專題實驗5-乙醇的生物合成及其應(yīng)用

專題試驗5——乙醇的生物合成及其應(yīng)用乙醇是無色、透亮、易揮發(fā)的液體，與水可以混溶，也是格外好的有機溶劑，在染料，香料，醫(yī)藥等工業(yè)中應(yīng)用廣泛，可用作溶劑、防腐劑、消毒劑〔70%～75%的乙醇、燃料等。毒，甚至死亡。后的發(fā)酵液經(jīng)蒸餾可制得白酒；經(jīng)分餾可得到95.5%的工業(yè)乙醇；經(jīng)簡潔加工可制成固體酒精；無水乙酯；進(jìn)一步可合成乙酰乙酸乙酯。試驗72白酒的釀造和工業(yè)酒精的制備一、試驗?zāi)康牧私忉劸频脑恚瑢W(xué)習(xí)釀酒的方法，把握白酒酒精度的測定方法；把握用白酒制工業(yè)酒精的原理和方法；穩(wěn)固蒸餾、分餾、測密度和酒精度等多種根本操作。二、試驗原理釀酒原理主反響淀粉〔米〕

〔糖化〕nC6H12O6

酵母菌無氧時

2C2H5OH

2(發(fā)酵〕主要副反響

28-30℃.C6H12O6

酵母菌O6O

+6HO+ 2 有氧時 2 2,,,,(),肽(,)::()+酯由于酵母菌在高濃度酒精下不能連續(xù)發(fā)酵，所得到的酒醪或酒液酒精濃度一般不會超過20%。發(fā)酵成熟的酒醅經(jīng)蒸餾，把酒醅中的酒精、水、高級醇、酸類等有效成分蒸發(fā)為酒汽，酒汽經(jīng)冷凝，收集即得確定濃度的白酒〔實際中酒頭局部往往單獨貯存，用于勾兌。白酒再經(jīng)過分餾可提高酒精濃度即得工業(yè)酒精。分別原理三、試驗用品試驗裝置蒸餾裝置〔1-32〕分餾裝置〔1-34〕藥品米飯，酒曲四、試驗步驟米飯用飯盒盛取半斤米飯，質(zhì)量要求外觀蒸透，熟而不粘，內(nèi)無生心即可。冷卻5～1030～3210～1525～28℃，夏季要降至品溫不再下降為止。揚渣或晾渣同時還可起到揮發(fā)雜味、吸取氧氣等作用。拌醅揚渣之后，拌入酒曲并快速攪拌均勻。酒曲的用量視其糖化力的凹凸而定，一般為釀酒主料的8～10%。為了利于酶促反響的正常進(jìn)展，在拌醅時應(yīng)加適量涼快水〔工廠稱加漿〕，把握入58～62%。入窖發(fā)酵均勻拌入酒曲后把飯扒平，從飯的中心挖一小井，蓋好缸蓋，保溫發(fā)酵。約24小時〔夏天氣溫高時間短，冬天氣溫低時間長些〕后，啟開缸蓋，這時可聞到酒香味，飯層高度下降，小井2～3〔涼開水〕200mL2～3天。蒸餾制白酒把酒醅轉(zhuǎn)入250mL園底燒瓶中，裝上蒸餾裝置，加熱蒸出大局部液體，餾出液即為白酒。蒸餾過程中每蒸出10m〔可用量筒作接液瓶〕餾出液稱重，計算密度，再查表得酒精度〔體積百分?jǐn)?shù)，至30%10mL餾出液的溫度變化值。工業(yè)酒精制備記錄整個過程的溫度變化及制得工業(yè)酒精總量并測量其密度，換算成乙醇的含量〔質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計算回收率。五、留意事項1．入窖時醅料品溫應(yīng)在18–20℃〔夏季不超過26℃〕，入窖的醅料既不能壓的緊，也不能過松。22．發(fā)酵過程主要是把握品溫，并隨時分析醅料水分、酸度、酒量、淀粉殘留量的變化。發(fā)酵時間3-5天不等。一般當(dāng)窖內(nèi)品溫上升至36-37℃時，即可完畢發(fā)酵。通常在入缸后，夏天為16–20h24h34-37℃，這時可聞到香味，飯層高度下降，并有糖化液流入穴內(nèi)，糖化率到達(dá)70%—80%。這時應(yīng)馬上加水。假設(shè)過早加水，則由于酶系形成不充分，會影響出酒率：假設(shè)延長培菌糖化時間，則出酒率也較低。且成品酒酸度過高而風(fēng)味差。發(fā)酵好壞可用“黃水”推斷：黃水現(xiàn)酸味：說明溫度過高。收率抵。黃水現(xiàn)甜味：發(fā)酵不完全，收率低。