中南大学工科化学实验教案02物质制备

乙酰苯胺的制备Preparationofacetylaniline实验课时：5学时实验类型：综合实验教学对象：应化、制药、化工、冶金、材料、医学等专业本科生一、目的与要求1．了解以冰醋酸为酰基化试剂制备乙酰苯胺的基本原理和方法。2．掌握分馏操作和巩固重结晶和熔点测定等操作。二、方法与原理C6H5NH2+CH3COOH→C6H5NHCOCH3+H2O以过量的乙酸和苯胺反应，并将产生的水脱离反应体系提高转化率。乙酐和乙酰氯作酰化剂，反应速度较快，但价格较贵。选用乙酸作酰化剂，能更多地进行基本操作和实验方法的综合训练。三、内容提要苯胺用乙酸酰基化，用分馏装置使反应产生的水脱离反应体系，重结晶提纯粗品，干燥，测熔点以确定纯度。计算产率。四、物理常数化合物名称分子量性状比重(d)熔点(℃)沸点(℃)折光率(ｎ)溶解度水乙醇乙醚苯胺93.12液体1.022－6.1184.41.58633.618∞∞冰醋酸60.05液体1.04916.5118.11.3715∞∞∞乙酰苯胺135．16斜方晶体1.214133－4305－0.5303.58021204660725五、教学要点1．实验之关健：1.分馏装置的安装；2.控温蒸出反应生成的水使反应向右移动3.反应终点的确定；4.重结晶提纯。2．教学安排1．讲解实验原理及注意事项，乙酰化反应的方法与应用。2．演示分馏装置操作。3．复习和强调重结晶操作的关键步骤。（可结合上次重结晶实验中存在的问题，有针对性地指名演示操作，请同学们纠错，教师点评）六、注意事项1.制备时，所用仪器必须干燥（为什么）2.应加入少许锌粒（什么作用？）3.蒸出反应生成的水之前，必须保证乙酸与苯胺反应一段时间（为什么）4.分馏时,必须控温105℃以下(为什么)七、思考题及解答1．为什么用分馏装置比蒸馏装置效果好？答：分馏装置便于蒸馏出沸点差别不大的组分）2．分馏时实际上收集的液体比理论上应产生的少要多，为什么？答：因除水外，还有乙酸3．苯胺是碱而乙酰苯胺不是，解释这种差异。答：后者因氮原子与羰基的p-π，电子云向羰基氧偏移）4．如果10g苯胺与过量乙酐作用，计算乙酰苯胺理论产量。（14.5g）5．当苯胺用乙酸乙酰化时，为什么用过量酸，并将反应生成的水蒸出？答；乙酸溶于水,易除去；利用沸点的差别，蒸去水，促使平衡右移6．制备对硝基苯胺，硝化前为什么将苯胺转化为乙酰苯胺？答：苯胺易氧化，转化为乙酰苯胺以保护氨基7．苯胺和下列化合物反应，将得到什么产物？（1）琥珀酸酐，加热（2）二甲基乙烯酮H2CCNHC6H5OCH2COOH（1）（2）CHH3CH3CCONHC6H5反应（2）中，先苯胺对烯酮进行亲核加成，然后重排并接受质子八、参考书１．黄涛主编．有机化学实验（第二版）．北京：高等教育出版社．2、兰州大学，复旦大学合编．有机化学实验（第二版）．北京：高等教育出版社．正溴丁烷的制备Preparationofbutylbromide实验课时：5学时实验类型：综合性合成实验教学对象：应化、制药、化工、医学八年制、材料、生物等专业一、实验目的与要求1．学习以溴化钠、浓硫酸和正丁醇制备1－溴丁烷的原理和方法。2．练习连有气体吸收装置的加热回流操作和液体干燥操作。3．巩固分液漏斗洗涤液体的方法。4．巩固蒸馏操作。二、实验原理NaBr+H2SO4n-CH3CH2CH2CH2OH+HBrCH3CH2CH2CH2Br+H2OH2SO4HBr+NaHSO4主反应：n-CH3CH2CH2CH2OHH2SO4CH3CH2CH=CH2+H2O2HBr+H2SO4Br2+SO2+2H2On-CH3CH2CH2CH2OHH2SO4(CH3CH2CH2CH2)2O+H2O副反应：三、物理常数正丁醇（n-butanol）：分子量74.12，沸点117.7℃,nD201.3992d4200.8098。溶于水、苯，易溶于丙酮，与乙醇、丙酮可以任何比例混合。20℃时，本品在水中的溶解度（质量分数）7.7%。