三氯化铁作催化剂乙酸异戊酯合成及香水配制方案

三氯化铁合成乙酸异戊酯及香水配制1．实验目的（1）熟悉酯化反应原理，掌握乙酸异戊酯的制备方法；（2）掌握带分水器的回流装置的安装与操作；（3）熟悉液体有机物的干燥，掌握分液漏斗的使用方法；（4）学会利用萃取洗涤和蒸馏的方法纯化液体有机物的操作技术。2.实验原理(1)物理性质乙酸异戊酯：乙酸异戊酯是无色透明的液体，又称香焦油，具有水果香气。它是香蕉、生梨等果实的芳香成分，也存在于酒等饮料和酱油等调味品中。在许多水果型特别是梨和香蕉香精中，大量使用乙酸异戊酯。也常用于配制酒和烟叶用香精。乙酸异戊酯易溶于乙醇、乙醚、苯，难溶于水，不容于甘油，易燃，毒性小，刺激眼睛和气管黏膜。它更大的应用是涂料、皮革等工业中作为溶剂使用。乙酸：乙酸，俗名醋酸，广泛存在于自然界，它是一种有机化合物，是烃的重要含氧衍生物，是典型的脂肪酸。乙酸被公认为食醋内酸味及刺激性气味的来源。在家庭中，乙酸稀溶液常被用作除垢剂。食品工业方面，在食品添加剂列表E260中，乙酸是规定的一种酸度调节剂。异戊醇：无色液体，有不愉快的气味。微溶于水，可混溶于醇、醚等有机溶剂。用作照相化学药品、香精、分析试剂，以及用于有机合成、制药。该品天然以酯的形式存在于部分植物中。可由戊烷经氯化和水解后生成的混合醇，或由杂醇油分馏而制得。(2)乙酸异戊酯的合成条件与方法实验室通常采用冰醋酸和异戊醇在浓硫酸的催化下发生酯化反应来制取。由于硫酸为催化剂存在着设备腐蚀严重，后处理过程中产生的废液污染环境等问题，本次采用三氯化铁FeCl3·6H2O为催化剂(可回收使用)，乙酸和异戊醇为原料合成乙酸异戊酯。反应式如下：酯化反应是可逆的，本实验采取加入过量冰醋酸，并除去反应中生成的水，使反应不断向右进行，提高酯的产率。异戊醇：冰醋酸=1:1.2，112±2℃下回流1.0h，乙酸异戊酯的收率超过95%。生成的乙酸异戊酯中混有过量的冰醋酸、未完全转化的异戊醇、及副产物醚类，经过洗涤、干燥和蒸馏予以除去。(3)乙酸异戊酯的测定乙酸异戊酯红外光谱的特征如下：1470cm-1～1740cm-1的强峰是酯羰基伸缩振动引起的。除甲酸甲酯外，大多数饱和酯的υc=0都出现在这个峰位。1240cm-1的谱带是乙酸酯基中C—O单键伸缩振动产生的，强度同羰基峰相当，形状略宽。由此峰位置可以确定酯的类型，非常特征。1380cm-1的附近分裂的双峰是两个甲基同一个碳原子相连时，由于振动的偶合效应使1380cm-1峰发生裂分引起的。两峰间距小于15cm-1。另外，1170cm-1处尖锐的弱吸收，更加证实了异丙基端基的存在[1]。对生成的乙酸异戊酯作气相色谱分析，记录乙酸异戊酯的红外光谱并与下图相比较。乙酸异戊酯气相色谱分析图3.仪器药品仪器：铁架台、三口烧瓶(250mL)、球形冷凝管、分水器、蒸馏烧瓶(100mL)、直形冷凝管、接液管、分液漏斗(100mL)、量筒（25mL）、温度计（200℃）、锥形瓶(100mL)、电热套、沸石、天平。药品：异戊醇（26.40g）、冰醋酸（21.60g）、三氯化铁FeCl3·6H2O（0.88g）、饱和碳酸钠溶液（10％）、饱和氯化钠溶液、饱和氯化钙溶液、硫酸镁（无水）。4．实验步骤称取26.40g异戊醇和21.60g乙酸,置于三口梨形烧瓶中,加入0.88gFeCl3·6H2O和几粒沸石,装上温度计和分水器,112±2℃回流分水1h,稍冷后将分水装置改为蒸馏装置,加入几粒沸石,收集136～142℃间的馏份。反应结束后分别用10mL饱和食盐水洗涤一次，10mL5%碳酸氢钠溶液和20mL水分别洗涤两次，弃去水层。以2.00g无水硫酸镁干燥，蒸馏，收集136~142℃馏分，得到乙酸异戊酯。5.实验操作步骤试验流程如下：（1）酯化检查装置气密性后，在干燥的三口烧瓶中加入21.60g冰醋酸、26.40g异戊醇及0.88g催化剂FeCl3·6H2O，混匀后放入1～2粒沸石。