1、實驗六 乙酸正丁酯的制備及折光率測定(06, 11, 11)一實驗目的1、認識酯化反應原理，掌握乙酸正丁酯的制備方法。2、掌握共沸蒸餾分水法的原理和分水器(油水分離器)的使用。3、學習有機物折光率的測定方法二實驗原理酸與醇反應制備酯，是一類典型的可逆反應：React ion:H+乙CH3COOH + CH3CH2CH2CH2OH CH3COOCH 2CH2CH2CH3 + H2OSide react ion:CH3CH2CH2CH2OHH+CH3CH2ch2ch2och 2ch2ch2ch3+ ch3ch2ch=ch 2為提高產品收率，一般采用以下措施：1. 使某一反應物過量；2. 在反應中移

2、走某一產物(蒸出產物或水)3 .使用特殊催化劑用酸與醇直接制備酯，在實驗室中有三種方法。第一種是共沸蒸餾分水法，生成的酯和水以沸臃物的形式蒸出來，冷凝后通過分水器分 出水，油層回到反應器中。第二種是提取酯化法，加入溶劑，使反應物、生成的酯溶于溶劑中，和水層分開。第三種是直接回流法，一種反應物過量，直接回流。制備乙酸正丁配用共沸蒸餾分水法 較好。為了將反應物中生成的水除去，利用酯、酸和水形成二元或三元恒沸物， 采取共沸蒸餾 分水法。使生成的酯和水以共沸物形式逸出， 冷凝后通過分水器分出水層， 油層則回到反應 器中。三實驗內容1乙酸正丁酯粗品的制備；2乙酸正丁酯的精制；3乙酸正丁酯折光率的測定。四

3、、物理常數化合物名稱分子量性狀比重(d )熔點(C)沸點(C )折光 率(n )溶解度水乙 醇乙醚正丁醇74.32液 體0.81089.8118.01.39919OOOO冰醋酸60.05液 體1.04916.6118.11.3715OOOOOO乙酸正丁酯116.16液0.88273.5126.11.39510.7OOOO1-丁烯56.12氣體0.5951-185.4-6.31.3931vsvs正丁醚130.23lq0.7689-95.31421.3992<0.05OOOO五、實驗步驟在干燥的50mL圓底燒瓶中，裝入11.5mL正丁醇和7.2mL冰醋酸，再加入3-4滴濃硫酸。 混合均勻，投

4、入沸石，然后安裝分水器及回流冷凝管，并在分水器中預先加水略低于支管口，記下預先所加水的體積。 在石棉網上加熱回流，反應過程中生成的回流液滴逐漸進入分水器， 控制分水器中水層液面在原來的高度，不致于使水溢入圓底燒瓶內。約40min后不再有水生成，表示反應完畢。停止加熱。冷卻后卸下回流冷凝管，將分水器中液體倒入分液漏斗，分出水層，酯層仍然留在分液漏斗中。量取分出水的總體積，減去預加入的水的體積，即為反應生成的水量。把圓底燒瓶中的反應液倒入分液漏斗中，與分水器中分出的酯層合并。分別用10mL水、10mL10%碳酸鈉液、10mL水洗滌反應液，用10mL10%的碳酸鈉洗滌，檢驗是否仍呈酸性（如仍呈酸性怎

5、 么辦？），分去水層。將酯層再用10mL水洗滌一次，分去水層。將酯層倒入小錐形瓶中，加少量無水硫酸鎂干燥。將干燥后的乙酸正丁酯傾入干燥的30mL蒸餾燒瓶中（注意不要把硫酸鎂倒進去?。┘尤?-2粒沸石，安裝好蒸餾裝置，在石棉網上加熱蒸餾。收集124- 126C的餾分。產品稱重后測定折射率。前后餾分倒入指定的回收瓶中。六、實驗注意事項1、冰醋酸在低溫時凝結成冰狀固體（熔點 16.6 C）。取用時可溫水浴加熱使其熔化后 量取。注意不要觸及皮膚，防止燙傷。2、 在加入反應物之前，儀器必須干燥。（為什么？）3、濃硫酸起催化劑作用，只需少量即可。也可用固體超強酸作催化劑。4、當酯化反應進行到一定程度時，可

6、連續蒸出乙酸正丁酯，正丁醇和水的三元共沸物（恒沸點90.7 C）,其回流液組成為：上層三者分別為86%、11%、3%,下層為19%、2%、97%。故分水時也不要分去太多的水，而以能讓上層液溢流回圓底燒瓶繼續反應為宜。5、本實驗中不能用無水氯化鈣為干燥劑，因為它與產品能形成絡合物而影響產率。6、 根據分出的總水量（注意扣去預先加到分水器的水量），可以粗略的估計酯化反應完 成的純度。7、產物的純度也可用氣相色譜檢查。用鄰苯二甲酸二壬酯為固定液。柱溫和檢測溫度100C，汽化溫度150C。熱導檢測器。氫為載氣，流速45mL/min。*附：【操作要點】1. 加入硫酸后須振蕩，以使反應物混合均勻。2 反應

