乙酸乙酯制备实验的改进
王永明
(河北廊坊武警学院基础部,河北廊坊065000)
〔摘要〕乙酸乙酯的制备是高校有机化学实验的重要内容之一,目前实验教材中仍采用浓硫酸催化酯化法来制备,易引起腐蚀及炭化,而且反应时间长,能耗大。作者在实验教学中对乙酸乙酯制备实验进行了改进,取得了良好的效果。
〔关键词〕乙酸乙酯;微型化;制备实验
〔中图分类号〕O6-3〔文献标识码〕A〔文章编号〕1008-5149(2009)04-0133-02
1引言
在有机化学实验教学中,乙酸乙酯的制备是基本实验之一。目前教材方法存在浓硫酸的用量多,操作步骤复杂,实验用时长等缺点。文献上也有许多有关乙酸乙酯制备实验改进的报道等改用无水四氯化锡为催化剂,要用到油浴控制反应温度,非常不方便;用固体酸或杂多酸催化,催化剂制备前期工作复杂,时间长,也不适于学生实验。因此,从简化重复步骤、缩短实验时间,节约能源和试剂的角度出发,有必要对现有方法加以改进以满足实验教学改革的需要。
2乙酸乙酯制备实验的微型化
2.1实验仪器的微型化:传统实验采用19#标准磨口有机制备仪,改进后采用BZ14\23标准磨口半微量有机制备仪。
2.2实验药品的微型化:(见表1) 表
1传统实验药品使用量与半微量实验药品使用量对比
3催化剂的改进
传统实验使用浓硫酸做催化剂,主要有以下不足:(1)反应中用浓硫酸做催化剂,容易
发生炭化现象,易生成二氧化硫等有害气体;(2)反应过程中的温度不易控制,易发生副反应生成乙醚。为了解决以上不足,在不影响乙酸乙酯产率的情况下,实验中使用了稀硫酸为催化剂,不仅使浓硫酸用量大大减少,同时也克服了浓硫酸在使用过程中的不足,取得了良好的实验效果。
4加热装置的改进
4.1传统实验采用油浴加热,改进后的实验采用微波炉加热。具体方法是:在三口烧瓶中加入冰醋酸、95%乙醇、催化剂,稍加振动,放在微波炉中安装上回流冷凝管,在一定微波功率下辐射反应一段时间。反应结束后,冰水充分冷却,反应产物用饱和碳酸钠水溶液除去剩余酸;用饱和食盐水溶液洗涤,分出酯层后再用饱和氯化钙水溶液洗涤;最后用去离子水洗涤,以无水碳酸钾干燥酯液,蒸馏,收集73℃-78℃馏分,得到具有果香味的无色透明乙酸乙酯;称重,计算产率。
4.2油浴加热与微波辐射的对比:(见表2)
表2油浴加热与微波辐射的对比
5实验操作的改进
5.1粗产品的制备
在三颈烧瓶中加入冰醋酸和95%乙醇,摇匀后加入H2SO4,再摇动使原料充分混合,然后加入沸石,装上冷凝管安装成回流装置。用微波炉加热反应瓶。停止加热后撤掉回流冷凝管,改成蒸馏装置,在蒸馏瓶中加几粒沸石,接受器外围用冷水冷却。严格控制馏出物沸点在73℃~78℃之间,馏出速度为1~2滴每秒。在蒸馏的最后阶段,73℃以下馏份馏出物很慢甚至停至馏出,这时升温直至馏出液沸点达80℃为止。
5.2产品的精制将含有少量乙醇、乙醚、水和乙酸的馏出液于烧瓶中,分批加入饱和Na2CO3溶液进行洗涤,每次加入后要塞紧瓶口,进行剧烈摇动,使两液充分接触直至无二氧化碳气体逸出为止。静置分层后,用广泛pH试纸检验酯层,呈中性后,即可停止洗涤。将上述混合液转入分液漏斗中,充分振荡后,静置片刻,取上层酯液,先用饱和NaCl溶液洗涤,再用CaCl2溶液洗涤两次。取上层酯液倒入干燥的锥形瓶中,用无水K2CO3干燥。
将干燥后的粗产品倒入干燥的蒸馏瓶中,加入几粒沸石,置热水浴上蒸馏,收集73℃~78℃的馏出液即为乙酸乙酯,称重。
6结语
改进后的实验有以下优点:(1)药品的使用量只有原来的1/3,降低了实验成本;(2)用稀硫酸做为催化剂,有效防止了炭化现象及乙醚等副产物及有害物质的产生,保护了人身安全及周围环境;(3)在回流装置中改用微波炉加热方式,缩短了操作时间,节约了能源,使学生从枯燥的等待中解脱出来;(4)采取分批多次用饱和Na2CO3溶液洗涤,再加上剧烈振摇可使两相充分接触,洗涤彻底,避免了因洗涤不充分而产生絮状沉淀。总之,改进后的乙酸乙酯制备方法克服了原实验方法的缺点,显著的减少了药品的使用量,也减少了副产物的发生,缩短了实验合成时间,获得了较满意的实验效果。