安装带分水器的回流装置，三口烧瓶中口安装分水器，分水器中事先充水至支管口处。一侧口安装温度计（温度计应浸入液面以下），另一侧口用磨口塞塞住。用电热套缓缓加热，当温度升至约100℃时，三口烧瓶中的液体开始沸腾。继续升温，控制回流速度，使蒸气浸润面不超过冷凝管下端的第一个球，当分水器充满水时放出使其低于支管口，控制反应温度在112±2℃之间，大约需1h反应基本完成。（2）洗涤停止加热，稍冷后拆除回流装置。将烧瓶中的反应液倒入分液漏斗中，用15mL冷水淋洗烧瓶内壁，洗涤液并入分液漏斗。充分振摇，接通大气静置，待分界面清晰后，分去水层。再用15mL冷水重复操作一次。然后酯层用20mL10％碳酸钠溶液分两次洗涤，然后用15mL饱和食盐水洗涤一次，最后再用饱和氯化钙溶液洗涤一次，去水层。21.60g的乙酸250ml三口烧瓶按图1装置连接反应混合液快速加热到112±2℃之间，保持温度回流反应1.0h含乙酸异戊酯的混合液冷却，加20ml饱和Na2CO3溶液除去乙酸，洗涤去水层混合液115ml饱和NaCl溶液洗涤2次1～2粒沸石26.40g异戊醇混合液2去水层加入15ml饱和CaCl2溶液，洗涤，去水层混合液3转移100ml锥形瓶加入2.00g无水MgSO4干燥，然后将液体移入圆底烧瓶按图2装置连接，常压蒸馏收集136~142℃的馏分，即产品乙酸异戊酯称量干燥的锥形瓶质量为m1该锥形瓶盛产品后的质量m2产品质量m=m2-m10.88gFeCl3·6H2O（3）干燥经过水洗、碱洗、食盐水和氯化钙溶液洗涤后的酯层由分液漏斗上口倒入干燥的锥形瓶中，加入2.00g无水硫酸镁，配上塞子，充分振摇后，放置10min。（4）蒸馏安装一套普通蒸馏装置。将干燥好的粗酯小心滤入干燥的蒸馏烧瓶中，放入1～2粒沸石，加热蒸馏。用干燥的锥形瓶收集136～142℃馏分。（5）称取产品质量并计算产率。6.实验装置图图1：反应装置图2：蒸馏装置7.注意事项（1）实验前应先检查装置的气密性。（2）回流酯化时，要缓慢均匀加热，以防止碳化并确保完全反应。（3）分液漏斗使用前要涂凡士林试漏，防止洗涤时漏液，造成产品损失。（4）碱洗时放出大量热并有二氧化碳产生，因此洗涤时要不断放气，防止分液漏斗内的液体冲出来。（5）最后蒸馏时仪器要干燥，不得将干燥剂倒入蒸馏瓶内。（6）冰醋酸具有强烈刺激性，要在通风橱内取用。（7）配制想睡时应掌握好各组分的用量，保证香水的质量优良。8.思考题（1）导管末端为什么不能插到液面以下？（2）为什么刚开始加热要缓慢？（3）饱和食盐水是除去什么的？能否有水代替？9.原始数据及产量产率计算原料催化剂产品产率乙酸异戊醇理论产量实际产量21.60g26.40g0.88g10.香水配方组分乙酸异戊酯乙酸丁酯丁酸乙酯丁酸异戊酯乙酸乙酯橙叶油丁香油总量：20g含量/g1.650.300.300.450.0750.0150.045组分丁酸丁酯甘油香兰素丁酸正戊酯玳玳叶油甜橙油95%乙醇含量/g0.501.000.0150.501.000.1514.0011.香水的质量评价指标1.香水液体清澈透明，无沉淀物、悬浮物和混合现象；2.香水扩散性好，并能保持一定时间，没有丝毫酒精气味或其他不良气味；3.在38℃温度下，经24小时不变色；4.瓶盖严密不漏气，防止酒精挥发、香水散发以及进入空气将香水氧化；5.包装完整，图案清晰，瓶外观无疵点。12.参考文献：[1]凌关庭，唐述潮，陶民强．食品添加剂手册（第二版）嘲．北京；化学工业出版社，１９９７.［2］刘晓庚，伊一兵，史满昌，等．香料乙酸异戊酯的合成研究［Ｊ］．化学世界，１９９４.[3］易兵，郭文辉，龙有前，等．氨基磺酸催化合成乙酸异戊酯［Ｊ］．化学世界．２００１.［4］杨水金，肖继．合成乙酸异戊酯的催化剂研究［Ｊ］．应用化学，２００１．［5］梁志德，车荫祺，毛璞．有机化学实验［Ｍ］．成都科技大学出版社．１９９８．三氯化铁作催化剂合成乙酸异戊酯及香水配制实验设计方案四川理工学院