合肥工业大学有机合成实验报告附实验装置图Word文档下载推荐.docx
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实验课后应按实验记录和数据独立完成实验报告，不得拼凑或抄袭他人数据。
书写实验报告要求条理清楚，结论明确，字迹端正，绘图规范并按时交指导老师批改。
实验一乙酸丁酯的制备
一、实验目的
1．掌握有机酸酯的制备原理和乙酸丁酯的制备方法。
2．学习用恒沸混合物除去酯化产物中水的方法。
二、实验原理
1.主要性质和用途
乙酸丁酯（butylacetate）亦称乙酸正丁酯，无色液体，具有水果香味，微溶于水，能溶于乙醇、乙醚和烃类。
密度0.8826（20℃），沸点126.3℃，凝固点-77℃，折光率1.3591（20℃）。
乙酸丁酯是良好的有机溶剂，可用于火棉胶、清漆、人造革、医药、塑料及香料工业，并可用作萃取剂和脱水剂。
2.制备原理
有机酸酯通常用醇和羧酸在少量催化剂（如浓硫酸）的存在下，通过酯化反应制得：
酯化反应是一个典型的酸催化可逆反应。
为使反应平衡向右移动，可用过量的醇或羧酸，也可将反应中生成的酯或水及时蒸出。
实验中要注意控制反应的温度、原料滴加的速度和产品蒸出速度，从而使反应进行得比较完全。
在制备乙酸丁酯时，采用等摩尔的乙酸和丁醇，加入极少量的浓硫酸作催化剂，进行回流。
让回流冷凝液先进入一个分水器分层，水分留在分水器中，有机液不断地流回反应器中。
这样，在酯化反应进行时，生成的水可以从平衡混合物中除去，使反应几乎可进行到底，得到高产率的乙酸丁酯。
反应方程式如下：
三、实验仪器和药品
电热套、三口烧瓶（250ml）、球形冷凝管、直形冷凝管、接引管、分液漏斗（125ml）、
锥形瓶（50ml、100ml）、蒸馏烧瓶（50ml）、量筒（10ml、100ml）温度计（0℃-200℃）。
正丁醇、冰醋酸、浓硫酸、碳酸钠溶液（10%）、无水硫酸镁、pH试纸。
四、实验内容
时间
实验步骤
现象和备注
8:
00
老师简单讲解实验步骤和所用仪器
9:
30
在干燥的250ml三口烧瓶中加入30ml正丁醇和15ml冰醋酸，再加10滴浓硫酸，投入沸石，混合均匀，装配分水器和球形冷凝管，并在分水器中预先加15ml水，使水位至低于支管口
反应液为无色透明液体
50
开始加热回流，反应过程中下层水不断增多，25min后回流结束
冷凝液持续稳定流下，并在分水器中分层，上层为有机层，略显浑浊，无色油状
10:
25
停止加热，记录分出的水量
水量为4.6ml
37
稍冷后取下回流冷凝管，把分水器中分出的酯层和三口烧瓶中的反应液一起倒入分液漏斗中，用20ml水洗涤，分去水层
液体有果香
40
酯层用25ml10%碳酸钠（11gNaCO3与100ml水配得）溶液洗涤，并用pH试纸检查为微酸性，又用25ml10%碳酸钠溶液洗涤两次,为中性,分去水层
用pH试纸检测，得pH约为7
将酯层再用20ml水洗涤一次，分去水层。
然后将其倒入干燥的锥形瓶中，加入少量无水硫酸镁干燥至澄清
液体变得澄清透明
55
将50ml烧瓶、直形冷凝管、蒸馏头、尾接管、20ml量筒放在烘箱中干燥
11:
45
将干燥后的乙酸正丁酯倒入干燥的50ml蒸馏瓶中，加入沸石，安装好蒸馏装置，加热蒸馏。
（第一次蒸馏的时候，温度没有达到120℃，因此无法收集124~126℃的馏分，重新蒸馏的时候，调整了温度计的位置，并且开大了冷凝水才勉强使温度达到120℃，收集该温度下的馏分26ml）
