有机化学实验.docx
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有机化学实验
一、环已烯的制备
1．内容提要
实验室中环已烯通常由环已醇在浓硫酸或浓磷酸催化作用下发生脱水反应来制备。
本实验以浓磷酸作为脱水剂，同时采用将环已烯及其共沸物蒸出反应体系的方法，促使平衡向生成环已烯的方向移动。
实验包括蒸馏、分馏和分液漏斗的使用等基本操作。
2．目的要求
（1）掌握以浓磷催化环已醇脱水制取环已烯的原理和方法。
（2）运用分馏和水浴蒸馏等操作技术，从反应系统中分离产物。
3．实验关键
（1）控制分馏柱顶部馏出温度不超过90℃。
（2）粗产物要干燥完全。
在蒸馏已干燥的产物时，所用仪器均需干燥无水。
4．预备知识
在实验室中，烯烃主要采用醇脱水及卤代烷脱卤化氢两种方法来制备，本实验采用醇脱水方法。
醇的脱水主要有两种方法：
（1）在氧化铝、磷酸铝、二氧化钛等物质存在的情况下，在300~400℃时，醇类以气相脱水。
该法副产物较少。
（2）用酸催化脱水，常用的脱水剂有硫酸、磷酸、对甲苯磺酸及硫酸氢钾等。
反应基本上按E1机理进行，从伯醇到叔醇，消除反应变得越来越容易。
由于在反应过程中有中间体碳正离子的生成，所以在很多情况下，伴随有重排反应，导致双键异构化和碳骨架的重排。
此外，醇脱水反应中容易发生的副反应是烯烃的聚合及醇分子间的脱水。
因此，在反应中常伴随有副产物——重排产物、聚合物和醚的生成。
醇脱水反应按Zaytzeff取向进行。
醇脱水反应是可逆反应。
在实际操作中，可将形成的烯烃从反应混合物中直接蒸出，以促使平衡向生成烯烃的方向移动，同时，也避免了随后可能发生的诸如异构化和聚合等副反应。
如果产物的烯烃沸点相当高，可向反应体系中加入苯、甲苯等带水剂，使其与水形成恒沸物而将水带出。
5、实验原理
自行查阅相关资料，写出实验原理。
6、仪器、药品及材料
根据自行设计的实验方案，提出所需的仪器、药品和材料。
7、实验步骤
根据目的要求，收集相关资料，拟定实验步骤。
8、教师审查实验方案并做实验。
二、硝基苯的制备
1．内容提要
本实验以苯为原料，以混酸为硝化试剂来制备硝基苯，反应在较低温度下（50～55℃）进行，以尽量减少氧化反应和二硝基苯的生成。
实验包括搅拌（或振荡），分液漏斗的使用、蒸馏等基本操作。
2．目的要求
（1）掌握芳香烃硝化反应的原理和实验室操作。
（2）掌握机械搅拌等基本操作。
3、实验关键
（1）控制反应温度在50～55℃之间。
（2）蒸馏产物时，不可蒸干或使温度超过214℃。
4．预备知识
芳香族硝基化合物主要用作炸药和助爆剂（如TNT、屈特尔等），某些硝基化合物如苦味酸、1,3,5-三硝基苯、2,4-二硝基苯肼等是鉴别有机化合物的重要试剂。
此外，这类物质也很容易被还原成芳胺或其他还原产物，进而通过重氮盐间接地转化为多种芳香族化合物，因此是一类重要的有机合成中间体。
硝基苯是一种良好的高沸点溶剂，可作为反应介质（如弗—克反应中）或重结晶的溶剂。
芳香族硝基化合物一般由芳烃直接硝化制得。
根据被硝化的芳烃的反应活性，可以利用各种浓度的硝酸、硝酸溶于冰乙酸或乙酸酐的溶液、发烟硝酸或浓硝酸和浓硫酸的混合酸来进行硝化。
合适的硝化试剂和反应条件，主要是根据硝化对象的反应活性、它在硝化介质中的溶解度以及产物是否容易分离提纯等因素来确定的。
芳环上有邻、对位定位基存在时，硝化反应易于进行，如苯酚的硝化反应只需用稀硝酸在室温就可以顺利进行；当芳环上有间位定位基时，反应难于进行，从硝基苯制备二硝基苯，一般需用发烟硝酸和浓硫酸作硝化剂，反应温度需升高至95～100℃。