黃水現(xiàn)苦味：說明曲量太大，用水缺乏，衛(wèi)生差，收率低。黃水現(xiàn)餿味：衛(wèi)生差，質(zhì)量差。黃水現(xiàn)澀味：糖化發(fā)酵好的標(biāo)志，這種母糟產(chǎn)酒質(zhì)量好，出酒率高。釀酒過程關(guān)鍵是干凈.殺菌消毒重要,不然可能釀成醋。 思考題蒸餾和分餾有什么異同？為什么不能用蒸餾的方法制備工業(yè)酒精？通常白酒中乙醇的含量用什么濃度表示？工業(yè)酒精中乙醇的含量又用什么濃度表示？注釋此方法測定的密度精度不高，假設(shè)要測得高精度的密度可用比重瓶法。見化學(xué)試驗根本操作技術(shù)：密度的測定。73無水乙醇的制備一、試驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)試驗室用氧化鈣制備無水乙醇的方法；把握無水回流、無水蒸餾等常規(guī)無水操作；了解常用有機溶劑的純化方法和檢驗方法。二、試驗原理78.895%的乙醇，5%的水，只能通過化學(xué)法或物理吸附方法〔如分子篩法或陽離子交換樹脂脫水法〕除去。本試驗承受化學(xué)方法〔氧化鈣法：用氧化鈣與95餾操作制得無水乙醇。CaO + H2O Ca(OH)2無水CuSO法4無水乙醇檢驗方法：枯燥KMnO法4測折光率三、試驗用品試驗裝置帶枯燥管的回流裝置〔1-6c)蒸餾裝置〔1-32〕藥品95%的工業(yè)酒精，氧化鈣，氫氧化鈉，無水氯化鈣，無水硫酸銅。四、試驗步驟加熱回流除水 在50mL圓底燒瓶中參與20mL95％工業(yè)酒精漸漸放入8g小顆粒狀的生石灰和約0.1g氫氧化鈉。裝上回流裝置，冷凝管上接有盛有無水氯化鈣枯燥管，加熱回流約1h。蒸餾 回流畢，改為蒸餾裝置將枯燥的三角燒瓶作承受器接引管支口上接裝有無水氯化鈣的枯燥管，加熱蒸餾。最初蒸出的乙醇可能由于儀器中所附的少量水份而含有少量的水，故蒸出3mL乙醇時，暫停加熱，換另一枯燥的承受瓶，收集流出液，即得無水乙醇，稱量溜出液總量，計算收率。檢驗乙醇的純度用無水CuSO4〔95%乙醇或工業(yè)酒精比較。五、留意事項本試驗中所用儀器均需徹底枯燥。由于無水乙醇具有很強的吸水性，所以在操作過程中和存放時必需防止水分浸入。參與的生石灰應(yīng)為小顆粒狀的，否者會發(fā)生爆濺。思考題在有機試驗中，什么狀況下需要使用回流反響裝置？又在什么狀況下需要使用蒸出反響裝置？圖7-2的四種回流裝置各用于哪種反響狀況？為什么工業(yè)酒精用蒸餾或分餾的方法都不能得到無水乙醇？74折光率的測定一、試驗?zāi)康牧私獍⒇愓酃鈨x的構(gòu)造和折光率測定的根本原理；把握用阿爾折光儀測定液態(tài)有機化合物折光率的方法。二、根本原理根本原理折光率測定的原理及折光儀的根本操作〔見第一局部：7.4〕測定折光率的意義折光率是液體有機化合物重要的特性常數(shù)之一，測定折光率的主要用途為：測定所合成的化品純度的依據(jù)之一，一般多用于液體有機化合物。定食品的濃度，推斷食品的純潔程度及品質(zhì)。例如，蔗糖溶液的折光率隨濃度增大而上升。通過測定折食品的可溶性固形物的含量。各種油脂具有其確定的脂肪酸構(gòu)成，每種脂肪酸均有其特定的折光率。含碳原子數(shù)目一樣時不飽油脂折光率低。因此測定折光率可以鑒別油脂的組成和品質(zhì)。正常狀況下，某些液態(tài)食品的折光率有確定的范圍，如正常牛乳乳清的折光率在正1.34199～1.34275之間，當(dāng)這些液態(tài)食品因摻雜、濃度轉(zhuǎn)變或品種轉(zhuǎn)變等緣由而引起食品的品質(zhì)發(fā)生了變化時，降低，故測定牛乳乳清的折光率即可了解乳糖的含量，推斷牛乳是否摻水。影響折光率測定的因素DD化合物的折光率與它的構(gòu)造及入射光線的波長、溫度、壓力等因素有關(guān)。通常大氣壓的變化的影響不明顯，只是在周密的測定工作中才考慮壓力因素。