乙酸乙酯的制备实验

乙酸乙酯的制备实验一、实验原理有机酸酯通常用醇和羧酸在少量酸性催化剂（如浓硫酸）催化下，进行酯化反应而制得。酯化反应是一个典型的、酸催化的可逆反应。为了使反应平衡向右移动，可以用过量的醇或羧酸，也可以把反应中生成的酯或水及时地蒸出或是两者并用。本实验通常可加入过量的乙醇和适量的浓硫酸，并将反应中生成的乙酸乙酯及时地蒸出。在实验时应注意控制好反应物的温度、滴加原料的速度和蒸出产品的速度，使反应能进行得比较完全。主反应：副反应：机理：乙醇与乙酸的酯化反应是按酸脱羟基醇脱氢的方式生成酯。二、反应试剂、产物、副产物的物理常数三、药品四、实验流程图五、实验装置图（1）滴加蒸出装置（2）分液漏斗（3）蒸馏装置六、实验内容在250ml三口烧瓶中，放入3ml乙醇。然后一边摇动，一边慢慢地加入3ml浓硫酸。在滴液漏斗中，装入剩下的20ml乙醇（共0.37mol）和14.3ml(0.25mol)冰醋酸的混合液。油浴加热烧瓶，保持油浴温度在140℃左右，这时反应混合物的温度约为120℃左右。然后把滴液漏斗中的乙醇和醋酸的混合液慢慢地滴入蒸馏烧瓶中。调节加料的速度，使之和蒸出酯的速度大致相等，加料时间约需90min。这时，保持反应混合物的温度为120～125℃。滴加完毕后，继续加热约10min，直到不再有液体馏出为止。反应完毕后，将饱和碳酸钠溶液很缓慢地加入馏出液中，直到无二氧化碳气体逸出为止。饱和碳酸钠溶液要小量分批地加入，并要不断地摇动接受器（为什么？）。把混合液倒入漏斗中，静置，放出下面的水层。用石蕊试纸检验酯层。如果酯层仍显酸性，再用饱和碳酸钠溶液洗涤，直到酯层不显酸性为止。用等体积的饱和食盐水洗涤（为什么？），再用等体积的饱和氯化钙溶液洗涤两次。放出下层废液。从分液漏斗上口将乙酸乙酯倒入干燥的小锥形瓶内，加入无水碳酸钾干燥。放置约30min，在此期间要间歇振荡锥形瓶。通过长颈漏斗（漏斗上放折叠式滤纸）把干燥的粗乙酸乙酯滤入60ml蒸馏烧瓶中。装配蒸馏装置在水浴上加热蒸馏，收集74～80℃的馏分。产量：约14.5～16.5g。纯乙酸乙酯为有水果香味的无色透明液体。沸点bp=77.06℃，折光率=1.3723。（一）制备阶段1.安装滴加蒸出装置：如图（1）所示。【注：滴液漏斗可通过乳胶管再连接一小段玻璃管，使其下口需插入液面以下，距离三口瓶底部约0.5cm为宜。】2.向三口烧瓶内加药品：取下三口瓶先放入3ml乙醇，然后一边用手摇动，一边慢慢地加入3ml浓硫酸。【注：防止浓硫酸使乙醇碳化，溶液变色（变黄或变黑）】3.向滴液漏斗内加药品：装入剩下的20ml乙醇和14.3ml冰醋酸的混合液。【注：需将二者混合均匀】4.加热：缓慢加热，使瓶内反应混合物的温度约为120℃左右。然后把滴液漏斗中的乙醇和冰醋酸的混合液慢慢地滴入蒸馏烧瓶中。调节加料的速度，使之和蒸出酯的速度大致相等，加料时间约需90min。这时，保持反应混合物的温度为120～125℃。滴加完毕后，继续加热约10min，直到不再有液体馏出为止。【注：滴加速度的计算方法：若按滴液漏斗每毫升25滴计算，20ml乙醇和14.3ml冰醋酸合计34.3毫升，应为858滴，如果需要在90分钟内滴加完，则每分钟需滴加9.5滴即可；如果需要在45分钟内滴加完，则每分钟需滴加19滴即可。】【注：滴液漏斗的上口玻璃塞处需要垫一纸条，以保持漏斗内外大气相通，确保滴加混合液速度流畅】（二）后处理阶段1.中和未反应的醋酸：反应完毕后，将饱和碳酸钠溶液很缓慢地加入馏出液中，直到无二氧化碳气体逸出为止。把混合液倒入漏斗中，静置，放出下面的水层。用石蕊试纸或广泛pH试纸检验酯层，确保呈现碱性。如果酯层仍显酸性，再用饱和碳酸钠溶液洗涤，直到酯层不显酸性为止。【注：饱和碳酸钠溶液要小量分批地加入，并要不断地摇动接受器（为什么？）。】2.洗涤除去残留的碳酸钠：用等体积的饱和食盐水洗涤。【注：使用饱和食盐水代替水来洗涤，能够有效降低有机物在水中的溶解度，减少产品损失，提高收率。】