芳香族化合物的硝化反应是亲电取代反应，实际的亲电试剂为硝酰正离子（NO2+），增加NO2+的浓度，就能提高反应速度，提高硝化能力。
使用混酸作硝化试剂时，浓硫酸的作用主要是有利于NO2+的生成，同时，它也能除去水，在硝化过程中不使浓硝酸变成稀硝酸。
硝化反应是不可逆反应，伴随的副反应主要是氧化反应，反应温度过高时氧化尤其严重。
因此，对氧化剂敏感的基团如氨式需要用酰化的方法保护起来。
同时，硝化反应是强放热反应，进行反应时，必须严格控制反应温度和加料速度，采用良好的搅拌或作充分振荡。
5、实验原理
自行查阅相关资料，写出实验原理。
6、仪器、药品及材料
根据自行设计的实验方案，提出所需的仪器、药品和材料。
7、实验步骤
根据目的要求，收集相关资料，拟定实验步骤。
8、教师审查实验方案并做实验。
三、苯胺的制备
1．内容提要
本实验以硝基苯为原料，以铁-乙酸作为还原剂制备苯胺。
该法的特点是成本低廉，酸的用量少。
由于是放热反应，硝基苯采取分批加入的方法，生成的苯胺用水蒸气蒸馏的方法从体系中分离出来。
实验包括蒸馏、回流、水蒸气蒸馏、分液漏斗的使用、萃取等基本操作。
2．目的要求
（1）掌握硝基苯还原为苯胺的原理和实验方法。
（2）巩固水蒸气蒸馏和简单蒸馏等基本操作，熟练萃取分离技能。
3．实验关键
（1）由于硝基苯、冰乙酸互相不相溶，而这两种液体与固体铁粉接触机会又少，因此，搅拌效率良好是使反应顺利进行的关键。
（2）还原作用必须安全，否则残留在生成物中的硝基苯在后处理过程中很难分离，影响产品纯度。
（3）在使用和蒸馏乙醚时，一定要远离明火，注意安全。
4．预备知识
芳香族硝基化合物的还原反应是制备芳胺的主要方法。
实验室中常用的方法是酸性溶液中用金属进行化学还原，常用的还原剂有铁-盐酸、铁-乙酸、锡-盐酸、二氯化锡-盐酸及锌-乙酸等。
根据反应物和产物的性质，可以选择合适的还原剂和反应介质。
还原反应中，金属的作用是提供电子，而酸或水作为供质子剂提供反应所需的质子。
工业上，芳胺也是通过硝基化合物的还原来制备的，如在铂、钯或镍催化下发生催化氢化，也可以用氢载体如环已烯或肼代替氢气。
5、实验原理
自行查阅相关资料，写出实验原理。
6、仪器、药品及材料
根据自行设计的实验方案，提出所需的仪器、药品和材料。
7、实验步骤
根据目的要求，收集相关资料，拟定实验步骤。
8、教师审查实验方案并做实验。
四、乙酰苯胺的制备
1．内容提要
本实验用冰乙酸作为乙酰化试剂来进行芳胺的乙酰化反应。
该反应是可逆反应，在实际操作中，加入过量的冰乙酸，同时用分馏柱把生成的水（含少量乙酸）蒸出，以提高乙酰苯胺的产率。
实验包括熔点的测定、重结晶、回流、分馏、抽滤等基本操作。
2．目的要求
（1）掌握苯胺乙酰化反应的原理和实验操作。
（2）进一步运用重结晶法从反应系统中提纯产物。
3．实验关键
（1）控制分馏柱柱顶温度在100～110℃之间。
（2）重结晶操作的效果。
4．预备知识
芳香族酰胺通常用伯或仲芳胺同酸酐或羧酸作用来制备。
芳胺的酰化反应在有机合成上有着重要的作用。
作为一种保护措施，伯或仲芳胺经酰化后，可以降低芳胺对氧化反应的敏感性，也可以避免氨基与其他试剂之间（如RCOCl、ArSO2Cl、HNO2等）发生不必要的反应。
同时，氨基酰化后，降低了氨基对芳环亲电取代反应的活化能力，使其由很强的第I类定位基变为中等强度的第1类定位基，反应由多元取代变为有用的一元取代，由于乙酰基的空间效应，往往选择性地生成对位取代产物。
在合成的最后步骤，芳香族酰胺在酸或碱作用下，很容易重新产生氨基。
