精细化学实验讲义print2011

精细化学实验讲义print2011网络化学@ahut.edu.cn13605558302实验目录序号类别实验名称循环组指导教师1香料水杨酸甲酯(冬青油)的合成1刘祥2日化膏霜类护肤化妆品——雪花膏的配制……..2/3表面活性剂..十二烷基硫酸钠的合成3张智敏以下为第二轮4助剂抗暴剂——甲基叔丁基醚的合成4刘祥5染料Ⅱ号橙染料的合成及染色5/6涂料醋酸乙烯酯的乳液聚合6张智敏选课同学X人X/2人/次，X/6人/实验组，123456轮转12月号（周）？开始，每周？本实验讲义会打印一份贴在实验室墙上！化工楼323高分子实验室讲台烘箱冬青油阿贝折射仪冬青油抗暴剂干燥器抗暴剂雪花膏的配制水泵冬青油Ⅱ号橙染料台秤抗暴剂雪花膏的配制旋转粘度计表面活性剂Ⅱ号橙染料台秤乳液聚合表面活性剂表面张力仪表面活性剂乳液聚合乳液聚合电子台秤电热套代替水浴加热，需注意空气传热与水浴传热的差别，小心控温！称量药品，需注意取用卫生，称量精度不需太高时，请就近用台秤.甲醇.有毒，暴露处理需降温30℃以下，烘干仪器前需冲洗，废液须回收！实验一水杨酸甲酯（冬青油）的合成………117一、实验目的(1)学习酯化反应的基本原理和基本操作;(2)学习有机回流装置的原理和无水反应的操作要点;(3)学习有机分液的原理和蒸馏、减压蒸馏等基本操作.二、基本原理水杨酸甲酯methylsalicylate，学名：邻羟基苯甲酸甲酯，最早是从冬青树叶中提得，所以又叫冬青油gaultheriaoil，它具有持殊的香味和防腐止痛作用，可作为香料和防腐剂。医药上主要用于外擦止痛和治疗风湿症等。水杨酸甲酯在自然界广泛存在，是鹿蹄草、小当药油的主要成分。还存在于晚香玉、檞树、伊兰伊兰、丁香、茶等的精油中。工业上用水杨酸与甲醇在硫酸存在下酯化而得。将水杨酸溶解在甲醇中，添加硫酸，搅拌加热，于90-100℃反应3h，降温至30℃以下，分取油层，用碳酸钠溶液洗涤至pH8以上，再用水洗1次。减压蒸馏，收集95-110℃（1.33-2.0kPa）馏分，即得水杨酸甲酯。收率80%以上。主要反应式：反应机理：三、主要仪器和药品水杨酸28g(0.20mol邻羟基苯甲酸C7H6O3)，甲醇81m1(64g，2.0mol“木醇”或“木精”有毒，误饮5~10毫升能双目失明)，浓硫酸16mL，5%碳酸氢钠，饱和食盐水，无水氯化钙四、操作步骤将28g水杨酸置于干燥的250mL圆底饶瓶中，加入甲醇81mL，振摇使水杨酸溶解。在不断振摇下，慢慢加入浓硫酸16ml。然后在水浴中加热回流1.5~2小时。稍冷后（≤30℃），改成蒸馏装置回收甲酵(64.8℃馏分)，剩余溶液放冷后，倒入盛有100mL水的分液漏斗中，振摇并静置，分出下层油状物，用饱和碳酸氢纳溶液洗至中性，再用水洗1~2次，将水杨酸甲酯置干燥小锥形瓶中，加入5g无水硫酸镁，振摇，放置半小时以上，过滤，滤液进行减压蒸馏(装置见减压蒸馏图，使用空气冷凝管)，收集115~117℃/20mmHg或100~102℃/12mmHg的产品，计算收率（约产量15~20g）。本实验需要5~6小时。五、结果与讨论最后实验制备出的产品通过性状测试（沸点、折光率）与文献值进行对比及水杨酸甲酯通过红外光谱或核磁共振谱来鉴定判断其品质。水杨酸甲酯为具有香昧的无色或微黄色油状液体，微溶于水、溶于氯仿、乙醚，与乙醇能混溶，纯水杨酸甲脂的沸点：222.2℃/760mmHg;105℃/14mmHg，密度d25201.182，折射率1.5365，在高温下易分解、所以常用减压蒸馏法提纯。六、注意事项(1)反应用仪器一定要干燥，否则将降低冬青油的产率。(2)反应过程温度不可以过高，否则生成的酯容易分解，影响产率。(3)用饱和碳酸氢钠洗涤的目的是除去杂质酸类(硫酸和水杨酸)，注意排放二氧化碳。(4)加无水硫酸镁的目的是干燥水杨酸甲酯。(5)实验前应充分预习减压蒸馏原理和操作方法。(6)本实验采用浓硫酸作催化剂和脱水剂易腐蚀设备且有副反应，最好使用离子交换树脂、固体超强酸、无机路易斯酸等绿色催化剂。