蒸馏瓶中残留有少量淡黄色液体
12:
实验结束，整理台面
五、实验装置
六、数据处理与结果分析
数据处理：
理论生成的乙酸正丁酯的量为0.263mol（与水的mol数相同，思考题中已经计算），又相对密度d（2020）为0.8826；
所以产量为：
0.8826×
26=22.95g
理论产量为：
0.263×
116=30.51g，
产率为22.95/30.51=75.2%
结果分析：
反应的产率不高，原因分析如下
（1）反应时温度升高过快，升得过高，使得冰醋酸蒸出，与水互溶，不能回流，反应不完全；
（2）反应时间较短。
七、注意事项
1.浓硫酸在反应中起催化剂作用，只需加少量。
2.本实验利用恒沸混合物除去酯化反应中生成的水。
正丁醇、乙酸正丁酯和水可能形成下
表中的几种恒沸混合物：
恒沸混合物
沸点/℃
组成（重量%）
乙酸正丁酯
正丁醇
水
二元
乙酸正丁酯--水
正丁醇-水
乙酸正丁酯--正丁醇
90.7
93.0
117.6
72.9
32.8
55.5
67.2
27.1
14.5
三元
乙酸正丁酯--正丁醇-水
63.0
8.0
29.0
含水的恒沸混合物冷凝为液体时，分为两层，上层为含少量水的酯和醇，下层主要是水。
3.根据分出的总水量（注意扣去预先加到分水器中的水量），可以粗略地估计酯化反应完成的程度。
八、思考题
1.本实验是根据什么原理来提高乙酸正丁酯的产率的？
答：
不断分离生成的水，使反应尽可能的向右进行。
2.计算反应完成时应分出的水量？
正丁醇的物性参数：
质量百分含量99.5%，密度0.808~0.811g/cm3
冰醋酸物性参数：
质量百分含量99.5%，密度1.05g/cm3
n（正丁醇）=0.810×
30/74=0.34mol
n（冰醋酸）=1.05×
15/60=0.263mol
所以，正丁醇过量，反应生成的水量为0.263×
18=4.734g
3.反应中生产的水是怎么分去的？
水密度比乙酸正丁酯的小，与乙酸正丁酯生成恒沸不互溶的溶液而分层，下层为水，通过分水器的下口即可分去。
实验二间硝基苯胺的制备
1.学习多硝基化合物部分还原反应的原理。
2.掌握间硝基苯胺的制备方法。
间硝基苯胺（meta-nitroaniline）为黄色针状晶体或粉末。
微溶于水，溶于乙醇、乙醚、甲醇。
熔点111.8℃，密度1.430（20℃）。
家硝基苯胺主要用作有机合成中间体，可用于制取冰染染料橙色基R和制取色酚AS-BS。
本实验利用间硝基苯还原法制备见硝基苯胺。
多硝基化合物中硝基的部分还原，常采用Na2S2作还原剂（因为它的还原作用比较缓和）。
用Na2S2是通过S2-2离子攻击硝基上的氮原子而实现的。
由于S2-2离子的水合程度较低。
被氧化后的电子构型比较稳定，因此它的还原能力比S2-离子强。
苯环上带有吸电子基团有利于硝基的还原；
带有给电子基团，则阻碍反应进行。
所以间硝基苯胺进一步还原，要比间二硝基苯还原难得多。
需使用更强的还原剂才能使其还原。
用过硫化钠作还原剂，还原间二硝基苯的反应方程式如下：
三、主要仪器和药品
三口烧瓶（250ml）\电动搅拌器、温度计（0℃～100℃）、球形冷凝管、滴液漏斗（60ml）、烧杯（250ml、500ml）、锥形瓶（250ml）、电热套、玻璃漏斗（¤
90）、滴管、托盘天平。
间二硝基苯、硫化钠、硫磺粉、盐酸、氨水、PH试纸、硫酸铜试纸。
称取8g硫化钠溶于盛有72ml水的200ml锥形瓶中，加入3.3g硫磺粉，用电热套加热，不断搅拌