3.洗涤除去未反应的乙醇：用等体积的饱和氯化钙溶液洗涤两次。【注：氯化钙可以与低级醇，如甲醇、乙醇等生成络合物而溶于水中。】4.干燥粗产品：放出下层废液。从分液漏斗上口将乙酸乙酯粗品倒入干燥的小锥形瓶内，加入约2.0g无水碳酸钾干燥。放置约30min，在此期间要间歇振荡锥形瓶。【注：(1)干燥用的锥形瓶一定要选用带有瓶塞的且干燥的锥形瓶；(2)加入干燥剂前，应彻底放净下层的水层。】5.过滤去除干燥剂：通过长颈漏斗（漏斗上放折叠式滤纸）把干燥的粗乙酸乙酯滤入100ml圆底烧瓶中。【注：也可以采用倾析法将液体倒出，从而减少滤纸与漏斗对液体产品的吸附造成的损失。】【注：因干燥采用的是物理吸附原理进行干燥的，若不除去干燥剂，则会在蒸馏时受热再释放出水分，从而影响蒸馏收集的产品质量和收率。】6.安装蒸馏装置：安装蒸馏装置，如图（3）所示。【注：蒸馏装置所用的仪器均需干燥无水。】7.蒸馏收集产品：水浴上加热蒸馏，收集74～80℃的馏分。产量：约14.5～16.5g。【注：(1)需用一个锥形瓶接收前馏分（为74℃前的馏分）,其中水与乙酸乙酯之间可以形成二元共沸混合物，沸点为70℃，另外乙醇与乙酸乙酯之间也形成72℃你共沸混合物，所以粗产品的洗涤除去未反应的乙醇要完全及干燥一定彻底，蒸馏烧瓶也要干燥的；(2)再用第二个锥形瓶接收产品（74～80℃的馏分），需要提前称量该锥形瓶空重。】七、思考题1、在本实验中硫酸起什么作用？答：在本实验中硫酸起催化作用。由于乙酸的羧基中羟基的给电子p-π共轭效应存在使得羰基的活性大大降低，硫酸与羰基氧原子结合进行羰基质子化，从而增加了羰基碳原子的正电性，有利于较弱的亲核试剂乙醇的进攻。2、为什么要用过量的乙醇？答：乙醇与乙酸在酸的催化作用下进行的酯化反应是可逆的平衡反应，为了提高反应的该反应的收率，本实验同时采取了两种措施：一是用过量的价廉的乙醇，使乙酸转化率提高；二是把反应中生成的乙酸乙酯或水及时地蒸出，进一步促进乙酸的转化。故本实验要用过量的乙醇的目的，就是提高酯化反应收率的措施之一。在实验时应注意控制好反应物的温度、滴加原料的速度和蒸出产品的速度，使反应能进行得比较完全。3、蒸出的粗乙酸乙酯中主要有哪些杂质？答：蒸出的粗乙酸乙酯中含有的杂质主要有未反应的乙酸与乙醇、生成的水、副反应产生的乙醚等。4、能否用浓氢氧化钠溶液代替饱和碳酸钠溶液来洗涤蒸馏液？答：因为碳酸钠是弱碱，而氢氧化钠是强碱，乙酸乙酯在强碱的作用下可能发生部分的水解反应，故不能用浓氢氧化钠溶液代替饱和碳酸钠溶液来洗涤粗乙酸乙酯蒸馏液。5、用饱和氯化钙溶液洗涤，能除去什么？为什么先要用饱和食盐水洗涤？是否可用水代替？答：（1）用饱和氯化钙溶液洗涤，能除去粗产物中的未反应的乙醇；（2）洗涤乙酸乙酯粗产物时碳酸钠必须洗去，否则下一步用饱和氯化钙溶液洗去醇时，会产生絮状的碳酸钙沉淀堵塞活塞口，造成分离的困难，故这里先用饱和食盐水洗除去上一步残留的碳酸钠。（3）不可用水代替饱和食盐水来洗涤粗产物中残留的碳酸钠，为了是降低减少乙酸乙酯在水中的溶解度（每17份水溶解l份乙酸乙酯），减少损失。即饱和食盐水起盐析作用。6、精制乙酸乙酯的最后一步蒸馏，所用仪器为什么均需干燥？答：如果粗制品的最后一步蒸馏所用的仪器不干燥或干燥不彻底，对产品的影响共分两种不同的情况：（1）如果使用的蒸馏烧瓶（圆底烧瓶及蒸馏头）不干燥或干燥不彻底，则乙酸乙酯会与水形成沸点为70.4℃的低沸点共沸混合物（含乙酸乙酯91.9%，水8.1%），以前馏分提前蒸出，从而减少了乙酸乙酯的产量，产率降低。（2）如果使用的直形冷凝管、接收管、锥形瓶不干燥或干燥不彻底，则蒸出的产品将混有水分，导致产品不纯、浑浊，但乙酸乙酯产量增多，收率增高；7、用无水碳酸钾干燥粗乙酸乙酯，如何掌握干燥剂的用量？答：干燥剂的用量可视粗产品的多少和混浊程度而定，用量过多，由于无水碳酸钾干燥剂的表面吸附，会使乙酸乙酯有损失；用量过少，则无水碳酸钾便会溶解在所吸附的水中，一般干燥剂用量以摇动锥形瓶时，干燥剂可在瓶底自由移动，一段时间后溶液澄清为宜。