乙酰苯胺可用苯胺与乙酰化试剂直接作用来制备。
常用的乙酰化试剂有乙酰氯、乙酸酐和乙酸。
其中苯胺与乙酰氯反应最激烈，反应中放出大量热，产生的氯化氢与苯胺反应生成苯胺盐酸盐。
只有向反应体系中加入比苯胺强的碱如吡啶、三乙胺等试剂才能使苯胺游离出来，继续进行乙酰化反应。
乙酸酐作酰化剂与苯胺反应也较快，生成乙酸。
反应常伴随有副产物二乙酰胺[ArN（COCH3）2]的生成。
但如果在乙酸—乙酸钠缓冲溶液中进行酰化，可以得到高纯度的产物。
乙酸作酰化剂时，反应速率最慢。
但用乙酸作酰化剂价格便宜，操作方便。
5、实验原理
自行查阅相关资料，写出实验原理。
6、仪器、药品及材料
根据自行设计的实验方案，提出所需的仪器、药品和材料。
7、实验步骤
根据目的要求，收集相关资料，拟定实验步骤。
8、教师审查实验方案并做实验。
五、乙酸乙酯的制备
1．内容提要
本实验以乙醇和冰乙酸为原料，以浓硫酸为催化剂来制备乙酸乙酯。
实验中加入过量的乙醇，一方面使乙酸转化率提高，另一方面是保证在以共沸物蒸出产物促进乙酸转化时，反应烧瓶中醇仍然是过量的。
粗产物中过量的乙醇用饱和氯化钙溶液洗涤除去。
实验包括蒸馏、分液漏斗的使用等基本操作。
2．目的要求
（1）了解从有机酸合成酯的一般原理及方法。
（2）进一步巩固蒸馏、分液漏斗的使用等基本操作。
3．实验关键
（1）控制好酯化反应的温度、物料滴加速度和馏出液速度。
（2）用饱和氯化钙溶液洗涤之前要用饱和氯化钠溶液洗涤，不可用水
代替。
（3）粗产物一定要充分干燥。
4．预备知识
羧酸酯常用的制备方法有：
①羧酸和醇在催化剂存在下直接酯化反应；②酰氯、酸酐、酯和腈的醇解；③羧酸盐与卤代烷或硫酸酯的反应。
酸催化的直接酯化反应是工业上和实验室制备羧酸酯最重要的方法。
酸催化剂有硫酸、氯化氢和对甲苯磺酸等质子酸和三氟化硼等路易斯酸以及强酸性离子交换树脂等，酸的作用是使羰基质子化从而提高羰基的反应活性。
酯化反应是一个典型的、酸催化的可逆反应。
为了使平衡向有利于生成酯的方向移动，可以使反应物之一的醇或羧酸过量，以提高另一种反应物的转化率，也可以把反应中生成的酯或水及时蒸出，或是两者并用。
在具体实践中，究竟采用哪一种物料过量，取决于物料来源是否方便，价格是否便宜，产物分离纯化和过量物料分离回收的难易程度。
过量多少则取决于具体反应和具体物料的特点。
如果所生成的酯的沸点较高，可向反应体系中加入能与水形成共沸物的第三组分，把水带出反应体系。
常用的带水剂有苯、甲苯、环已烷、二氯乙烷、氯仿、四氯化碳等。
它们与水的共沸点低于100℃，又容易与水分层。
空间效应对酯化反应有很大的影响，酯化速率随着与羧基相连的烷基体积的增大以及醇分子体积的增大而降低。
因此，在α-位上有侧链的脂肪酸和邻位取代芳香酸的酯化反应都很慢，而且产量低。
另外，醇的酯化从伯醇到叔醇也逐渐困难。
5、实验原理
自行查阅相关资料，写出实验原理。
6、仪器、药品及材料
根据自行设计的实验方案，提出所需的仪器、药品和材料。
7、实验步骤
根据目的要求，收集相关资料，拟定实验步骤。
8、教师审查实验方案并做实验。
六、苯亚甲基苯乙酮的制备
1内容提要
本实验以苯甲醛、苯乙酮为原料，以10％氢氧化钠溶液为催化剂来进行C1aisen-Schmidt反应，生成苯亚甲基苯乙酮。
实验包括机械搅拌、重结晶等基本操作。
2目的要求
（1）掌握羟醛缩合反应的原理及实验室制备苯亚甲基苯乙酮的方法。
（2）进一步巩固机械搅拌、重结晶等基本操作。
3实验关键
控制苯甲醛的滴加速度，保持反应温度在25~30℃之间。
4预备知识