所以在測定折光率時必需注明所用的光線和溫度，常用nt 表示。D是以鈉光燈的D線〔589nm〕作光源，常用的折光儀雖然是用白光為光源，但用棱鏡系統(tǒng)加以補償實際測得的仍為鈉光D線的折射率t是測定折射率時的溫度例如n20＝1.3320質(zhì)對鈉光燈的D線折光率為1.3320。DD13.5×10-4～5.5×10-4，某些有機物，持別是測定折光率時的溫度與其沸點相近時，其溫度系數(shù)可達(dá)7×10-44×10-4為其溫度變化系數(shù)。這個粗略計算，固然會帶來誤差，為了準(zhǔn)確起見，一般折光儀應(yīng)配有恒溫裝置。表是不同溫度下純水和乙醇的折光率。表4-7 不同溫度下純水和乙醇的折光率溫度/℃1820242832水的折光率1.333171.332991.332621.332191.33164乙醇的折光率1.361291.360481.358851.357211.35557AB，則測得折光率偏高。三、試驗用品儀器 阿貝折光儀藥品 重蒸蒸餾水，自制無水乙醇，市售無水乙醇四、操作要點和說明預(yù)備水于兩棱鏡夾套中，棱鏡上的溫度計應(yīng)指示所需溫度，否則應(yīng)重調(diào)整恒溫槽的溫度。清洗1－2用擦鏡紙輕擦干凈〔或以脫脂棉球蘸取丙酮擦凈棱鏡外表，揮干丙酮。校正D 用重蒸蒸餾水較正翻開梭鏡滴1滴蒸餾水于下面鏡面上在保持下面鏡面水平狀況下關(guān)閉棱鏡，轉(zhuǎn)動刻度盤罩外手柄〔棱鏡被轉(zhuǎn)動，使刻度盤上的讀數(shù)等于蒸餾水的折光率n20 ＝1.3329n25 ＝1.332調(diào)整反射鏡使入射光進(jìn)入棱鏡組并從測量望遠(yuǎn)鏡中觀看使視場最光明調(diào)整測量〔目鏡，使視場十字線交點最清楚。轉(zhuǎn)動消色調(diào)整器，消退色散，得到清楚的明暗界限然后用儀器附帶的小旋D 試樣折光率的測定①用丙酮清洗鏡面后，滴加l～2滴自制無水乙醇〔或被測液體〕于進(jìn)光棱鏡磨砂面上，快速閉合兩塊棱鏡，如樣品很易揮發(fā)，可用滴管從棱鏡間小槽中滴入；②轉(zhuǎn)動刻度盤罩外手柄〔棱鏡被轉(zhuǎn)動，使刻度盤上的讀數(shù)為最??；③調(diào)整反光鏡．使鏡筒內(nèi)視野最亮。再調(diào)整目鏡，使視場十字線交點最清楚；④由目鏡觀看，轉(zhuǎn)動棱鏡旋鈕使刻度盤上的讀數(shù)漸漸增大，使視野消滅明暗兩局部；⑤旋轉(zhuǎn)色散補償器旋鈕，使彩色光帶消逝，得到清楚的明暗界限；⑥旋轉(zhuǎn)棱鏡旋鈕．使明暗分界限在十字線穿插點重合；⑦從讀數(shù)鏡筒中讀取折射率。假設(shè)為油類樣品，須用乙醇或乙醚、二甲苯等擦拭。假設(shè)不在恒溫下測定，應(yīng)測量樣液溫度，并用溫度變化系數(shù)校正。用同樣的方法測定市售分析純無水乙醇的折光率進(jìn)展比較。五、試驗留意事項每次加樣前，用乙醇或丙酮洗凈鏡面。一般在磨砂面上放一塊擦鏡紙，滴上丙酮，合上鏡面浸潤片刻，再用擦鏡紙擦凈。不能用紙來回揩擦，而是要用擦鏡紙貼在棱鏡面上，用中指輕輕按住，吸下溶有污物的丙酮。重復(fù)幾次后，放開鏡面，讓溶劑揮發(fā)。要特別留意保護(hù)棱鏡鏡面，滴加液體時防止滴管口劃鏡面。不能測量帶有酸性、堿性或腐蝕性的液體。測試完畢，也要用丙酮洗凈鏡面，待枯燥后才能合籠棱鏡。拆下連接恒溫槽的膠皮管，棱鏡夾套內(nèi)的水要排盡。思考題物質(zhì)的折光率與哪些因素有關(guān)？阿貝折光儀的校正有哪些方法？測定折光率有什么意義？75乙酸乙酯的制備一、試驗?zāi)康纳韬桶盐挣セ错懙奶攸c；把握合成乙酸乙酯的原理和方法；把握液-液萃取、液體有機化合物的洗滌、枯燥等操作技術(shù)；把握分液漏斗的使用,進(jìn)一步把握蒸餾根本操作。二、試驗原理+濃硫酸催化下，乙酸和乙醇生成乙酸乙酯+CH3

