實驗十-乙酸乙酯的制備.docx

實驗十 乙酸乙酯的制備一、實驗目的1.熟悉酯化反應原理及進行的條件，掌握乙酸乙酯的制備方法； 2.掌握液體有機物的精制方法； 3.熟悉常用的液體干燥劑，掌握其使用方法二、實驗原理 有機酸酯可用醇和羧酸在少量無機酸催化下直接酯化制得。當沒有催化劑存在時，酯化反應很慢；當采用酸作催化劑時，就可以大大地加快酯化反應的速度。酯化反應是一個可逆反應。為使平衡向生成酯的方向移動，常常使反應物之一過量，或?qū)⑸晌飶姆磻w系中及時除去，或者兩者兼用。 本實驗利用共沸混合物，反應物之一過量的方法制備乙酸乙酯。主反應副反應方法一1、儀器 圓底燒瓶、冷凝管、溫度計、蒸餾頭、溫度計套管、分液漏斗、酒精燈、接液管、錐形瓶2、藥品 冰醋酸 12ml（12.6g，0.21mol） 無水乙醇 19ml（15g，0.32mol） 濃硫酸 5ml 飽和碳酸鈉溶液 飽和氯化鈣溶液 飽和食鹽水 無水硫酸鎂 實驗操作1.回流 在100mL圓底燒瓶中，加入12mL冰醋酸和19mL無水乙醇，混合均勻后，將燒瓶放置于冰水浴中，分批緩慢地加入5mL濃H2SO4，同時振搖燒瓶?；靹蚝蠹尤?3粒沸石，按圖安裝好回流裝置，打開冷凝水，用電熱套加熱，保持反應液在微沸狀態(tài)下回流3040min。2.蒸餾 反應完成后，冷卻近室溫，將裝置改成蒸餾裝置，用電熱套或水浴加熱，收集7079餾份。3.乙酸乙酯的精制 （1） 中和：在粗乙酸乙酯中慢慢地加入約10mL飽和Na2CO3溶液，直到無二氧化碳氣體逸出后，再多加13滴。然后將混合液倒入分液漏斗中，靜置分層后，放出下層的水。 （2）水洗：用約10mL飽和食鹽水洗滌酯層，充分振搖，靜置分層后，分出水層。（3）二氯化鈣飽和溶液洗 ：再用約20mL飽和CaCl2溶液分兩次洗滌酯層，靜置后分去水層。（4）干燥：酯層由漏斗上口倒入一個50mL干燥的錐形瓶中，并放入2g無水MgSO4干燥，配上塞子，然后充分振搖至液體澄清。（5）精餾：收集7479的餾份，產(chǎn)量約1012g。 注意事項1實驗進行前，圓底燒瓶、冷凝管應是干燥的。2回流時注意控制溫度，溫度不宜太高，否則會增加副產(chǎn)物的量。3在餾出液中除了酯和水外，還含有未反應的少量乙醇和乙酸，也還有副產(chǎn)物乙醚，故加飽和碳酸鈉溶液主要除去其中的酸。多余的碳酸鈉在后續(xù)的洗滌過程可被除去，可用石蕊試紙檢驗產(chǎn)品是否呈堿性。4飽和食鹽水主要洗滌粗產(chǎn)品中的少量碳酸鈉，還可洗除一部分水。此外，由于飽和食鹽水的鹽析作用，可大大降低乙酸乙酯在洗滌時的損失。5氯化鈣飽和溶液洗滌時，氯化鈣與乙醇形成絡合物而溶于飽和氯化鈣溶液中，由此除去粗產(chǎn)品中所含的乙醇。6乙酸乙酯與水或醇可分別生成共沸混合物，若三者共存則生成三元共沸混合物。因此，酯層中的乙醇不除凈或干燥不夠時，由于形成低沸點的共沸混合物，從而影響酯的產(chǎn)率。 思考題1 在本實驗中硫酸起什么作用？ 答：酯化反應中濃硫酸的作用是作催化劑和吸水劑 催化乙醇與乙酸的反應,吸收乙醇與乙酸反應后生成的水,無脫水性! 飽和碳酸鈉的作用是溶解乙醇,吸收乙酸并且減小乙酸乙酯的溶解度 是為了能讓乙酸乙酯可以析出的原因2為什么乙酸乙酯的制備中要使用過量的乙醇？若采用醋酸過量 的做法是否合適？為什么？ 