参考文献
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〔责任校对包国祥〕
实验五 乙酸乙酯的制备
一、实验目的
1、通过乙酸乙酯的制备,了解羧酸与醇合成酯的一般原理和方法
2、进一步掌握蒸馏、用分液漏斗萃取,液体干燥等基本操作。
二、实验原理
乙酸和乙醇在浓H2SO4催化下生成乙酸乙酯
浓H2SO4
CH3COOH+CH3CH2OH CH3COOCH2CH3+H2O
110~120℃
温度应控制在110~120℃之间,不宜过高,因为乙醇和乙酸都易挥发。 这是一个可逆反应,生成的乙酸乙酯在同样的条件下又水解成乙酸和乙醇。为了获得较高产率的酯,通常采用增加酸或醇的用量以及不断移去产物中的酯或水的方法来进行。本实验采用回流装置及使用过量的乙醇来增加酯的产率。
反应完成后,没有反应完全的CH3COOH.CH3CH2OH及反应中产生的H2O分别用饱和Na2CO3,饱和Cacl2及无水Na2SO4(固体)除去。
三、仪器与试剂
1、仪器:铁架台、圆底烧瓶、(带支管)蒸馏烧瓶、球形冷凝管、直形冷凝管、橡皮管、温度计、分液漏斗、小三角烧瓶、烧杯。
2、试剂:冰醋酸、95%乙醇(化学纯)饱和Na2CO3 溶液、饱和Nacl溶液,固体无水Na2SO4、沸石、饱和Cacl2溶液。
四、实验步骤:
用量筒分别量取12ml CH3COOH、19ml CH3CH2OH及5ml浓H2SO4,置于圆底烧瓶中,充分混合后,按书中装置装好,再加入几粒沸石,加热前先 通水
转移圆底烧瓶中液体到蒸馏烧瓶中采用蒸馏装置?蒸出20ml于小烧杯中 (见实验二)加热回流?30分钟 控制回流速度以每秒钟1滴的速度即可
转移混合液加10ml饱和加入10ml?分去下层水层?分去下层 ?至分液漏斗Nacl溶液饱和Na2CO3溶液
水层上层酯层转移至加入10ml加10ml饱和?分去下层水层?分去水层小三角烧瓶中饱和Cacl2溶液Cacl2溶液
加入固体Na2SO4干燥15分钟,最后用量筒量取产品有多少ml或用天平称量所得产品质量。
五、实验结果
计算产率 产率=
六、思考题
1、酯化反应有何特点?实验中采取哪些措施提高酯的产量?
2、为什么要用饱和Nacl溶液洗涤?
七、实验中应注意的问题
1、反应的温度不宜过高,因为温度过高会增加副产物的产量。
本实验中涉及到的副反应较多。如:
2CH3CH2OH→CH3CH2OCH2CH3+H2O
?? CH3CH2OH+H2SO4?CH3CHO+SO2+H2O ?V产品V理论?100%或产率=W产品W理论?100%
2、在洗液过程中,在用饱和Na2CO3溶液萃取后,要用饱和Nacl溶液萃取一次,然后再用饱和Cacl2溶液萃取,否则,液体中如果残留有CO3,则会和Ca2+生成CaCO3沉淀而影响产品的纯化过程。
3、在分去下层水层时,一定要把分液漏斗的顶部塞子打开,否则不能分去下层水层。
思考题和测试题
思考题1:浓硫酸的作用是什么?
思考题2:加入浓硫酸的量是多少?
思考题3:为什么要加入沸石,加入多少?
思考题4:为什么要使用过量的醇,能否使用过量的酸?
思考题5:为什么温度计水银球必须浸入液面以下:
思考题6:为什么调节滴加的速率(每分钟30滴左右)?
思考题7:为什么维持反应液温度120℃左右?
思考题8:实验中,饱和Na2CO3溶液的作用是什么?
思考题9:实验中,怎样检验酯层不显酸性?
思考题10:酯层用饱和Na2CO3溶液洗涤过后,为什么紧跟着用饱和NaCl溶液洗涤,而不用CaCl2溶液直接洗涤?
