乙酰乙酸乙酯的制备

一、实验题目：乙酰乙酸乙酯的制备

二、实验日期:

三、实验目的

1、了解并掌握制备乙酰乙酸乙酯的原理和方法，加深对Claisen酯缩合反应原理的理解和认识。

2、熟悉在酯缩合反应中金属钠的应用和操作。

3、复习无水操作和液体干燥

4、了解减压蒸馏的原理和应用范围，认识减压蒸馏的主要仪器设备，并掌握减压蒸馏仪器的安装和操作方法。

四、实验原理

含有α-H的酯在碱性催化剂存在下，能和另一分子酯发生Claisen酯所和反应生成β-羧基酸酯，乙酰乙酸乙酯就是通过这个反应制备的。其催化剂是乙醇钠。因为金属钠和残留在乙酸乙酯中少量乙醇（少于2%）作用后就有乙醇钠生成。乙酰乙酸乙酯的生成是经过如下一系列平衡反应：

随着反应的进行，也不断地生成了醇，所以反应就能不断地进行下去，直至金属钠消耗。乙酸乙酯中总是含有少量乙醇副产物，所以此对反应有利。但如果作原料的酯中乙醇的含量过大时，对反应也是不利的。因为Claisen反应是可逆的，β-酮酯在醇和醇钠的作用下可分解为两分子酯，使产率降低：

  另一点就是反应体系中有水存在，也对反应不利。因为反应是以钠作为基准计算产率，钠的损失对反应不利也抑制了反应的进行。

Na+ H2O = NaOH + 1/2H2

  所以要求反应系统是无水的，并要求防止水气浸入。

  再一点就是乙酸乙酯的用量，通常在该反应中，是应用过量的酯进行反应的，其中一部分反应成为乙酰乙酸乙酯，一部分作为溶剂用，同时过量乙酸乙酯还可阻止副产物的生成。如：2克原子钠与1克分子乙酸乙酯存在时，可以缩合成3-羟基-2-丁酮：

  最后一点是缩合反应中使用的钠，反应过程中使用钠珠或钠丝可使其与酯的接触面可能大些，所以反应中是首先用二甲苯作溶剂制成细小的钠珠，目的是有利于反应。

乙酰乙酸乙酯与其烯醇式是互变异构（或动态异构）现象的一个典型例子，它们是酮式和烯醇式平衡的混合物，在室温时含 92% 的酮式和 8% 的烯醇式。单个异构体具有不同的性质并能分离为纯态，但在微量酸碱催化下，迅速转化为二者的平衡混合物。

主要副反应：

液体的沸点是指它的蒸气压等于外界压力时的温度，所以液体的沸点是随外界压力的变化而变化的。如果借助于真空泵降低系统内的压力即可降低液体的沸点，这种在较低压力下进行蒸馏的操作称为减压蒸馏。当压力降低到1.3-2.0KPa（10-15mmHg）时，许多有机化合物的沸点可以比其常压下的沸点降低80-100℃。液体在常压、减压下的沸点近似关系可根据下面的经验曲线而得。

所以，减压蒸馏对于分离提纯沸点较高或高温时不稳定（分解、氧化或聚合）的液体及一些低熔点固体有机化合物具有特别重要的意义。

【主要反应试剂及产物的物理常数】

【乙酰乙酸乙酯沸点与压力的关系】

五、实验部分

1、实验仪器：圆底烧瓶、分液漏斗、球形冷凝管、直形冷凝管、干燥管、减压蒸馏装置、烧杯、锥形瓶、量筒、滴管、玻璃棒、酒精灯等

2、实验药品：乙酸乙酯、Na、二甲苯、HAc（50%）、饱和NaCl、无水Na₂SO₄、无水氯化钙

3、实验内容、现象与解释：

①主要实验流程：

②具体实验内容：

③减压蒸馏的具体实验步骤：

4、实验注意事项：

（1）  仪器干燥，严格无水。金属钠遇水即燃烧爆炸，故使用时应严格防止钠接触水或皮肤。钠的称量和切片要快，以免氧化或被空气中的水气侵蚀。多余的钠片应及时放入装有烃溶剂（通常二甲苯）的瓶中。

（2）  本实验的关键：是所用仪器必须是干燥的，所用的乙酸乙酯必须是无水的。水的存在金属钠易与水反应生成放出氢气及大量的热易导致燃烧和爆炸。NaOH的存在易使乙酸乙酯水解成乙酸钠，更重要的是水的存在使金属钠消耗难以形成碳负离子中间体，导致实验失败。