硫磺粉全部溶解
静置40min，仍有固体杂质，普通漏斗过滤
得红色稍粘稠澄清溶液
在250ml三口瓶中，加入10g间二硝基苯及80ml水，并装装好电动搅拌器、温度计、球形冷凝管和滴液漏斗
10
加热到沸腾，剧烈搅拌
得很细的悬浮液
9：
在不断搅拌下，缓慢滴加上述过硫化钠溶液，约25min滴加完毕，煮沸5min后，检验是否达到反应终点（用滴管吸取少量反应物，滴在用硫酸铜溶液浸渍过的滤纸上，无黑色的硫化铜斑点，表明反应已达终点）
无黑点
取冰
将反应物倒入盛有50g碎冰的500ml烧杯中，在不断搅拌下使反应物迅速冷却，并抽滤
析出粗产物
过滤析出的粗间硝基苯胺，用冷水洗涤三次，除去残留的硫代硫酸钠
取出粗产品，放入盛有稀盐酸（由75ml水和18ml36%浓盐酸配制而成）的250ml烧杯中，煮沸10min
粗产品全部溶解
20
（由于第一次趁热过滤，使得较多的间硝基苯胺残留在抽滤瓶的内壁上，只能用热水洗下来，并在稀盐酸中重新加热，此时，检测抽滤瓶里的溶液已经为弱碱性，因此，重新加热的时候补加了一倍量的盐酸）
充分冷却后，过滤除去剩下的过硫化钠和未反应的间二硝基苯，抽滤所得固体为产物间硝基苯胺和杂质，由于杂质结块，弃去即可
13:
滤液不倾倒，不断搅拌，在滤液中加入过量的浓氨水，当为弱碱性时，即有黄色的间硝基苯胺析出。
抽滤，并用少量冷水洗涤至PH=7
有较多黄色晶体析出
将两部分回收的粗产品用沸水重结晶
14:
实验结束，收拾台面
n（间二硝基苯）=10g/168g·
mol-1=0.060mol
n（硫化钠）=8g/110g·
mol-1=0.073mol
n（硫磺粉）=3.3g/32g·
mol=0.10mol，所以间二硝基苯少量的；
间硝基苯胺的理论产量=0.060mol×
138g/mol=8.28g
产率=0.7g/8.3g=8.45%
产率偏低，原因分析如下
（1）硫磺粉溶解不充分，有少量固体杂质；
（2）反应不完全（反应煮沸只进行了5分钟，但是硫酸铜试纸检测确实没有黑色）；
（3）精制的时候，由于第一次趁热过滤，使得抽滤瓶和烧杯上损失了大量的产品；
间二硝基苯和间硝基苯胺有毒，须小心操作，勿接触皮肤。
1.间二硝基苯制取间硝基苯胺能否采用铁粉和盐酸反应制得的初生态氢进行还原？
不能，还原性很强，第一步反应生成间硝基苯胺，随后会进一步将另一个硝基还原。
2.产品中的主要杂质是什么？
如何去除？
硫代硫酸钠，过硫化钠和间二硝基苯。
硫代硫酸钠冷水即可洗去，过硫化钠可与盐酸反应生成硫化氢气体逸出，并生成固体单质硫，同时间硝基苯胺与盐酸反应生成铵盐而溶解，间二硝基苯不溶过滤即可与上述杂质分离。
3.为什么用稀盐酸溶解粗产品？
用水可以吗？
Na2S2+2HCl=2NaCl+H2S↑+S↓稀盐酸溶解可除去过硫化钠，并溶解间硝基苯胺，换做水后，过硫化钠和间硝基苯胺均溶于水，不能实现分离。
4.制备间硝基苯胺的还原剂还有哪些？
Na2S2、NaHS等
实验三抗氧剂双酚A的合成
1．掌握抗氧剂双酚A的合成原理和合成方法。
2．熟悉重结晶的操作方法。
二、合成原理
双酚A又称二酚基丙烷，化学名称为2，2′-二对羟基苯基丙烷（2，2′—bis（p-hydroxyphenyl）propane,结构式：
本品为无色结晶粉末，熔点155~158℃，密度1.95（20℃）。
溶于甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、乙酸、丙酮及二乙醚，微溶于水，易被硝化、卤化、硫化、烃化等。