答：乙酸過量可以避免乙酸乙酯和乙醇形成恒沸物；乙酸和乙酸乙酯不共沸，過量乙酸不影響產(chǎn)物的蒸餾。實驗室制備是不計較成本的，乙醇和乙酸的成本在實驗室制備可以忽略，相差不大。2、 蒸出的粗乙酸乙酯中主要有哪些雜質(zhì)？如何除去它們？答：主要雜質(zhì)有乙醚、乙醇、乙酸和水。乙醚沸點低，在多次洗滌中，極易揮發(fā)掉乙酸，使用飽和的Na2CO3溶液洗滌除去乙酸接下來，用飽和NaCl溶液洗滌除去殘留的Na2CO3溶液，然后用飽和CaCl2溶液直接洗滌除去少量的乙醇。4能否用濃的氫氧化鈉溶液代替飽和碳酸鈉溶液來洗滌蒸餾液？答：不可以，使用濃氫氧化鈉溶液可以使乙酸乙酯發(fā)生水解，降低產(chǎn)率。5用飽和氯化鈣溶液洗滌，能除去什么？為什么先用飽和食鹽水洗滌？可以用水代替飽和食鹽水行嗎？ 答：酯層中含有少量未反應的乙醇，由于乙醇和CaCl2作用生成CaCl2?4H2O結(jié)晶化物，所以使用乙醇除去少量未反應的乙醇。方法二實驗步驟在100ml三頸瓶中，加入4ml乙醇，搖動下慢慢加入5ml濃硫酸，使其混合均勻，并加入幾粒沸石。三頸瓶一側(cè)口插入溫度計，另一側(cè)口插入滴液漏斗，漏斗末端應浸入液面以下，中間口安一長的刺形分餾柱（整個裝置如上圖）。儀器裝好后，在滴液漏斗內(nèi)加入10ml乙醇和8ml冰醋酸，混合均勻，先向瓶內(nèi)滴入約2ml的混合液，然后，將三頸瓶在石棉網(wǎng)上小火加熱到110120左右，這時蒸餾管口應有液體流出，再自滴液漏斗慢慢滴入其余的混合液，控制滴加速度和餾出速度大致相等，并維持反應溫度在110125之間，滴加完畢后，繼續(xù)加熱10分鐘，直至溫度升高到130不再有餾出液為止。餾出液中含有乙酸乙酯及少量乙醇、乙醚、水和醋酸等，在搖動下，慢慢向粗產(chǎn)品中加入飽和的碳酸鈉溶液（約6ml）至無二氧化碳氣體放出，酯層用PH試紙檢驗呈中性。移入分液漏斗中，充分振搖（注意及時放氣?。┖箪o置，分去下層水相。酯層用10ml飽和食鹽水洗滌后，再每次用10ml飽和氯化鈣溶液洗滌兩次，棄去下層水相，酯層自漏斗上口倒入干燥的錐形瓶中，用無水碳酸鉀干燥。將干燥好的粗乙酸乙酯小心傾入60ml的梨形蒸餾瓶中（不要讓干燥劑進入瓶中），加入沸石后在水浴上進行蒸餾，收集7380的餾分。產(chǎn)品58g。操作要點及說明1、本實驗一方面加入過量乙醇，另一方面在反應過程中不斷蒸出產(chǎn)物，促進平衡向生成酯的方向移動。乙酸乙酯和水、乙醇形成二元或三元共沸混合物，共沸點都比原料的沸點低，故可在反應過程中不斷將其蒸出。這些共沸物的組成和沸點如下：共沸物組成及 共沸點（1）乙酸乙酯91.9%，水8.1% 70.4（2）乙酸乙酯69.0%，乙醇31.0% 71.8（3）乙酸乙酯82.6%，乙醇8.4%，水9.0% 70.2最低共沸物是三元共沸物，其共沸點為70.2，二元共沸物的共沸點為70.4和71.8，三者很接近。蒸出來的可能是二元組成和三元組成的混合物。加過量48%的乙醇，一方面使乙酸轉(zhuǎn)化率提高，另一方面可使產(chǎn)物乙酸乙酯大部分蒸出或全部蒸出反應體系，進一步促進乙酸的轉(zhuǎn)化，即在保證產(chǎn)物以共沸物蒸出時，反應瓶中，仍然是乙醇過量。2、本實驗的關(guān)鍵問題是控制酯化反應的溫度和滴加速度。