COOH

CH3CH

2OH

H2SO4H2SO4

CH3

COOCH

2CH3 HO2移動，以到達(dá)提高產(chǎn)率的目的。2三、試驗用品試驗裝置〔1-6a)蒸餾裝置〔1-32〕試劑 無水乙醇冰醋酸濃硫酸飽和NaCO

CaCl

MgSO四、試驗步驟

2 3 2 450mL9.5mL無水乙醇，6.1mL2.5mL濃硫酸并混合均勻，參與幾粒沸石，裝上回流冷凝管，加熱回流0.5h。稍冷后，改為蒸餾裝置，蒸出粗產(chǎn)物。直至不再有粗產(chǎn)物為止〔蒸餾溫度不超過85℃。將粗產(chǎn)物用適量的飽和NaCO溶液中和，直至不再有二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生〔或調(diào)整至石蕊試紙不再2 3顯酸性，然后將混合液轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置后分去下層水相，有機層依次用等量的飽和食鹽水及飽和CaCl溶液洗滌，最終用等量水洗一次。有機層用無水MgSO73–78℃餾份，2 44.4g。測定產(chǎn)物的折光率。純乙酸乙酯為無色有香味的液體，沸點為77.06℃，n201.3727。D五、試驗留意事項儀器需枯燥，加濃硫酸以及冰醋酸試劑時要留意安全。反響溫度不宜過高，否則會發(fā)生副反響，產(chǎn)生過多的副產(chǎn)物—乙醚。使用飽和食鹽水洗滌是必要的，基主要目的是除去殘留的CO2-,以避開在使用CaCl洗滌時產(chǎn)生3 2CaCO3乙酸乙酯、乙醇和水能形成一個三元共沸體系，沸點為70.2℃,其共沸組成為乙酸乙酯82.6%，8.49.0%。思考題酯化反響有什么特點,本試驗如何制造條件使酯化反響盡量向生成物方向進(jìn)展？本試驗有哪些可能副反響？假設(shè)承受醋酸過量是否可以，為什么？結(jié)合本人的試驗，指出本試驗方法尚存在那些缺乏之處？應(yīng)如何改進(jìn)？76乙酰乙酸乙酯的合成一、試驗?zāi)康牧私釩laisen酯縮合反響的機理和應(yīng)用；生疏在酯縮合反響中金屬鈉的應(yīng)用和操作；把握無水操作及減壓蒸餾等操作。二、試驗原理α-活潑氫的酯在強堿性試劑〔如Na，NaNH2，NaH，三苯甲基鈉或格氏試劑〕存在下，能與另一分子酯發(fā)生Claisenβ-羰基酸酯。乙酰乙酸乙酯就是通過這一反響制備的。2CH3COOEt