抗氧剂双酚A可作为塑料和油漆用抗氧剂，是聚氯乙烯的热稳定剂，也是聚碳酸酯、环氧树脂、聚砜、聚苯醚等树脂的合成原料。
2.合成原理
双酚A的合成方法有多种没，大都由苯酚与丙酮合成，不同之处是采用的催化剂有别。
本试验采用的是硫酸法，即苯酚与过量的丙酮在硫酸的催化下缩合脱水，生成双酚A。
其反应式为：
分液漏斗（500ml）、布氏漏斗（φ8）、吸滤瓶（500ml）、电动搅拌器、水浴锅、电热干燥箱、三口烧瓶（250ml）、球形冷凝管、温度计（0℃~100℃）、烧杯（500ml）、量筒（100ml）、滴液漏斗（60ml）、托盘天平。
苯酚、丙酮、甲苯、硫酸（98%）、二甲苯、巯基乙酸。
在三口烧瓶中加入30g熔融的苯酚（苯酚临时用热水溶化）、60g甲苯、27ml79%硫酸（36ml98%与18ml水配制而成），将三口烧瓶放入冷水浴冷却物料至28℃以下
在搅拌下加入0.2g助催化剂巯基乙酸。
然后一边搅拌一边用滴液漏斗滴加10g丙酮，滴加期间，瓶内物料温度控制在32℃~35℃，不得超过40℃
反应液变黄
35
滴加完丙酮（30min内），在36℃~40℃搅拌2h以上
反应液颜色加深
在电热套上烧开水，将反应混合物移入分液漏斗用热水洗涤三次，第一次水洗量为50ml。
第二、三次水洗量均为80ml（水温为82℃），（每次水洗时，一边搅拌一边滴加热水，加完水后，振荡使之混合均匀，再静置分层）
放出下层液，将上层的物料移至烧杯中，一边搅拌一边用冷水冷却、结晶
粗产品为黄色晶体
冷至25℃以下，抽滤，得粗双酚A22.5g
按粗双酚A︰水︰二甲苯=1︰1︰6（质量比）=22.5:
22.5:
135的配料配制溶液
先将粗双酚A投入三口烧瓶中，加入大半溶液，搅拌下加热升温至92℃~95℃，不能完全溶解，继续加配制得溶液直至完全溶解，加热回流15min
固体全部溶解
停止搅拌，将物料移入分液漏斗中静置分层，放出下层水液后，冷却结晶（自然冷却），当冷至35℃以下后，抽滤得产品，并称重得8g
产品质量标准如下表所示：
外观
白色结晶粉末
酚含量，%
<
0.02
熔点，℃
155~158
水分，%
0.4
铁含量，10-6mol·
L-1
15
色相，铂-钴色比
六、数据处理及结果分析
n（苯酚）=30g/94g·
mol-1=0.32mol
n（丙酮）=10g/58g·
mol-1=0.17mol
反应按2:
1进行，因此丙酮稍过量，间硝基苯胺的理论产量：
238g·
mol-1×
0.32mol/2=38g
产率为：
8g/38g=21.05%
产率偏低，粗产品为22.5g，精制后仅为8g，原因如下
（1）搅拌、控温不当，反应不充分；
（2）热水第一次洗涤时，下层呈乳白色浑浊，产物有少量损失；
（3）精制时，未溶解完全；
（4）微溶于水，趁热萃取时，有少量溶于下层水中被分离出来；
（5）结晶不完全。
洗涤反应液时切勿剧烈振荡，否则反应液发生乳化现象。
1.滴加丙酮时为什么控制温度？
因为丙酮的沸点为56℃，需要控制在该温度以下。
2.水洗时水温的控制依据是什么？
双酚A的析出温度以上。
实验四食品防腐剂山梨酸钾的制备
1.学习山梨酸钾的性质和用途。
2.掌握山梨酸钾制备的原理和方法。
1．主要性质和用途
山梨酸钾（potassiumsorbate）学名已二烯-（2,4）-酸钾，结构式CH3CH==CHCH==CHCOOK，分子式H6H7KO2，是一种不饱和的单羧基脂肪酸，呈无色或白色鳞片状结晶或粉末。