控制反應溫度在120左右。溫度過低，酯化反應不完全；溫度過高（140），易發(fā)生醇脫水和氧化等副反應：故要嚴格控制反應溫度。要正確控制滴加速度，滴加速度過快，會使大量乙醇來不及發(fā)生反應而被蒸出，同時也造成反應混合物溫度下降，導致反應速度減慢，從而影響產(chǎn)率；滴加速度過慢，又會浪費時間，影響實驗進程。3、用飽和氯化溶液洗滌之前，要用飽和氯化鈉溶液洗滌，不可用水代替飽和氯化鈉溶液。粗制乙酸乙酯用飽和碳酸鈉溶液洗滌之后，酯層中殘留少量碳酸鈉，若立即用飽和氯化鈣溶液洗滌會生成不溶性碳酸鈣，往往呈絮狀物存在于溶液中，使分液漏斗堵塞，所以在用飽和氯化鈣溶液洗滌之前，必須用飽和氯化鈉溶液洗滌，以便除去殘留的碳酸鈉。乙酸乙酯在水中的溶解度較大，15時100g水中能溶解8.5g，若用水洗滌，必然會有一定量的酯溶解在水中而造成損失。此外，乙酸乙酯的相對密度（0.9005）與水接近，在水洗后很難立即分層。因此，用水洗滌是不可取的。飽和氯化鈉溶液既具有不的性質(zhì)，又具有鹽的性質(zhì)，一方面它能溶解碳酸鈉，從而將其雙酯中除去；另一方面它對有機物起鹽析作用，使乙酸乙酯在水中的溶解度大降低。除此之外，飽和氯化鈉溶液的相對密度較大，在洗滌之后，靜置便可分離。因此，用飽和氯化鈉溶液洗滌既可減少酯的損失，又可縮短洗滌時間。4、注意事項（1） 加料滴管和溫度計必須插入反應混合液中，加料滴管的下端離瓶底約5mm為宜。（2） 加濃硫酸時，必須慢慢加入并充分振蕩燒瓶，使其與乙醇均勻混合，以免在加熱時因局部酸過濃引起有機物碳化等副反應。（3） 反應瓶里的反應溫度可用滴加速度來控制。溫度接近125，適當?shù)渭涌禳c；溫度落到接近110，可滴加慢點；落到110停止滴加；待溫度升到110以上時，再滴加。（4） 本實驗酯的干燥用無水碳酸鉀，通常只少干燥半個小時以上，最好放置過夜。但在本實驗中，為了節(jié)省時間，可放置10分鐘左右。由于干燥不完全，可能前餾分多些。思考問題：（1） 為什么使用過量的乙醇？過量的乙醇有利于反應向右進行，使平衡向生成物方向移動。（2） 蒸出的粗乙酸乙酯中主要含有哪些雜質(zhì)？如何逐一除去？主要雜質(zhì)有乙醚、乙醇、乙酸和水。乙醚沸點低，在多次洗滌中，極易揮發(fā)掉乙酸，使用飽和的Na2CO3溶液洗滌除去乙酸接下來，用飽和NaCl溶液洗滌除去殘留的Na2CO3溶液，然后用飽和CaCl2溶液直接洗滌除去少量的乙醇。（3） 能否用濃的氫氧化鈉溶液代替飽和碳酸鈉溶液來洗滌蒸餾液？為什么？不可以，使用濃氫氧化鈉溶液可以使乙酸乙酯發(fā)生水解，降低產(chǎn)率。（4） 用飽和氯化鈣溶液洗滌的目的是什么？為什么先用飽和氯化鈉溶液洗滌？是否可用水代替？酯層中含有少量未反應的乙醇，由于乙醇和CaCl2作用生成CaCl2?4H2O結(jié)晶化物，所以使用乙醇除去少量未反應的乙醇。（5） 如果在洗滌過程中出現(xiàn)了碳酸鈣沉淀，如何處理？為了防止出現(xiàn)不必要的CaCO3沉淀，酯層用飽和Na2CO3溶液洗滌過后，必須緊跟著用飽和NaCl溶液洗滌，而不用CaCl2溶液直接洗滌。如果出現(xiàn)了碳酸鈣沉淀，需要分離沉淀，可采用抽濾過濾，用NaCl洗滌，但是依然會造成產(chǎn)品損失，降低產(chǎn)率。1 酯化反應有什么特點，本實