實(shí)驗(yàn)二 正溴丁烷和折光率的測(cè)定.doc

實(shí)驗(yàn)一 1-溴丁烷的制備和折光率的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.正丁醇和溴化氫發(fā)生親核取代反應(yīng)，制備正溴丁烷。2.初步掌握有機(jī)合成中的加熱回流、氣體吸收、分離洗滌、常壓蒸餾、分液漏斗的使用、折光率測(cè)定等實(shí)驗(yàn)方法。3.初步學(xué)會(huì)常壓蒸餾和回流裝置的安裝，正確安裝氣體吸收裝置。4.通過(guò)折光率的測(cè)定檢測(cè)產(chǎn)品的純度。二、 實(shí)驗(yàn)原理溴代烷通常由相應(yīng)的醇通過(guò)以下幾種方法制備：1醇與大量的氫溴酸（48%HBr，沸點(diǎn)126）一起加熱，使溴代烷慢慢地蒸出。此法適用于制備沸點(diǎn)較低的溴代烷（如1-溴丙烷、2-溴丙烷、溴代環(huán)己烷），操作簡(jiǎn)單易行，只是需要用大大過(guò)量的氫溴酸。2醇與氫溴酸-硫酸混合物一起加熱。硫酸的存在使醇與氫溴酸的反應(yīng)大大加快，溴代烷的產(chǎn)率也得到提高。此法氫溴酸只要稍微過(guò)量即可。3醇與三溴化磷（或紅磷加溴）反應(yīng)制備產(chǎn)率很高的溴代烷。此法可用于制備高級(jí)碳鏈的溴代烷；還可避免產(chǎn)生分子重排而異構(gòu)化的溴代烷。本實(shí)驗(yàn)是采用第二種方法制備1-溴丁烷。1-溴丁烷沸點(diǎn)101.6，密度d2041.275，為無(wú)色透明液體。實(shí)驗(yàn)室用正丁醇與溴化氫發(fā)生取代反應(yīng)制得，氫溴酸可用溴化鈉和濃硫酸反應(yīng)制取。反應(yīng)過(guò)程可逆，可增加溴化鈉和濃硫酸的用量以促使反應(yīng)向生成產(chǎn)物的方向進(jìn)行。化學(xué)反應(yīng)方程式如下：主反應(yīng)：NaBr+H2SO4HBr+NaHSO4n-C4H9OH+HBrn-C4H9Br+H2O副反應(yīng)：CH3CH2CH2CH2OH+HBrCH3CH2CH= CH2+H2O2 n-C4H9OH（n-C4H9）2O+H2O2NaBr+H2SO4Br2+SO2+2H2O 三、化學(xué)試劑： 正丁醇9.2mL(5g, 0.068mol) 溴化鈉(無(wú)水) 13g g (0.08mol) 濃硫酸(d=1.84) 14ml (0.18mol) 10%碳酸鈉溶液 無(wú)水氯化鈣四、實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 6h五、實(shí)驗(yàn)裝置圖： 圖4.2-1六、操作步驟1、投料 在100ml圓底燒瓶中加入10ml水，再慢慢加入14ml濃硫酸，混合均勻并冷至室溫后，再依次加入9.2ml正丁醇和13g溴化鈉，充分振蕩后加入幾粒沸石。2、 加熱回流(親核取代-溴代) 以電熱套為熱源，安裝回流裝置（含氣體吸收部分）。加熱至沸，調(diào)整加熱速度，以保持沸騰而又平穩(wěn)回流，并時(shí)加搖動(dòng)燒瓶促使反應(yīng)完成。反應(yīng)約30-40min。3、 蒸餾（分離粗產(chǎn)物） 待反應(yīng)液冷卻后，改回流裝置為蒸餾裝置，蒸出粗產(chǎn)物。（注意判斷粗產(chǎn)物是否蒸完）。