乙酸正丁酯的制备_理学_高等教育_教育专区。实验六 乙酸正丁酯的制备 一、实验目的 1、认识酯化反应原理，掌握乙酸正丁酯的制备方法。 2、掌握共沸蒸馏分水法的原理和分水器（油水分离器）的使用。 3、学习有机物折光率的测定方法。 二、实
实验六 乙酸正丁酯的制备 一、实验目的 1、认识酯化反应原理，掌握乙酸正丁酯的制备方法。 2、掌握共沸蒸馏分水法的原理和分水器（油水分离器）的使用。 3、学习有机物折光率的测定方法。 二、实验原理 酸与醇反应制备酯，是一类典型的可逆反应： 主反应： 浓H 2SO4 CH3COOH + CH3CH2CH2CH2OH CH3COOCH2CH2CH2CH3 + H2O 副反应： 2CH3CH2CH2CH2OH 浓H 2SO4 CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3 + H2O 浓H 2SO4 CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2CH=CH2 + H2O 利用可逆平衡反应制备有机化合物，提高产物的产率通常有两种方法： 1、使某一种反应物过量，平衡向产物方向移动。 选择哪一种反应物过量，应考虑以下三个因素： 〈1〉 应考虑反应物的价格 〈2〉 是否有利于产物的分离纯化 〈3〉 是否容易回收再利用 2、及时将反应过程中的产物之一或全部分出反应体系，如移走某一产物（蒸出产物或水） 3、使用特殊催化剂 ，如用浓硫酸作催化剂加快反应速度 用酸与醇直接制备酯，在实验室中有三种方法。 第一种是共沸蒸馏分水法，生成的酯和水以沸臃物的形式蒸出来，冷凝后通过分水器分 出水，油层回到反应器中。 第二种是提取酯化法，加入溶剂，使反应物、生成的酯溶于溶剂中，和水层分开。 第三种是直接回流法，一种反应物过量，直接回流。 制备乙酸正丁配用共沸蒸馏分水法较好。为了将反应物中生成的水除去，利用酯、酸和 水形成二元或三元恒沸物，采取共沸蒸馏分水法。使生成的酯和水以共沸物形式逸出， 冷凝后通过分水器分出水层，油层则回到反应器中。 三、物理常数 1、正丁醇、乙酸正丁酯和水形成的几种恒沸化合物： 沸点 组成的质量分数/% 恒沸化合物 /℃ 乙 酸 正 丁 正丁醇 水 酯 乙酸正丁酯-水 90.7 72.9 27.1 二元 正丁醇-水 93.0 55.5 44.5 乙酸正丁酯-正丁醇 117.6 32.8 67.2 三元 乙酸正丁酯-正丁醇-水 90.7 63.0 8.0 29.0 纯乙酸正丁酯是无色液体，沸点 126.5℃，折射率 1.3951。 2、主要反应物、产物的物理常数 化合物 分子量 乙酸 60.15 正丁醇 74.12 乙酸正丁酯 116.16 密度 1.0492 0.8098 0.8825 熔点 16.6 -89.53 -77.9 沸点 117.9 117.25 126.5 溶解度 任意混溶 7.920 0.7 纯乙酸正丁酯是无色液体，沸点 126.5℃，折射率 1.3951。 四、实验仪器与试剂 仪器 蒸馏装置玻璃磨口仪器、球形冷凝管、分水器、圆底烧瓶（50ml）、温度计（150℃）、 锥形瓶（50ml）、烧杯（400ml）、电热套、分液漏斗、量筒（10ml、50ml）、电热套、 铁架台、铁夹及十字头、铁圈、橡胶水管、天平 试剂 正丁醇(11.5ml)、冰醋酸（7.2ml）、浓硫酸、10%碳酸钠溶液、无水硫酸镁、 冰块、沸石、甘油、pH 试纸 五、实验装置与流程 混合物 （乙酸、乙酸丁酯、水、硫酸） 加10ml水 上层 （乙酸、乙酸丁酯） 饱和Na2CO3溶液中和 下层 （硫酸） 上层 下层 （乙酸丁酯） （乙酸钠溶液） 加10ml水 上层 下层 （乙酸丁酯） （Na2CO3溶液） ①加无水MgSO4干燥 ②过滤 滤渣 （水合MgSO4） 滤液(乙酸丁酯） 蒸馏 馏液（纯乙酸正丁酯） 六、实验步骤 1、50 mL 圆底烧瓶中，加 11.5 mL (0.125 mol) 正丁醇, 7.2 mL 冰醋酸(0.125 mol) 和 3～4d 浓 H2SO4（催化反应）, 混匀，加 2 颗沸石。 2、接上回流冷凝管和分水器。在分水器中预先加少量水至略低于支管口（约为 1～2 cm）, 目的：使上层酯中的醇回流回烧瓶中继续参与反应，用笔作记号并加热至回流，不需要 控制温度，控制回流速度 1～2d/s。 3、反应一段时间后，把水分出并保持分水器中水层液面在原来的高度。 4、大约 40 min 后，不再有水生成 (即液面不再上升)，即表示完成反应。 