CHONa O2532 CHCCHCOOEt +CHOH2532 5作用產(chǎn)生的乙醇鈉，隨著反響進(jìn)展，由于乙醇不斷生成，反映能不斷進(jìn)展，直至金屬鈉消耗完畢。但作為原料的酯中含醇量過高又會影響產(chǎn)品的產(chǎn)率，故一般要求酯中含醇量在3%以下?！不騽討B(tài)異構(gòu)衡的混合物，在室溫時含92%的酮式和8%的烯醇式。單個異構(gòu)體具有不同的性質(zhì)并能分別為純態(tài)，但在微量酸堿催化下，快速轉(zhuǎn)化為二者的平衡混合物。三、試驗用品試驗裝置帶枯燥管的回流裝置〔1-6c)減壓蒸餾裝置〔1-37)2 試劑 乙酸乙酯，Na，二甲苯，50%醋酸，飽和NaCl，無水Na2 四、試驗步驟50mL1.25g6mL散成盡可能小而均勻的小珠。待二甲苯冷卻至室溫后傾出二甲苯后，快速放入12.5ml精制過的乙酸乙反響開頭后即移去熱源。假設(shè)反響過于猛烈則用冷水略微冷卻?；亓骷s2h直至全部金屬鈉全部作用完為止，得橘紅色溶液，有時析出黃白色沉淀〔均為烯醇鹽。50pH=5～6〔固體溶完液漏斗，加等體積飽和氯化鈉溶液，振搖，靜置后分出乙酰乙酸乙酯層，用無水硫酸鈉枯燥。移入25mL圓底燒瓶中，用減壓蒸餾裝置進(jìn)展減壓蒸餾。減壓蒸餾時須緩慢加熱，待殘留的低沸點物質(zhì)蒸出后，再上升溫度，收集乙酰乙酸乙酯。產(chǎn)量約2g(理論產(chǎn)量按金屬鈉計算)。4-8乙酰乙酸乙酯沸點與壓力的關(guān)系壓力/mmHg*76080604030201814121051.00.1沸點/℃1811009792888278747167.35428.55*1mmHg=1Torr=133.322Pa純乙酰乙酸乙酯的沸點為180.4℃，折光率 =1.4199。附：乙酰乙酸乙酯的性質(zhì)試驗：11FeCl3溶液，觀看溶液的顏色〔淡黃→紅。112,4-二硝基苯肼試劑，微熱后觀看現(xiàn)象〔澄黃色沉淀折出。五、試驗留意事項本試驗要求無水操作。鈉珠的制作過程中間確定不能停，且要來回振搖，不要轉(zhuǎn)動。乙酸乙酯的精制：在分液漏斗中將一般乙酸乙酯與等體積的飽和氯化鈣溶液混合并猛烈振蕩，洗去其中所含的局部乙醇2-3次洗滌后的酯層用高溫烘焙過的無水碳酸鉀枯燥76～78℃的餾分。如用分析純的乙酸乙酯則可直接使用。一般要求金屬鈉全部消耗掉，但極少量未反響的金屬鈉并不阻礙進(jìn)一步操作。這種黃色固體為局部析出的乙酰乙酸乙酯鈉鹽。用醋酸中和時，開頭有固體析出，連續(xù)加酸并不斷振蕩，固體會漸漸消逝，最終得到澄清的液溶解度而降低產(chǎn)量。乙酰乙酸乙酯在常壓蒸餾下很易分解，其分解產(chǎn)物為去水乙酸，故應(yīng)承受減壓蒸餾。OHC C3

HCHC OHO3 2HOC

HC OCCO3CCOC HC

+2CH3

CHOH2HCC O

CH3

C H CHC

3H C CO O烯醇式 酮式 去水乙酸思考題Claisen酯縮合反響的催化劑是什么？本試驗為什么可以用金屬鈉代替？為什么用醋酸酸化，而不用稀鹽酸或稀硫酸酸化？為什么要調(diào)到弱酸性，而不是中性？參與飽和食鹽水的目的是什么？乙酰乙酸乙酯沸點并不高，為什么要用減壓蒸餾的方式？溶液來檢驗乙酰乙酸乙酯？77固體酒精的制備一、試驗?zāi)康牧私夤腆w酒精的用途和制備原理；把握固體酒精的制備方法。二、試驗原理固體酒精是將工業(yè)酒精(乙醇)中參與凝固劑使之成為膠凍狀，點燃時無煙塵,無毒,無異味,火焰溫600℃左右。因使用、運輸和攜帶便利，安全性高，廣泛應(yīng)用于餐飲業(yè)、旅游業(yè)和野外作業(yè)等場合的一種抱負(fù)的便利燃料.。所使用的固化劑主要有：醋酸鈣、硝化纖維、乙基羧基乙基纖維素、高級脂肪酸等。另外，從固化條件一步法；將不同添加劑分別投入到兩份酒精溶液中，再進(jìn)展混合固化，稱之為兩步法。一種好的固體酒精應(yīng)當(dāng)具有易點燃，燃燒熱值高、無黑煙、無異味，燃燒后殘渣少，儲存時即使在夏季也不軟化、不分別始終保持固體狀態(tài)。以硬脂酸為固化劑制備固體酒精所涉及的主要化學(xué)反響式為：C H COOH+NaOH＝C H COONa+HO17 35 17 35 2間，呈不流淌狀態(tài)而使酒精凝固，形成了固