4、 洗滌粗產(chǎn)物 將餾出液移至分液漏斗中，加入等體積的水洗滌（產(chǎn)物在下層），靜置分層后，將產(chǎn)物轉(zhuǎn)入另一干燥的分液漏斗中，用等體積的濃硫酸洗滌盡量分去硫酸層（下層）。有機(jī)相依次用等體積的水（除硫酸）、飽和碳酸氫鈉溶液（中和未除盡的硫酸）和水（除殘留的堿）洗滌后，5、 干燥 轉(zhuǎn)入干燥的錐形瓶中，加入1-2g的無(wú)水氯化鈣干燥，間歇搖動(dòng)錐形瓶，直到液體清亮為止。6、蒸餾 （該蒸餾儀器需要事先干燥）（收集產(chǎn)物）將干燥好的產(chǎn)物移至小蒸餾瓶中，加2-3粒沸石，安裝蒸餾裝置，在電熱套內(nèi)加熱蒸餾，收集99103的餾分。 七、實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵及注意事項(xiàng)1、掌握氣體吸收裝置的正確安裝和使用2、濃硫酸要分批加入，混合均勻。3、反應(yīng)過(guò)程中不時(shí)搖動(dòng)燒瓶，或加入磁力攪拌 攪拌反應(yīng)，促使反應(yīng)完全。4、正溴丁烷是否蒸完，可以從下列幾方面判斷：蒸出液是否由混濁變?yōu)槌吻?；蒸餾瓶中的上層油狀大物是否消失；取一試管收集幾滴餾出液；加水搖動(dòng)觀察無(wú)油珠出現(xiàn)。如無(wú)，表示餾出液中已無(wú)有機(jī)物、蒸餾完成。5、洗后產(chǎn)物呈紅色，可用少量的飽和亞硫酸氫鈉水溶液洗滌以除去由于濃硫酸的氧化作用生成的游離溴。八、思考題1、反應(yīng)后的粗產(chǎn)物中含有哪些雜質(zhì)？各步冼滌的目的何在？見(jiàn)粗產(chǎn)物的純化過(guò)程和原理（P28）2、用分液漏斗時(shí)，正溴丁烷時(shí)而在上層，時(shí)而在下層，如不知道產(chǎn)物的密度時(shí)，可用什么簡(jiǎn)便的方法加以判別？ 試管中加少量水，加幾滴欲試液，若欲試液與水分層，并且在下層，說(shuō)明是正溴丁烷。否則，反之。3、為什么用飽和碳酸氫鈉溶液洗滌前先要用水洗一次？ 除去大量的硫酸，不然，用飽和碳酸氫鈉溶液洗滌時(shí)產(chǎn)生氣體較多，且有大量的熱量產(chǎn)生，也可能碳酸氫鈉液體層的比重加大，不易分層。4.本實(shí)驗(yàn)中濃硫酸的作用是什么？硫酸的用量和濃度過(guò)大或過(guò)小有什么不好？ 作用：1）.作為反應(yīng)物；2）.吸收反應(yīng)中生成的水使氫溴酸保持較高的濃度，加速反應(yīng)進(jìn)行，3）使醇羥基質(zhì)子化，使它容易離去（實(shí)際上離去集團(tuán)是水，不是羥基）；4）使反應(yīng)中生成的水質(zhì)子化（H3O+），阻止鹵代烷通過(guò)水的親核取代變回到醇。 1-溴丁烷的紅外光譜圖 折光率的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解阿貝折射儀測(cè)定折光率的基本原理2掌握液體有機(jī)化合物折光率的測(cè)定方法二、基本原理通常把光在空氣中的傳播速度與其在待測(cè)物中的傳播速度之比稱為折光率。根據(jù)折射定律，波長(zhǎng)一定的單色光，在一定的外界條件(如溫度、壓力)下，從一種介質(zhì)進(jìn)入另介質(zhì)時(shí)，入射角的正弦和折射角的正弦之比，對(duì)于這兩種介質(zhì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)定值。