通常为每10毫升液体混合物加0.5至1.0克干燥剂，至少加1.0克，即当被干燥的液体有机化合物体积为8-9ml时的干燥剂用量为1.0克。【注：本实验乙酸乙酯的理论产量为22.03g，16ml，故乙酸乙酯粗品的体积约20ml，于是无水碳酸钾干燥剂的实际用量约为2.0g即可】【注：其它干燥剂如无水氯化钙、无水硫酸镁等的用量也是同样的用法】8、本实验的关键问题是什么？答：本实验的关键问题是控制酯化反应的温度和滴加速度。控制反应温度在120℃左右。温度过低，酯化反应不完全；温度过高（＞140℃），易发生醇脱水和氧化等副反应：故要严格控制反应温度。要正确控制滴加速度，滴加速度过快，会使大量乙醇来不及发生反应而被蒸出，同时也造成反应混合物温度下降，导致反应速度减慢，从而影响产率；滴加速度过慢，又会浪费时间，影响实验进程。9、在使用分液漏斗进行分液时，操作中应防止哪几种不正确的做法？答：（1）分离液体时，分液漏斗上的小孔未于大气相通就打开旋塞；（2）分离液体时，将漏斗拿在手中进行分离；（3）上层液体经漏斗的下口放出；（4）没有将两层间存在的絮状物放出。10、如何使用和保养分液漏斗？答：（1）分液漏斗的磨口是非标准磨口，部件不能互换使用。（2）使用前，旋塞应涂少量凡士林或油脂，并检查各磨口是否严密。（3）使用时，应按操作规程操作，两种液体混合振荡时不可过于剧烈，以防乳化；振荡时应注意及时放出气体；上层液体从上口倒出；下层液体从下口放出。（4）使用后，应洗净凉干，在磨口中间夹一纸片，以防粘结(注意：部件不可拆开放置)。11、根据你做过的实验，总结一下在什么情况下需用饱和食盐水洗涤有机液体？答：当被洗涤液体的相对密度与水接近且小于水时，用饱和食盐水洗涤，有利于分层。有机物与水易形成乳浊液时，用饱和食盐水洗涤，可以破坏乳浊液形成。被洗涤的有机物在水中溶解度大，用饱和食盐水洗涤可以降低有机物在水中溶解度，减少洗涤时的损失。12、有机实验中，什么时候用蒸出反应装置？蒸出反应装置有哪些形式？答：在有机实验中，有两种情况使用蒸出反应装置：一种情况是反应是可逆平衡的，随着反应的进行，常用蒸出装置随时将产物蒸出，使平衡向正反应方向移动。另一种情况是反应产物在反应条件下很容易进行二次反应，需及时将产物从反应体系中分离出来，以保持较高的产率。蒸出反应装置有三种形式：蒸馏装置、分馏装置和回流分水装置。13、什么是萃取？什么是洗涤？指出两者的异同点。答：萃取是从混合物中抽取所需要的物质；洗涤是将混合物中所不需要的物质除掉。萃取和洗涤均是利用物质在不同溶剂中的溶解度不同来进行分离操作，二者在原理上是相同的，只是目的不同。从混合物中提取的物质，如果是我们所需要的，这种操作叫萃取；如果不是我们所需要的，这种操作叫洗涤。14、何谓酯化反应？有哪些物质可以作为酯化反应的催化剂？答：羧酸和醇在少量酸催化作用下生成酯的反应，称为酯化反应。常用的酸催化剂有：浓硫酸，磷酸等质子酸，也可用固体超强酸及沸石分子筛等。15、分析实验过程中各步操作将对最后的产品乙酸乙酯的质量有怎样的影响？八、注意事项（1）加料用的漏斗玻璃管和温度计必须插入反应混合液中，加料滴管的下端离瓶底约5mm为宜。（2）加浓硫酸时，必须慢慢加入并充分振荡烧瓶，使其与乙醇均匀混合，以免在加热时因局部酸过浓引起有机物碳化等副反应。（3）反应瓶里的反应温度可用滴加速度来控制。温度接近125℃，适当滴加快点；温度落到接近110℃，可滴加慢点；落到110℃停止滴加；待温度升到110℃以上时，再滴加。（4）本实验乙酸乙酯粗产品的干燥用无水硫酸镁，通常至少干燥半个小时。由于干燥不完全，可能前馏分多些。注：蒸馏时，切记千万不能将干燥剂随同乙酸乙酯液体一同倒入蒸馏烧瓶里，要扔掉不要，否则会形成共沸混合物，沸点会降低的，70℃。（5）要事先准备两个干燥的锥形瓶，一个用来干燥粗产物，一个用来收集最终产物；最后收