在稀碱或稀酸催化下，两分子醛（或酮）结合生成β-羟基醛（或酮），或者进一步失水生成α，β-不饱和醛（或酮）的反应称为羟醛缩合反应。
该反应是合成α，β-不饱和羰基化合物的重要方法。
由于通过反应形成了新的碳-碳键，因此该反应也是有机合成中增长碳链的重要方法。
在羟醛缩合反应中，要求至少有一分子醛或酮具有α—活泼氢。
反应可以在相同的醛或酮分子之间进行（自身缩合），这种缩合会得到高产率的单一化合物；也可以在不同羰基化合物之间发生交叉的羟醛缩合反应，如果两种反应物都具有α-活泼氢，通常会导致四种产物，实验中根据两种羰基化合物的不同活性以及通过改变反应物的配料比等手段，可得到以某种结构为主的产物。
如果只有一个醛或酮具有α-活泼氢原子，则产物数量减少。
在碱催化下的羟醛缩合反应是可逆反应，反应机理是通过碳负离子进行的亲核加成-消去反应。
无α-活泼氢的芳醛与有α-活泼氢的醛酮发生的交叉羟醛缩合反应称为Claisen-Schmidt反应，由于醛的活性比酮大，因此只会得到高产率的单一产物，该反应是合成侧链上含有两种官能团的芳香族化合物及含几个苯环的脂肪族体系中间体的一条重要途径。
羟醛缩合反应常用的催化剂是碱金属和碱土金属氢氧化物的水溶液或醇溶液，也可使用醇钠或仲胺。
5、实验原理
自行查阅相关资料，写出实验原理。
6、仪器、药品及材料
根据自行设计的实验方案，提出所需的仪器、药品和材料。
7、实验步骤
根据目的要求，收集相关资料，拟定实验步骤。
8、教师审查实验方案并做实验。
七、肉桂酸的制备
1．内容提要
本实验以苯甲醛、乙酸酐为原料，按照Kalnin所提出的方法，用碳酸钾代替Perkin反应中的乙酸钾，反应时间短，产率高，主要得到反式肉桂酸。
实验包括回流、水蒸气蒸馏、重结晶等基本操作。
2．目的要求
（1）了解Perkin反应制备肉桂酸的原理和方法。
（2）进一步巩固回流、水蒸气蒸馏等基本操作。
3．实验关键
（1）苯甲醛和乙酸酐在使用前必须经过纯化处理。
（2）用活性炭脱色时，活性炭不能在溶液沸腾时加入，否则会引起暴沸。
4．预备知识
芳香醛和酸酐在碱性催化剂作用下，可以发生类似羟醛缩合的反应，生成α，β-不饱和芳香酸，该反应称为Perkin反应，可用来合成肉桂酸及其同系物。
通常使用的催化剂是与酸酐相应的羧酸钠盐或钾盐，有时也可用叔胺或碳酸钾等碱性试剂代替，反应机理如下：
5、实验原理
自行查阅相关资料，写出实验原理。
6、仪器、药品及材料
根据自行设计的实验方案，提出所需的仪器、药品和材料。
7、实验步骤
根据目的要求，收集相关资料，拟定实验步骤。
8、教师审查实验方案并做实验。
八、甲基橙的制备
1．内容提要
甲基橙是酸碱指示剂，变色范围在pH＝3.2～4.4之间。
实验中可由对氨基苯磺酸重氮盐与N,N-二甲基苯胺的乙酸盐在弱酸性介质中偶联得到。
偶联首先得到嫩红色的酸式甲基橙（酸性黄），在碱中酸性黄转变为甲基橙。
实验包括重结晶、抽滤等基本操作。
2．目的要求
（1）通过甲基橙的制备掌握重氮化反应和偶联反应的原理。
（2）进一步巩固重结晶等基本操作。
3．实验关键
（1）制备重氮盐时，要严格控制反应温度在0～5℃之间，勿超过5℃。
（2）注意控制亚硝酸的用量，勿使亚硝酸过量。
4．预备知识
有机染料按照结构可分为偶氮染料、三苯甲烷染料、蒽醌染料、靛蓝染料等，它们都是具有很多双键的共轭体系。
偶氮染料是指偶氮基（-N＝N-）连接两个芳环所形成的一类化合物，大约占染料总产量的一半。
为了改善颜色和提高染色效果，偶氮染料大多含有成盐的基团如酚羟基、氨基、磺酸基和羧基等。
偶氮染料可通过芳胺（取代的苯胺、萘胺、联苯胺等）重氮盐与各种偶联成分（芳胺、酚、吡唑啉酮和它们的磺酸及其他取代物）发生偶联反应来制备。