即：n=sin/sin n：相對(duì)折光率所以，在真空或空氣（組成、密度不變時(shí)）中測(cè)定某種有機(jī)物，其折光率為一常數(shù)。折光率與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。在一定的條件下，純物質(zhì)具有恒定的折光率。折光率是有機(jī)化合物最重要的物理常數(shù)之一，可用來(lái)鑒定未知物或鑒定物質(zhì)的純度。測(cè)定值越接近文獻(xiàn)值，就表明樣品的純度越高。折光率也可用于確定液體混合物的組成。同一物質(zhì)的折光率隨入射光波長(zhǎng)和測(cè)定溫度的不同而不同。一般地，隨著入射光的波長(zhǎng)降低而升高，隨溫度升高而降低。因此，在折光率表示中要注明測(cè)定時(shí)的溫度和波長(zhǎng)，即：nt ，t：溫度（），：波長(zhǎng)（nm）。一般測(cè)定溫度為20，應(yīng)用波長(zhǎng)為589.3nm的鈉光，鈉光以D表示，即：nD20。 對(duì)于液體有機(jī)物來(lái)說(shuō)，一般溫度每升高1折光率隨之下降0.000350.00055之間，通常取其平均近似值0.0004作為變溫常數(shù)，可供測(cè)定時(shí)的校正換算用。三、儀器與試劑 儀器 阿貝(Abbe)折射儀 試 劑 丙酮 無(wú)水乙醇 蒸餾水 未知樣品12個(gè)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1校正儀器 （1）示值校準(zhǔn)：對(duì)折射棱鏡的拋光面加12滴溴代萘（儀器中附有），再貼上標(biāo)準(zhǔn)試樣的拋光面當(dāng)讀數(shù)視場(chǎng)指示于標(biāo)準(zhǔn)試樣上之值時(shí)，觀察望遠(yuǎn)鏡內(nèi)明暗分界線是否在十字線中間，若有偏差則用螺絲刀微量旋轉(zhuǎn)示值調(diào)節(jié)螺絲，帶動(dòng)物鏡偏擺，使分界線象位移至十字線中心(如圖3.2.1-1)。通過(guò)反復(fù)地觀察與校正，使示值的起始誤差降至最小。校正完畢后，在以后的測(cè)定中不允許隨意再動(dòng)此部位。圖3.2.3-1 折射儀鏡筒中視野圖 （2）每次測(cè)定前及進(jìn)行示值校準(zhǔn)是時(shí)必須將進(jìn)光棱鏡的毛面、折射棱鏡的拋光面及標(biāo)準(zhǔn)試樣的拋光面，用脫脂棉蘸少許無(wú)水乙醇或丙酮，輕輕地朝單方向擦洗干凈。2測(cè)定(1) 待洗鏡的溶劑揮發(fā)干后，用滴管將待測(cè)液體23滴滴加在進(jìn)光棱鏡的磨沙面上(滴管口千萬(wàn)別碰劃鏡面!)，再旋轉(zhuǎn)鎖緊手柄，合上棱鏡，使液體夾在兩棱鏡的夾縫中成一液層，液體要充滿視野，且無(wú)氣泡。若被測(cè)液體是易揮發(fā)物，則在測(cè)定過(guò)程中，需從棱鏡側(cè)面的一小孔滴加補(bǔ)充樣液，以保證樣液充滿棱鏡夾縫。(2) 調(diào)節(jié)兩反光鏡4和18，使二鏡筒視野明亮。(3) 轉(zhuǎn)動(dòng)手輪2，使棱鏡組13轉(zhuǎn)動(dòng)，在目鏡中觀察明暗分界線上下移動(dòng)；同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)阿米西（Amici）棱鏡手輪10，消除視野中的彩色帶，使明暗分界線清晰，當(dāng)調(diào)到明暗分界線恰好處在十字線中心時(shí)(如圖3.2.3-1)，觀察讀數(shù)鏡筒視野中右邊標(biāo)尺所指示的刻度值(如圖2-19)即是該液體的nD值。