是一种用途广泛的重要有机化工原料。正溴丁烷（n—bromobutane）：分子量138.9，沸点101.6℃,nD201.4399,d4201.2764,无色液体,不溶于水,易溶于醇、醚，是一种有机合成原料。四、内容提要以正丁醇、溴化钠、浓硫酸为主要原料，经亲核取代反应制备正溴丁烷。然后经萃取与洗涤、液体化合物的干燥、蒸馏等基本操作，分离提纯得正溴丁烷。以5g正丁醇计，理论产量9.37g。可选择产品做气相色谱分析。五、教学要点1．重点与难点重点：粗产物的制备和分离；难点：反应产物的洗涤2．操作要点和说明（１）浓硫酸用水稀释，摇动混合物均匀冷却至室温，然后才加料（为什么？）；加料时，不要让溴化钠粘附在烧瓶璧；（２）勿使导气漏斗全部埋入水中（为什么）；（３）小火加热回流，并经常摇动装置（怎么摇？），否则反应混合物很快颜色变深，甚至产生少量碳渣。操作情况良好时油层仅成浅黄色，冷凝管顶端无溴化氢逸出。（４）改为蒸馏时，需重新放入沸石；为防止蒸馏温度过高，建议用温度计控制蒸汽的温度，当升至105℃左右而馏出液增加甚慢时或反应瓶中的油层消失时即可停止蒸馏。（５）洗涤产物时，要注意所需组分在哪一层，不要搞错！（如何判断？）（６）用浓硫酸洗涤粗产物时，所用分液漏斗必须干燥（为什么？）；（７）使用浓硫酸注意安全。酸液回收至指定瓶中（环境保护）。3．操作示范（１）回流-气体吸收装置；（２）指名演示分液漏斗的使用并强调要点(若单独开了萃取实验)为防止溴化氢逸出，最好预先安装好气体吸收装置。巡回指导：4．巡回指导重点：回流-气体吸收装置；洗涤与分液，液体干燥六、思考题及简要解答1．加料时，先使溴化钠和浓硫酸混合，然后再加正丁醇和水，行不行？为什么？答：不行。因为：2NaBr+3H2SO4Br2+SO2+2H2O+2NaHSO42．反应后的产物中可能含有哪些杂质？各步洗涤目的何在？用浓硫酸洗涤时为何需用干燥的分液漏斗？答：可能含有杂质为：n－C4H9OH，(n－C4H9)2O，HBr，H2SO4，NaHSO4，H2O各步洗涤目的：①水洗除HBr、大部分n－C4H9OH②浓硫酸洗去(n－C4H9)2O，余下的n－C4H9OH③再用水洗除大部分H2SO4④用NaHCO3洗除余下的H2SO4⑤最后用水洗除NaHSO4与过量的NaHCO3等残留物用浓硫酸洗时要用干燥分液漏斗的目的是防止降低硫酸的浓度，影响洗涤效果。如果1-溴丁烷中含有正丁醇，蒸馏时会形成前馏分(1-溴丁烷-正丁醇的恒沸点98.6℃,含正丁醇13%）,而导致精制产率降低。3．用分液漏斗洗涤产物时，产物时而在上层，时而在下层，你用什么简便方法加以判断？答：从分液漏斗中倒出一点上层液或放出一点下层液于一盛水试管中，看是否有油珠出现来判断。4．写出无水氯化钙吸水后所起化学变化的反应式，为什么蒸馏前一定要将它过滤掉？由于无水氯化钙能与水可逆地结合生成2，4，6-水合物，因而蒸馏前要将它过滤掉。5．回流加热后反应瓶中的内容物呈红棕色，这是什么缘故？蒸馏正溴丁烷后，残余物应趁热倒入烧杯中，何故？答：氢溴酸被硫酸氧化生成的溴；硫酸氢钠固体析出，不便清洗。七、参考书1．兰州大学，复旦大学合编．有机化学实验（第二版）．北京：高等教育出版社．19942．周科衍，高占先主编．有机化学实验（第三版）．北京：高等教育出版社苯甲酸乙酯的制备PreparationofEthylbenzoate实验课时：5学时实验类型：综合性合成实验教学对象：冶金、环境、材料等专业一、实验目的与要求1．学习苯甲酸乙酯的制备原理及操作方法。2．学习分水器的使用方法。二、实验原理直接酸催化酯化反应是经典的制备酯的方法，但反应是可逆反应，反应物间建立如下平衡:COOHC2H5OHH2SO4COOC2H5H2O既然反应可逆，为提高酯的转化率,使用过量乙醇或将反应生成的水从反应混合物中除去，都可以使平衡向生成酯的方向移动。另外，使用大大过量的强酸催化剂，水转化成它的共轭酸H3O+,没有亲核性，也可抑制逆反应的发生。