通冷凝水，再加熱蒸餾。一旦減壓蒸餾開始,就應密切注意蒸餾情況，調(diào)整體系內(nèi)壓,經(jīng)常記錄壓力和相應的沸點值，根據(jù)要求，收集不同餾分.(７）蒸餾完畢,移去熱源,慢慢旋開螺旋夾(防止倒吸)，并慢慢打開二通活塞,平衡內(nèi)外壓力,使測壓計的水銀柱慢慢地回復原狀，(若打開得太快，水銀柱很快上升，有沖破測壓計的可能),然后關閉油泵和冷卻水.(8）液體樣品不得超過容器的１／２。（9)減壓蒸餾前先抽真空,真空穩(wěn)定后再慢慢升溫。（１０)裝儀器時,首先要求檢查磨口儀器是否有裂紋。安裝儀器時每一個磨口都必須配合好同時為了提高氣密性要求在磨口上涂凡士林。四、結(jié)果與討論１、實驗步驟及現(xiàn)象制鈉珠加熱后鈉成熔融狀態(tài)，趁熱搖勻后得到小鈉珠?；亓鳌⑺峄饘兮c逐漸消失，溶液呈紅棕色透明液體。加入酸后先有黃白色固體生成，繼續(xù)加酸后固體消失,溶液呈黃棕色.分液、干燥分液干燥后得到黃棕色液體。減壓蒸餾氣壓為8。2kpa，溫度為3１℃時有前餾分蒸出，氣壓為4．6kpａ溫度為83℃時有餾分蒸出,此時開始收集產(chǎn)物.收集到的產(chǎn)物為淡黃色透明液體。２、實驗思考（１）為什么使用二甲苯做溶劑,而不用苯或甲苯?答：因為二甲苯:b．ｐ.１40℃,苯:b．ｐ。80．1℃，甲苯：ｂ.p。１10。6℃，而鈉的熔化溫度為97．5℃，所以選用二甲苯比較好。（2)為什么要做鈉珠?答：增大鈉的比表面積，利于反應。(３）為什么用醋酸酸化，而不用稀鹽酸或稀硫酸酸化?答:因為用稀鹽酸或稀硫酸的話,酸性太強，會增大乙酸乙酰乙酯在水中的溶解度，而醋酸的酸性比較適合。(４）加入飽和食鹽水的目的是什么?答:降低酯在水中的溶解度，提高收率.(5）中和過程開始析出的少量固體是什么？答：析出的是烯醇鹽.（6）乙酰乙酸乙酯沸點并不高,為什么要用減壓蒸餾的方式?答：因為乙酰乙酸乙酯在常壓蒸餾時易分解，產(chǎn)生去水乙酸。所以為了減少副反應的發(fā)生，提高產(chǎn)率,采用減壓蒸餾的方式比較好。（7）在怎樣的情況下才用減壓蒸餾？答：沸點高的物質(zhì)以及在普通蒸餾時還沒達到沸點溫度就已分解，氧化或聚合的物質(zhì)才用減壓蒸餾。使用油泵減壓時，實有哪些吸收和保護裝置？其作用是什么？答:油泵的結(jié)構(gòu)較精密,工作條件要求較嚴,蒸餾時如有揮發(fā)性的有機溶劑、水、酸蒸氣都會損壞泵和改變真空度.所以要有吸收和保護裝置.主要有:①冷阱:使低沸點（易揮發(fā)）物質(zhì)冷凝下來不致進入真空泵;②無水CaCl２干燥塔:吸收水汽;③粒狀氫氧化鈉塔：吸收酸性氣體;④切片石蠟:吸收烴類物質(zhì)。(９）在進行減壓蒸餾時,為什么必須用熱浴加熱,而不能用直接火加熱？為什么進行減壓蒸餾時須先抽氣才能加熱?答:用熱浴的好處是加熱均勻，可防止暴沸，如果直接用火加熱的話,情況正好相反。因為系統(tǒng)內(nèi)充滿空氣，加熱后部分溶液氣化，再抽氣時,大量氣體來不及冷凝和吸收，會直接進入真空泵，損壞泵改變真空度。如先抽氣再加熱,可