六、思考题(1)本反应为什么要加入浓硫酸?(2)甲醇和水杨酸的摩尔比是多少?为什么?(3)本实验从回流装置改成蒸馏装置这一过程的操作顺序及注意事项是什么?(4)产品为什么要用碱洗、水洗?(5)为什么用减压蒸馏法精制水杨酸甲酯?减压蒸馏的原理是什么?(5)减压蒸馏装置使用哪些仪器?操作应注意什么?(7)本实验减压蒸馏时为什么用空气冷凝管?实验二膏霜类护肤化妆品——雪花膏的配制∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙50一、实验目的1．了解雪花膏的配制原理和各组分的作用；2．掌握雪花膏的配制方法。二、实验原理1．主要性质雪花膏（vanishingcream）是白色膏状乳剂类化妆品。乳剂是指一种液体以极细小的液滴分散于另一种互不相溶的液体中所形成的多相分散体系。雪花膏涂在皮肤上，遇热容易消失，因此，被称为雪花膏。2．配制原理和护肤机理雪花膏通常是以硬脂酸皂为乳化剂的水包油型乳化体系。水相中含有多元醇等水溶性物质，油相中含有脂肪酸、长链脂肪醇、多元醇脂肪酸酯等非水溶性物质。当雪花膏被涂于皮肤上，水分挥发后，吸水性的多元醇与油性组分共同形成一个控制表皮水分过快蒸发的保护膜，它隔离了皮肤与空气的接触，避免皮肤在干燥环境中由于表皮水分过快蒸发导致的皮肤干裂。也可以在配方中加人一些可被皮肤吸收的营养性物质。多年来，雪花膏的基础配方变化不大，它包括硬脂酸皂（3.0％～7.5％）、硬脂酸（l0％～20％）、多元醇（5％～20％）、水（60％～80％）。配方中，一般控制碱的加人量，使皂的比例占全部脂肪酸的15％～25％。我国轻工业部雪花膏的标准是：理化指标要求包括：膏体耐热、耐寒稳定性，微碱性pH≤8.5，微酸性pH4.0～7.0；感官要求包括：色泽、香气和膏体结构（细腻，擦在皮肤上应润滑、无面条状、无刺激）。制造雪花膏的基本原料有：1．硬脂酸。硬脂酸是制造雪花膏的主要原料，其一部分与碱中和生成肥皂，做为乳化剂，其余大部分与水、保湿剂在上述肥皂作用下形成乳化的膏体。2．保湿剂。常用的保湿剂有甘油、丙二醇、山梨醇、聚乙二醇、霍霍巴蜡等。目前甘油应用较广，一般应是无色、无气味的纯度在98%以上的为宜，用量为硬脂酸的1.2~1.5倍。保湿剂可防止膏体干缩并增加膏体抗冻能力，且有使皮肤柔软不干裂等效应。3．单硬脂酸甘油酯。单硬脂酸甘油酯的主要成份C3H5(OH)2(C17H35COO)，是白或浅黄的蜡状物，具有良好地乳化作用，使膏体洁白细腻、润滑、稳定、光泽等性能。4．碱类。碱类能使一部分硬脂酸(约20%)中和为硬脂酸盐作为乳化剂。常用有碱类是纯氢氧化钾，若用氢氧化钠则使膏体发硬；用碳酸钠则出二氧化碳而起泡；用硼砂则膏休银白却易出颗粒。5．水和香精。水占膏体的60~80%，应选用蒸馏水。香精使膏体有愉快香味且有防腐作用。制雪花膏时主要的化学反应仅是：C17H35COOH+KOH→C17H35COOK+H2O皂化反应(Saponification)是碱(通常为强碱）催化下的酯被水解，而生产出醇和羧酸盐，尤指油脂的水解。狭义的讲，皂化反应仅限于油脂与氢氧化钠或氢氧化钾混合，得到高级脂肪酸的钠/钾盐和甘油的反应。这个反应是制造肥皂流程中的一步，因此而得名。它的化学反应机制于1823年被法国科学家EugèneChevreul发现。三、主要仪器和药品烧杯2（250ml）、量筒、玻璃棒、温度计、托盘天平、水浴锅。硬脂酸：十八烷酸、十八酸、十八碳烷酸、司的令，呈白色或微黄色颗粒或块，为45%硬脂酸与55%软脂酸的混合物，工业品分一级（旧称三压，经过三次压榨）。单硬脂酸甘油酯：单甘油酯，白色蜡状薄片或珠粒固体，不溶于水，与热水经强烈振荡混合可分散于水中，为油包水型乳化剂。18白油（或甘油、丙二醇等）：通常是指白色矿物油，食品的被模剂，化妆品基础油。十六醇、氢氧化钾、香精、防腐剂、精密pH试纸等。四、实验内容1．