三、实验准备1．仪器:50mL圆底烧瓶，回流装置；蒸馏装置；分水器。2．试剂：苯甲酸；乙醇；环己烷；浓硫酸；乙醚；饱和氯化钠；无水氯化钙；硅油；沸石。四、有关的物理常数化合物熔点/℃沸点/℃比重苯甲酸121.7249-环己烷-800.78苯甲酸乙酯-2121.0468五、反应装置图分水回流装置乙醚蒸馏装置六、教学要点１、本实验的重点与难点：重点：苯甲酸乙酯的制备。难点：反应产物的洗涤过程（分液漏斗的使用）。2、为保证实验圆满成功，需提醒学生以下几点：1）．加入浓硫酸后，摇动烧瓶，充分混合。2）．待反应混合液温度低于80℃，方可加环己烷，防冲料。回流过程火可大点，可用空气浴进行。3）分水过程中注意防火。蒸发乙醇、环己烷时注意要使用小火进行，最要用水浴进行，防反应液变色。4）．分批用碳酸钠洗，搅拌进行，直至没有二氧化碳逸出，溶液呈碱性，再将混合物转入分液漏斗进行分液。5)．水浴蒸去乙醚。在通风良好的环境中进行操作。6）．因产品沸点较高，最好减压蒸馏；没有，也可用在石棉网上加热进行蒸馏，收集210～213℃馏分。七、实验思考题1、判断题1.伯醇的酯化是由羧酸中的－OH和醇中的－H结合成水分子，剩余部分结合成酯；而叔醇的酯化则是由羧酸的－H和醇中的－OH结合成水，剩余部分结合成酯。()2.本实验采用将反应产物水H2O除去来促进酯化反应完全。()3.增加硫酸的量,不能增加酯的产量.()4.即使酸的价格比较低，也不能用过量的酸来促进酯化反应完全.()2、单选题1.在本实验分离提纯过程中时，加入的萃取剂为()。A乙醚B乙醇C石醚D醋酸2.与乙醇酯化反应速率最大的是()。A苯甲酸B乙酸C苯乙酸D甲酸3.在本我们实际的合成中是采用()。A水浴加热B油浴加热C直接加热D沙浴加热4.在本合成实验中没有采用的仪器是()。A布氏漏斗B回流冷凝管C分水器D分液漏斗【参考答案】1、判断题1.Y2.Y3.Y4N2、单选题1.A2.D3.C4.A八、参考书：１．兰州大学，复旦大学合编．有机化学实验（第二版）．北京：高等教育出版社。２．周科衍，高占先主编．有机化学实验（第三版）．北京：高等教育出版社。甲基橙的制备Preparationofmethylorange实验学时：4-5学时实验类型：综合性适应专业：应化、药学、制药、化工、医学七、八年制等专业；生物医学类等专业一、实验目的1.熟悉重氮化反应和偶合反应的原理；2.掌握甲基橙的制备方法。3．学会用冰水浴控温，4．巩固抽滤、重结晶、干燥等操作。二、实验原理本实验主要运用了芳香伯胺的重氮化反应及重氮盐的偶联反应。由于原料对氨基苯磺酸本身能生成内盐，而不溶于无机酸，故采用倒重氮化法，即先将对氨基苯磺酸溶于氢氧化钠溶液，再加需要量的亚硝酸钠，然后加入稀盐酸。NH2SO3HNaOHNH2SO3NaNaNO2HClNSO3HNClNCH3CH3HAcNSO3HNNH(CH3)2AcNaOHNNN(CH3)2NaO3S三、物理常数化合物分子量性状比重(d)熔点(℃)沸点(℃)折光率(ｎ)溶解度水乙醇对氨基苯磺酸173.84白色或灰白色晶体1.485280℃时分解炭化－－微溶不溶亚硝酸钠69.05白色或微带浅黄色晶体2.168271320℃以上分解－易溶微溶N,N-二甲基苯胺121.18淡黄色油状液体0.95572.451941.5582微溶易溶甲基橙327.34橙黄色鳞片状结晶－－－－微溶，易溶于热水不溶四、内容提要用对氨基苯磺酸经过重氮化、再与N,N-二甲基苯胺发生偶联反应制备甲基橙，学习冰水浴控温操作，巩固抽滤、重结晶、干燥等操作。并用盐酸及氢氧化钠检验所合成的指示剂。以2g（0.0115mol）对氨基苯磺酸计，理论产量为3.8g。五、教学要点1．什么叫重氮化反应和偶联反应，它们需在什么条件下进行？2．如何判断亚硝酸钠的用量是否适量（用淀粉碘化钾试纸）。过量的亚硝酸钠（会与二甲苯胺发生亚硝化反应），应如何处理（加尿素）。3．如何控制重氮化反应的温度在5℃以