(4) 如果需要測(cè)定某一特定溫度時(shí)的折射率時(shí)，則將溫度計(jì)旋入溫度計(jì)套座內(nèi)，用橡皮管把棱鏡上恒溫器接頭與超級(jí)恒溫槽連接起來(lái)，把恒溫槽的溫度調(diào)節(jié)到所需的測(cè)量溫度、待溫度穩(wěn)定10min后，即可進(jìn)行測(cè)量。(5 )測(cè)定完畢后，用潔凈柔軟的脫脂棉或擦鏡頭紙，將棱鏡表面的樣品擦去，再用蘸有丙酮或無(wú)水乙醇的脫脂棉球輕輕朝一個(gè)方向擦干凈。待溶劑揮發(fā)干燥后，關(guān)上棱鏡(嚴(yán)禁用手指觸及棱鏡)。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)測(cè)定無(wú)水乙醇或蒸餾水的折射率。(2)測(cè)定1-溴丁烷的折射率。(3)每項(xiàng)測(cè)定重復(fù)三次，記錄讀數(shù)，取平均值。并用變溫常數(shù)換算成20時(shí)的折射率。附：阿貝折射儀的工作原理及基本結(jié)構(gòu)通常用阿貝折射儀測(cè)定液體物質(zhì)的折射率，其設(shè)計(jì)原理見(jiàn)圖3.2.3-2。當(dāng)光線從光疏介質(zhì)(A)進(jìn)入光密介質(zhì)(B)時(shí)，其入射角必大于折射角，當(dāng)入射角為90時(shí)，sin0=1，這時(shí)折射角達(dá)到最大值，稱為臨界角，用0表示。很明顯，在一定波長(zhǎng)與一定條件下，0也是一個(gè)常數(shù)，它與折射率的關(guān)系是：n=1/sinO 。圖3.2.3-2 光的折射現(xiàn)象可見(jiàn)通過(guò)測(cè)定臨界角0，就可以得到折射率，這就是阿貝折射儀的基本光學(xué)原理。為了測(cè)定0值，阿貝折射儀采用了“半明半暗”的方法，就是讓單色光由090的所有角度從介質(zhì)A射人介質(zhì)B，這時(shí)介質(zhì)B中臨界角以內(nèi)的整個(gè)區(qū)域均有光線通過(guò)，因而是明亮的；而臨界角以外的全部區(qū)域沒(méi)有光線通過(guò)，因而是黑暗的，明暗兩區(qū)域的界線十分清楚。如果在介質(zhì)B的上方用一目鏡觀測(cè)，就可看見(jiàn)界線十分清晰的一明一暗的兩個(gè)半圓組成的視野。這個(gè)明暗分界線，就是臨界角的位置。介質(zhì)不同，臨界角也就不同，目鏡中明暗兩區(qū)的界線位置也不一樣。如果在目鏡中刻上一“十”字交叉線，改變介質(zhì)B與目鏡的相對(duì)位置，使每次明暗兩區(qū)的界線總是與“十”字交叉線的交點(diǎn)重合，這樣就可測(cè)得各種不同介質(zhì)的臨界角值。如果將各種不同臨界角相對(duì)應(yīng)的折射率值事先計(jì)算好并刻劃在一度盤(pán)上，當(dāng)測(cè)得臨界角值時(shí)，就可從讀數(shù)鏡中直接讀出待測(cè)液體的相應(yīng)的折射率數(shù)值。同時(shí)在阿貝折射儀中安裝有一組阿米西(Amici)棱鏡，可以消除白光通過(guò)棱鏡所產(chǎn)生的色散，使測(cè)得的折射率與以鈉光為光源所測(cè)得的數(shù)值一樣。這些都是阿貝折射儀的優(yōu)點(diǎn)