（3）  摇钠为本实验关键步骤，因为钠珠的大小决定着反应的快慢。钠珠越细越好，应呈小米状细粒。否则，应重新熔融再摇。

（4）  醋酸不能多加，否则会造成乙酰乙酸乙酯的溶解损失。

（5）  在系统充分抽空后通冷凝水，再加热蒸馏。一旦减压蒸馏开始，就应密切注意蒸馏情况，调整体系内压，经常记录压力和相应的沸点值，根据要求，收集不同馏分。

（6）  蒸馏完毕，移去热源，慢慢旋开螺旋夹（防止倒吸），并慢慢打开二通活塞，平衡内外压力，使测压计的水银柱慢慢地回复原状，（若打开得太快，水银柱很快上升，有冲破测压计的可能），然后关闭油泵和冷却水。

（7）  液体样品不得超过容器的1/2。

（8）  减压蒸馏前先抽真空，真空稳定后再慢慢升温。

（9）  装仪器时，首先要求检查磨口仪器是否有裂纹。安装仪器时每一个磨口都必须配合好，同时为了提高气密性要求在磨口上涂凡士林。

六、结果与讨论

通过本次实验，我成功制得了目标产物——乙酰乙酸乙酯，并学习了减压蒸馏的原理和实地进行了减压蒸馏的操作。

本次实验的减压蒸馏中，当乙酰乙酸乙酯开始蒸出时，温度计的读数为59℃，压力读书为8mmHg。对照下表“乙酰乙酸乙酯沸点与压力的关系”，发现本次实验所得数据与文献中的数据接近，说明本次实验制得的乙酰乙酸乙酯纯度还是比较高的，本次实验基本成功。

表1 乙酰乙酸乙酯沸点与压力的关系

3、实验思考：

（1） 为什么使用二甲苯做溶剂，而不用苯或甲苯？

答：因为二甲苯：b.p.140℃，苯：b.p.80.1℃，甲苯：b.p.110.6℃，而钠的熔化温度为97.5℃，所以选用二甲苯比较好。

（2） 为什么要做钠珠？

答：增大钠的表面积，利于反应。

（3） 为什么用醋酸酸化，而不用稀盐酸或稀硫酸酸化？

答：因为用稀盐酸或稀硫酸的话，酸性太强，会增大乙酸乙酰乙酯在水中的溶解度，而醋酸的酸性比较适合。

（4） 加入饱和食盐水的目的是什么？

答：降低酯在水中的溶解度，提高收率。

（5） 中和过程开始析出的少量固体是什么？

答：析出的是烯醇盐。

（6） 乙酰乙酸乙酯沸点并不高，为什么要用减压蒸馏的方式？

答：因为乙酰乙酸乙酯在常压蒸馏时易分解，产生去水乙酸。所以为了减少副反应的发生，提高产率，采用减压蒸馏的方式比较好。

（7） 在怎样的情况下才用减压蒸馏？

答：沸点高的物质以及在普通蒸馏时还没达到沸点温度就已分解，氧化或聚合的物质才用减压蒸馏。

（8） 使用油泵减压时，实有哪些吸收和保护装置？其作用是什么？答：油泵的结构较精密，工作条件要求较严，蒸馏时如有挥发性的有机溶剂、水、酸蒸气都会损坏泵和改变真空度。所以要有吸收和保护装置。

主要有：①冷阱：使低沸点（易挥发）物质冷凝下来不致进入真空泵。②无水CaCl₂干燥塔，吸收水汽。③粒状氢氧化钠塔，吸收酸性气体。④切片石蜡：吸收烃类物质。

（9） 在进行减压蒸馏时，为什么必须用热浴加热，而不能用直接火加热？为什么进行减压蒸馏时须先抽气才能加热？

答：用热浴的好处是加热均匀，可防止暴沸，如果直接用火加热的话，情况正好相反。因为系统内充满空气，加热后部分溶液气化，再抽气时，大量气体来不及冷凝和吸收，会直接进入真空泵，损坏泵改变真空度。如先抽气再加热，可以避免或减少之。

（10）     当减压蒸完所要的化合物后，应如何停止减压蒸馏？为什么？

答：蒸馏完毕移去热源，慢慢旋开螺旋夹，并慢慢打开二通活塞，（这样可以防止倒吸），平衡内外压力，使测压计的水银柱慢慢地回复原状（若放开得太快，水银柱很快上升，有冲破压力计的可能）然后关闭油泵和冷却水。

七、参考文献和网站

[1]曾昭琼.有机化学实验（第三版）[M].北京:高等教育出版社,20##年:125-127.

[2]杨定乔.有机化学实验[M].北京:化学工业出版社,2011:136-139.