思考题11:为什么使用CaCl2溶液洗涤酯层? 2?
思考题12:使用分液漏斗,怎么区别有机层和水层?
思考题13:本实验乙酸乙酯是否可以使用无水CaCl2干燥?
思考题14:本实验乙酸乙酯为什么必须彻底干燥?
思考题答案
思考题1答:在酯化反应中,浓硫酸其催化和吸水作用。
思考题2答:硫酸的用量为醇用量的3%时即能起催化作用,当硫酸用量较多时,由于它能够其脱水作用而增加酯的产率。但硫酸用量过多时,由于高温时氧化作用的结果对反应反而不利。
思考题3答:加入沸石的目的是防止爆沸,加入1-2粒即可。
思考题4答:使平衡向生成物一方移动,使用过量的酸不好,因为酸不能与酯共沸。
思考题5答:反应过程中,我们控制的是反应液的温度,所以温度计水银球必须浸入液面以下。
思考题6答:若滴加速率太快则乙醇和乙酸可能来不及反应就随着酯和水一起蒸馏出,从而影响酯的产率。
思考题7答:温度太高,容易发生副反应,影响产物的纯度和产率。
思考题8答:使用饱和Na2CO3溶液中和反应液中残余的乙酸。
思考题9答:先将蓝色石蕊试纸湿润,再滴上几滴酯。
思考题10答:当酯层用饱和Na2CO3溶液洗涤过后,若紧接着就用饱和CaCl2溶液直接洗涤,有可能产生絮状的CaCO3沉淀,使进一步分离变得困难,故在这步操作之间必须水洗一下。由于乙酸乙酯在水中有一定的溶解度,为了尽可能减少由此而造成的损失,所以采用饱和食盐水进行洗涤。
思考题11答:酯层中含有少量未反应的乙醇,由于乙醇和CaCl2作用生成CaCl2·4H2O结晶化物,所以使用乙醇除去少量未反应的乙醇。
思考题12答:乙酯的密度d204=0.9003,所以有机层在上层。如果不知道密度,可以向分液漏斗中加入少量水,比较上层和下层体积的变化。
思考题13答:不可以,因为乙醇和CaCl2作用生成CaCl2·4H2O结晶化物。
思考题14答:乙酸乙酯与水和醇分别生成二元共沸物,若三者共存则生成三元共沸物。因此,酯层中的乙醇和水除不净时,回形成低沸点共沸物,而影响酯的产率。
测试题1、 酯化反应有什么特点? 实验中如何创造条件使酯化反应尽量向生成物的方向进行?
测试题2、 本实验若采用醋酸过量的做法是否合适?为什么?
测试题3、 蒸出的粗乙酸乙脂中主要有哪些杂质?如何除去?
测试题4、实验中使用浓硫酸的作用?
测试题5、能否用浓氢氧化钠溶液代替饱和碳酸钠溶液来洗涤蒸馏液?
测试题6、为什么用饱和碳酸钠溶液洗涤时要小量分批加入,并不断摇动接受器? 测试题7、实验中用饱和食盐水洗涤,是否可用水代替?
测试题答案:
测试题1答:酯化反应为可逆反应,反应进行慢且需要酸催化。为提高产率,本实验中采用增加醇的用量、不断将产物酯和水蒸出、加大浓硫酸用量的措施,使平衡向右移动。 测试题2答:不合适,因为使平衡向生成物一方移动,使用过量的酸不好,因为酸不能与酯
共沸。
测试题3答:主要杂质有乙醚、乙醇、乙酸和水等。由于乙醚沸点低,在多次洗涤中,极易挥发掉;使用饱和的Na2CO3溶液洗涤除去乙酸;紧跟着用饱和NaCl溶液洗涤除去残留的Na2CO3溶液,然后用饱和CaCl2溶液直接洗涤除去少量的乙醇。
测试题4答:反应中,浓硫酸除了起催化剂作用外,还吸收反应生成的水,有利于酯的生成。 测试题5答:不可以,使用浓氢氧化钠溶液可以使乙酸乙酯发生水解,降低产率。
测试题6答:因为乙酸乙酯粗产品中含有乙酸,乙酸与饱和碳酸钠溶液反应生成二氧化碳,如果一次加入,反应剧烈,所以必须要小量分批加入,并不断摇动接受器,使乙酸与碳酸钠温和的反应。
测试题7答:不可以,由于乙酸乙酯在水中有一定的溶解度,为了尽可能减少由此而造成的损失,所以采用饱和食盐水进行洗涤。
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