5、停止加热，记录分出的水量。 6、将分水器分出的酯层和反应液一起到入分液漏斗中，用 10 mL 水洗涤，并除去下层 水层（除去乙酸及少量的正丁醇）；有机相继续用 10 mL 10%Na2CO3 洗涤至中性（除去 硫酸）；上层有机相再用 10 mL 的水洗涤除去溶于酯中的少量无机盐，最后将有机层到 入小锥形瓶中，用无水可硫酸镁干燥。 7、蒸馏：将干燥后的乙酸正丁酯滤入 50 mL 烧瓶中，常压蒸馏，收集 124-126 ℃的馏 分。 8、折光率的测定 9、计算产率。 七、基本操作 1、回流分水反应装置，及时分出反应生成的水，缩短了整个实验时间。本实验体系中 有正丁醇—水共沸物，共沸点 93℃；乙酸正丁酯—水共拂物，共沸点 90.7℃，在反应 进行的不同阶段，利用不同的共沸物可把水带出体系，经冷凝分出水后，醇、酯再回到 反应体系。为了使醇能及时回到反应体系中参加反应，在反应开始前，在分水器中应先 加入计量过的水，使水面稍低于分水器回流支管的下沿，当有回流冷凝液时，水面上仅 有很浅一层油层存在。在操作过程中，不断放出生成的水，保持油层厚度不变。或在在 分水器中预先加水至支口，放出反应所生成理论量的水（用小量筒量）。洗涤操作时， 正溴丁烷有时在上层，有时在下层。根据相对密度数据判断产物在上层还是在下层。 2、洗涤操作（分液漏斗的使用）： (1)洗涤前首先检查分液漏斗旋塞的严密性。 (2)洗涤时要做到充分轻振荡，切忌用力过猛，振荡时间过长，否则将形成乳浊液，难 以分层，给分离带来困难。一旦形成乳浊液，可加入少量食盐等电解质或水，使之分层。 (3)振荡后，注意及时打开旋塞，放出气体，以使内外压力平衡。放气时要使分液漏斗 的尾管朝上，切忌尾管朝人。 (4)振荡结束后，静置分层；分离液层时，下层经旋塞放出，上层从上口倒出。 3、蒸馏，所用的仪器是干燥的，使乙酸正丁酯充分干燥，从而提高产品质量。 八、注意事项 1、冰醋酸在低温时凝结成冰状固体（熔点 16.6℃）。取用时可温水浴加热使其熔化后 量取。注意不要触及皮肤，防止烫伤。 2、在加入反应物之前，仪器必须干燥。（为什么？） 3、浓硫酸起催化剂作用，只需少量即可。也可用固体超强酸作催化剂。 4、当酯化反应进行到一定程度时，可连续蒸出乙酸正丁酯，正丁醇和水的三元共沸物 （恒沸点 90.7℃），其回流液组成为：上层三者分别为 86％、11％、3％，下层为 19％、 2％、97％。故分水时也不要分去太多的水，而以能让上层液溢流回圆底烧瓶继续反应 为宜。 5、本实验中不能用无水氯化钙为干燥剂，因为它与产品能形成络合物而影响产率。 6、根据分出的总水量（注意扣去预先加到分水器的水量），可以粗略的估计酯化反应 完成的纯度。 产物的纯度 1 正确使用分水器 2 正确判断反应终点 A C4H9OH 是否全部反应完 B 分出水量已达到或超过计算值 3、影响产品产率的主要因素 A 分水器中无油珠下沉 B 粗品的干燥程度 1．高浓度醋酸在低温时凝结成冰状固体（熔点 16.6℃）。取用时可温水浴热使其 熔化后量取。注意不要碰到皮肤，防止烫伤。 2．浓硫酸起催化剂作用，只需少量即可。也可用固体超强酸作催化剂。 3．当酯化反应进行到一定程度时，可连续蒸出乙酸正丁酯，正丁醇和水的三元共沸 物（恒沸点 90.7℃），其回流液组成为：上层三者分别为 86％、11％、3％，下 层为 19％、2％、97％。故分水时也不要分去太多的水，而以能让上层液溢流回 圆底烧瓶继续反应为宜。 4．碱洗时注意分液漏斗要放气，否则二氧化碳的压力增大会使溶液冲出来。 5．本实验中不能用无水氯化钙为干燥剂，因为它与产品能形成络合物而影响产率. 1、在反应过程中不断蒸出产物，促进平衡向生成酯的方向移动。乙酸乙酯和水、乙醇形 成二元或三元共沸混合物，共沸点都比原料的沸点低，故可在反应过程中不断将其蒸出。这些共沸物的组成和沸点 如下：最低共沸物是三元共沸物，其共沸点为 70.2℃，二元共沸物的共沸点为 70.4℃和 71.8℃，三者很接近。蒸出 来的可能是二元组成和三元组成的混合物。加过量 48%的乙醇，一方面使乙酸转化率提高，另一 方面可使产物乙酸乙酯大部分蒸出或全部蒸出反应体系，进一步促进乙酸的转化，即在 保证产物以共沸物蒸出时，反应瓶中，仍然是乙醇过量。 2、本实验的关键问题是 1.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。 3,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；