在空气中不稳定，能被氧化着色，有吸湿性，约270℃熔化分解。
易溶于水，溶于乙醇。
用做食品防腐剂，用于肉、鱼、蛋、禽类制品，果蔬类保鲜，饮料、果冻、软糖、糕点类。
我国规定最大使用量为0.5~2g·
kg-1。
2．制备原理
山梨酸的合成工艺路线有四种：
（1）以丁烯醛（巴豆醛）和乙烯酮为原料
CH3CH==CHCHO+CH2==C==OCH3CH==CHCH==CHCOOH
（2）以巴豆醛和丙二酸为原料
CH3CH==CHCHO+CH2（COOH）2CH3CH==CHCH==CHCOOH
CH3—C—CH3
（3）以巴豆醛和丙酮为原料
CH3CH==CHCHO+
O
（4）以山梨醛为原料
实验室采用路线
（2），制得的山梨酸再与氢氧化钾反应，制得山梨酸钾
四口烧瓶（250ml）、烧杯（200ml、500ml）球形冷凝管、抽滤瓶（500ml）、温度计（0~100℃）、量筒（10ml、100ml）、电动搅拌机、真空泵。
巴豆醛（化学纯）、丙二酸（化学纯）、吡啶（化学纯）、硫酸（化学纯）、乙醇（化学纯）、氢氧化钾（化学纯）、精密pH试纸、滤纸等。
向四口烧瓶中依次加入5g巴豆醛、10g丙二酸和1g吡啶
15:
将装置搭好，室温搅拌20min待丙二酸溶解
缓慢升温至90℃，保温90~100℃，反应3~4h.
颜色不纯，有淡黄色
20:
用点板检验反应是否达到终点（丙二酸过量）
硅胶板上有RF值与巴豆醛相等的点，反应并没有进行完全
用冰水浴降温至10℃以下，缓慢加入质量分数10%稀硫酸（5ml98%与80ml水），控温低于等于20℃，用pH试纸检测反应物pH约为4~5止
21:
冷冻过夜
迅速抽滤，结晶用冰水50ml分两次洗涤结晶，得山梨酸粗品
将粗品山梨酸倒入烧杯中，用3~4倍量的质量分数60%的乙醇（42ml98%的乙醇与22ml的水配得）重结晶（将烧杯放在电热套中缓慢升温，不断蒸干乙醇，），冰水冷却至5℃以下，迅速抽滤，发现所得产品颜色为暗的橙黄色，于是倒入小烧瓶中，加入乙醇，回流冷凝，二次重结晶，抽滤
得精品山梨酸0.6g
将山梨酸倒入烧杯中，加入等摩尔数的氢氧化钾（0.3g）和少量水，搅拌5min，产物在电热套上浓缩，并蒸干，称重得白色山梨酸钾结晶0.8g
反应生成了0.8g的山梨酸钾，计算得反应中丙二酸过量，因此按照巴豆醛的摩尔数代入进行计算：
n=5g/72g·
mol-1=0.0694mol
山梨酸钾的理论产量为：
n×
150g·
mol-1=0.0694×
150=10.42g
0.8g/10.42g=7.68%
产率较低，原因如下
（1）点板检测结果表明，反应并未完全，仍有巴豆醛存在；
（2）山梨酸钾易溶于水，因此在用冷水冲洗时会有一定损失；
（3）山梨酸易溶于乙醇，两次乙醇重结晶，使得损失较大；
（4）冷却过程较难保证长时间在5℃以下，因此析晶不完全。
1.用稀硫酸调pH值时注意控温。
2.山梨酸精品结晶时一定要控制温度在0~5℃。
1.制备山梨酸精品时，加入吡啶的目的是什么？
吡啶为碱，作为缚酸剂，与反应生成的山梨酸结合，使得反应不断向右进行。
2.制备山梨酸精品时，产物为什么要调pH值？
产物为什么要冷冻过夜？
在酸性条件下，释放出与吡啶结合的山梨酸；
产物冷冻过夜是为了使山梨酸更好的析出晶体。
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