芳基重氮盐可由芳香族伯胺低温时在酸性介质中与亚硝酸作用而制得，它作为中间体，可用来合成多种有机化合物，被称为芳香族的“Grignard"试剂，在工业和实验室制备中具有重要的价值。
重氮化反应中必须严格控制反应温度，防止重氮盐分解；同时，必须注意控制亚硝酸钠的用量，若过量，多余的亚硝酸会使重氮盐氧化而降低产率。
偶联反应的速率受溶液pH值影响很大，每个偶联反应都有一个最佳的pH值。
芳胺的偶联反应，通常在中性或弱酸性介质（pH=4~7）中进行，可通过加入缓冲剂乙酸-乙酸钠加以调节；酚的偶联反应与芳胺相似，为了使酚成为更活泼的酚氧负离子，反应需在中性或弱碱性介质（pH=7~9）中进行。
5、实验原理
自行查阅相关资料，写出实验原理。
6、仪器、药品及材料
根据自行设计的实验方案，提出所需的仪器、药品和材料。
7、实验步骤
根据目的要求，收集相关资料，拟定实验步骤。
8、教师审查实验方案并做实验。
九、乙醚
1．内容提要
大多数有机化合物在醚中都有良好的溶解度，有些反应（如Grignard反应）必须在醚中进行，醚是有机合成中常用的溶剂。
醇的分子间脱水是制备单纯醚常用的方法。
实验室常用的脱水剂是浓硫酸，酸的作用是将一分子醇的羟基转变成更好的离去基团。
这种方法通常用来从低级伯醇合成相应的简单醚，除硫酸外，还可用磷酸和离子交换树脂。
由于反应是可逆的，通常采用蒸出反应产物（醚或水）的方法，使反应向有利于生成醚的方向移动。
同时必须严格控制反应温度，以减少副产物烯及二烷基硫酸酯的生成。
2．目的要求
（1）掌握由乙醇制备乙醚的原理和方法；
（2）熟悉低沸点易燃有机物蒸馏的装置及操作方法。
3．实验关键
滴加反应与蒸馏的控制；反应温度的调节；蒸馏热源的选择与冰浴收集。
4．预备知识
在制取乙醚时，反应温度（140℃）比原料乙醇的沸点（78℃）高得多，因此可采用先将催化剂加热至所需要的温度，然后再将乙醇直接加到催化剂中去，以避免乙醇的蒸出。
由于乙醚的沸点（34.6℃）较低，当它生成后就立即从反应瓶中蒸出。
在制取正丁醚时，由于原料正丁醇（沸点117.7℃）和产物正丁醚（沸点142℃）的沸点都较高，故可使反应在装有水分离器的回流装置中进行，控制加热温度，并将生成的水或水的共沸物不断蒸出。
虽然蒸出的水中会夹有正丁醇等有机物，但是由于正丁醇等在水中溶解度较小，相对密度又较水轻，浮于水层之上，因此借水分离器可使绝大部分的正丁醇等自动连续地返回反应瓶中，而水则沉于水分离器的下部，根据蒸出水的体积，可以估计反应的进行程度。
仲醇及叔醇的脱水反应，通常为单分子的亲核取代反应（SN1），并伴随着较多的消去反应。
因此，用醇脱水制备醚时，最好使用伯醇，获得的产率较高。
制备混合醚和冠醚常用的方法是Williamson合成法，即用卤代烷、磺酸酯及硫酸酯与醇钠或酚钠反应制备醚的方法。
这是一个双分子的亲核取代反应（SN2）。
由于醇钠是较强的碱，在进行取代反应的同时伴随着双分子的消去反应（E2），与叔和仲卤代烷反应时，主要生成烯烃，最好使用伯卤代烷，叔卤代烷不能用于Williamson合成法中。
烷基芳基醚应用酚钠与卤代烷或硫酸酯反应，一般是将酚和卤代烷或硫酸酯与一种碱性试剂一起加热。
5．实验原理
自行查阅相关资料，写出实验原理。
6．仪器、药品及材料
根据自行设计的实验方案，提出所需的仪器、药品和材料。
7、实验步骤
根据目的要求，收集相关资料，拟定实验步骤。
8、教师审查实验方案并做实验。
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