[3]中国百科网 www.chinabaike.com

[4]百度文库 wenku.baidu.com

 

第二篇：乙酰乙酸乙酯的制备 实验报告

乙酰乙酸乙酯的制备

前言:

乙酰乙酸乙酯，无色至淡黄色的澄清液体。微溶于水，易溶于乙醚，乙醇。有刺激性和麻醉性。可燃，遇明火、高热或接触氧化剂有发生燃烧的危险。有醚样和苹果似的香气。广泛应用于食用香精中，主要用以调配苹果、杏、桃等食用香精。制药工业用于制造氨基比林、维生素B等。染料工用作合成染料的原料和用于电影基片染色。涂料工业用于制造清。有机工业用作溶剂和合成有机化合物的原料。

减压蒸馏基本原理：某些沸点较高的有机化合物在未达到沸点时往往发生分解或氧化的现象，所以，不能用常压蒸馏。在较低压力下进行蒸馏的操作称为减压蒸馏。当蒸馏系统内的压力降低后，其沸点便降低，当压力降低到1.3～2.0 kPa (10～15 mmHg)时，许多有机化合物的沸点可以比其常压下的沸点降低80～100℃。因此，减压蒸馏对于分离提纯沸点较高或高温时不稳定的液态有机化合物具有特别重要的意义。

反应方程式：

1、实验部分                       

1.1实验设备和材料

实验仪器：50ml圆底烧瓶，球形冷凝管，干燥管，蒸馏头，克式蒸馏头，分液漏斗，接液管，温度计，油泵，量筒，电热套、毛细管、直形冷凝管、安全瓶、压力计

实验药品：金属钠、乙酸乙酯、二甲苯、醋酸、饱和NaCl溶液、无水硫酸钠、氯化钙

1.2实验装置

回流装置                           减压蒸馏装置

1.3实验过程

（1）制钠珠：将 0.9g 金属钠 和5mL 干燥二甲苯放入装有回流冷凝管的50ml原定烧瓶中。加热使钠熔融。拆去冷凝管，用磨口玻塞塞紧圆底烧瓶，趁热用力振摇（两下）得细粒状钠珠。

（2回流、酸化：稍经放置钠珠沉于瓶底，将二甲苯倒入指定回收瓶中。迅速向瓶中加入10mL 乙酸乙酯 ，装上冷凝管，并在其顶端装一氯化钙干燥管。反应开始有氢气泡逸出。如反应很慢时，可稍加温热。待激烈的反应过后，则小火加热，保持微沸状态，直至所有金属钠全部作用完为止。此时生成的乙酰乙酸乙酯钠盐为桔红色透明溶液。待反应物稍冷后，在摇荡下加入 50% 的醋酸溶液，直到反应液呈弱酸性（pH=5-6）为止。此时，所有的固体物质均已溶解。

（3）分液、干燥：将溶液转移到分液漏斗中，加入等体积的饱和氯化钠溶液，用力摇振片刻。静置后，乙酰乙酸乙酯分层析出。分出上层粗产物，用无水硫酸钠干燥后滤入蒸馏瓶，并用少量乙酸乙酯洗涤干燥剂，一并转入蒸馏瓶中。

（4）蒸馏和减压蒸馏： 先水浴蒸去未作用的乙酸乙酯，然后将剩余液移入 50mL 圆底烧瓶中，用减压蒸馏装置进行减压蒸馏。减压蒸馏时须缓慢加热，待残留的低沸点物质蒸出后，再升高温度，收集乙酰乙酸乙酯。

2、结果与讨论

2.1实验现象

2.2 产率与产量

气压差：4.6kPa=34.51mmHg，温度：83℃，

该气压下蒸出乙酰乙酸乙酯的温度：85℃

产量：产物为淡黄色透明液体1.4g

产率： 1.4 / 5.2=26.92%

2.3实验仪器需干燥的原因分析

①金属钠易与水反应生成放出氢气及大量的热易导致燃烧和爆炸。②钠与水反应生成的NaOH的存在易使乙酸乙酯水解成乙酸钠，造成原料耗损。③水使金属钠消耗难以形成碳负离子中间体，导致实验失败。

2.4制备实验中，加入50％醋酸和饱和食盐水的原因分析

因为乙酰乙酸乙酯分子中亚甲基上的氢比乙醇的酸性强得多(pKa=10.654)，反应后生成的乙酰乙酸乙酯的钠盐，必需用醋酸酸化才能使乙酰乙酸乙酯游离出来。用饱和食盐水洗涤的目的是降低酯在水中的溶解度，以减少产物的损失，增加乙酰乙酸乙酯的收率。

2.5实验采用减压蒸馏的原因分析

乙酰乙酸乙酯，在常压蒸馏时很易分解，会影响产率，并且常压分流需要很高的温度，能量耗损大，故采用减压蒸馏法。