配方及作用质量%配方原料ABCDEF三压硬脂酸14.015.010.010.012.010.0单硬脂酸甘油酯1.01.01.51.51.02.0十六醇1.01.03.22.03.0—十八醇—————4.0硬脂酸丁酯—————8.0丙二醇—10.0——10.010.018号白油2.0—————甘油8.0—10.010.05.0—氢氧化钾0.50.50.50.50.60.2氢氧化钠—0.5————钛白粉———2.02.0—羊毛醇————2.0—香精0.5~10.5~10.5~10.5~10.5~11.0防腐剂适量适量适量适量适量适量精制水73.572.5757464.464.8原料加人量（wt%）原料加人量（wt%）硬脂酸10.0主要成分氢氧化钾0.5g提高粘度单硬脂酸甘油酯1.5助乳化剂尼泊金酯适量（防腐剂）十六醇3.0滋润香精适量2滴甘油10.0保湿剂精制水75%75ml3．配制方法按配方中的量分别称量硬脂酸10g、单硬脂酸甘油酯1.5g、甘油10g、十六醇3g，将称量好的原料加人250ml烧杯中（油相），碱KOH0.5g和水75ml加人另一250ml烧杯中（水相）。分别加热至90℃，使物料熔化、溶解均匀。装水的烧杯在90℃下保持20min灭菌。然后在剧烈搅拌下将水相慢慢加人到油相中，继续搅拌40分钟进行皂化反应，当温度降至50℃以下，加入防腐剂。降温至40℃以下，加入香精，搅拌均匀。静置、冷却至室温。调整膏体的pH，使其在要求的范围内。制得的雪花膏应是颜色雪白、分散颗粒细腻均匀、稠度适中的膏状物。在皮肤上轻力涂抹容易均匀展开，敷用后不刺激皮肤，久置后不出现渗水、干缩、变色、霉变、发胀等现象。五、注意事项1．加人少量KOH有助于增大膏体粘度，也可以不加。2．降温至55℃以下，继续搅拌使油相分散更细，加速皂与硬脂酸结合形成结晶，出现珠光现象。3．降温过程中，粘度逐渐增大，搅拌带人膏体的气泡不易逸出，因此，粘度较大时，不易过分搅拌。4．使用工业一级硬脂酸，可使产品的色泽及储存稳定性提高。六、思考题1．配方中各组分的作用是什么？2．配方中硬脂酸的皂化百分率是多少？3．配制雪花膏时，为什么必须两个烧杯中药品分别配制后再混合到一起？实验三表面活性剂：十二烷基硫酸钠的合成∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙31一、实验目的1．掌握高级醇硫酸酯盐型阴离子表面活性剂的合成工艺。2．了解高级醇硫酸酯盐型阴离子表面活性剂的主要性质和用途。3．掌握含固量、表面张力和泡沫性能的测定方法及有关仪器的使用方法。二、实验原理1．主要性质和用途十二烷基硫酸钠（sodiumdodecylbenzosulfate，代号AS）是脂肪醇硫酸酯盐型阴离子表面活性剂的典型代表。是白色至淡黄色固体，易溶于水，泡沫丰富，去污力、乳化性较好，有较好的生物降解性，耐碱、耐硬水，适于低温洗涤，易漂洗，对皮肤刺激性小。但在强酸性溶液中易发生水解，稳定性较磺酸盐差。可做矿井灭火剂、牙膏起泡剂、洗涤剂、纺织助剂及其他工业助剂。具有广泛的用途。2．合成原理脂肪醇硫酸钠一般由脂肪醇和三氧化硫、氯磺酸及氨基磺酸作用后经中和而制得。其反应原理如下：（1）用三氧化硫来硫酸化ROH+SO3→ROSO3H→ROSO3Na此反应呈现sn2的机理，产品含盐量低、色浅、质量好。（2）用氯磺酸硫酸化C12H25OH＋ClSO3H→C12H25OSO3H＋HCl↑C12H25OSO3H＋NaOH→C12H25OSO3Na＋H2O反应机理可推测为酰基氯和醇的反应，醇作为亲核试剂进攻氯磺酸带正电荷的硫原子，随后醇分子中的氢氧键断裂，得到烷基硫酸酯。（3）用氨基磺酸硫酸化C12H25OH＋NH2SO3H→C12H25OSO3NH4氨基磺酸先进行分子内重排，再在酸的催化下对月桂醇进行脱氢，即得十二烷基硫酸铵。然后，经过氢氧化钠处理即可得到十二烷基硫酸钠。硫酸/尿素作为组合催化剂。尿素可单独做催化剂，或做助催化作用。