7、應進行完全，否則未反應的正丁醇只能在最后一步蒸餾時與酯形成共沸物（共沸點117. 6C ）以前餾分的形式除去，會降低酯的收率。3. 反應終點的判斷可觀察下面兩種現象：一是分水器中不再有水珠下沉；二是從分水器中 分出的水量達到理論分水量，即可認為反應完成。4. 洗滌操作（分液漏斗的使用）：（1）洗滌前首先檢查分液漏斗旋塞的嚴密性。（2）洗滌時要做到充分輕振蕩，切忌用力過猛，振蕩時間過長，否則將形成乳濁液，難以 分層，給分離帶來困難。一旦形成乳濁液，可加入少量食鹽等電解質或水，使之分層。（3）振蕩后，注意及時打開旋塞， 放出氣體，以使內外壓力平衡。放氣時要使分液漏斗的 尾管朝上，切忌尾管朝人。（4

8、）振蕩結束后，靜置分層；分離液層時，下層經旋塞放出，上層從上口倒出。5. 干燥必須完全，否則由于乙酸丁酯與丁醇，水等形成二元或三元恒沸液，重蒸餾時沸點 降低，影響產率。乙酸正丁酯、水及正丁醇形成二元或三元恒沸液的組成及沸點沸點（C）組成（%）丁醇水乙酸正丁酯117.667.232.89355.545.590.7277390.518.728.652.71、 正確使用分水器。 本實驗體系中有正丁醇一水共沸物，共沸點93 C：；乙酸正丁酯一水 共拂物，共沸點90. 7C,在反應進行的不同階段，禾U用不同的共沸物可把水帶出體系，經冷凝分出水后，醇、酯再回到反應體系。 為了使醇能及時回到反應體系中參加反

9、應，在反應 開始前，在分水器中應先加入計量過的水，使水面稍低于分水器回流支管的下沿，當有回流冷凝液時，水面上僅有很淺一層油層存在。在操作過程中，不斷放出生成的水，保持油層厚 度不變?；蛟谠诜炙髦蓄A先加水至支口，放出反應所生成理論量的水（用小量筒量）。用分水器優點： 使用回流分水反應裝置，及時分出反應生成的水，縮短了整個實驗時間； 把乙酸與正丁醇的摩爾比調整為1:1,最后蒸餾時，基本上無前餾分，產物純度很高。2. 選用醇酸比1:1原因：由于正丁醇過量，最后蒸餾時前餾分量大，酯產率低。用飽和氯化鈣溶液和無水氯化鈣都難以把板配中的正丁醇完全除掉（見表1）。乙酸正丁酯（沸點126 C ）和正丁醇（沸

10、點117. 7C ）形成共沸物（共沸點117. 6C ），兩者用蒸餾法分不開。表2是粗產物經蒸餾分離各餾分的色譜分析數據。表1用氯化鈣處理乙酸正丁酯中正丁醇結果處理方法正丁醇含量/%乙酸正丁酯中加 50%正丁醇4.95%用飽和氯化鈣溶液洗滌后4.78%用無水氯化鈣干燥后4.69%表2產物色譜分析數據沸程/ C實驗一實驗二質量/g醇含量/%質量/g醇含量/%118124C5.513.65.221.4124125C8.06.512.313.1125126C9.21.53.33.2126127C2.206.003.折光率的測定折光率（Refractive Index）,又稱折射率，是液體有機物的重要

11、的物理常數之一。它是衡 量液體有機物純度的標志之一，是定性鑒定的一種手段。折光率比沸點更為可靠，利用折光率不僅可以鑒定未知物，而且可以確定沸點相近、結構相似的液體混合物的組成。光在各種介質中的傳播速度都不相同。當光線從一種介質（例如空氣）射人另一種介質（例如丙酮）中時，由于兩種介質的密度不同，光的傳播速度和方向均發生改變，這種現象稱為 光的折射現象。折光率與入射光波長及測定時介質的溫度有關。一種介質的折光率隨光線波長變短而增大，隨其溫度的升高而變小。一般溫度升高1C,液體化合物的折光率降低3. 5X 10-45. 5X 10-4。為了方便起見，在實際工作中常以4 X 10-4近似地作為溫度變化

12、常數。例如，甲基叔丁基醚在25C時的實測值為1.3670，其校正值應為：nD0 = 1.3670十5X 4X 10-4 = 1.3690。在固定的溫度、固定的光波波長下， 各種物質都有它特定的折光率。通常規定用鈉光譜的 D線（鈉黃光，波長為589. 3nm）,溫度以20C為標準表示折光率。例如.在入射光為鈉的黃光，測定溫度為20C時，水的折光率為 1.3330，表示為nD0 1.3330。這里n代表折光率，20代表測定時的溫度，D代表鈉光。折光率可以通過折光儀精確地測定出來，折光儀的種類很多，常用的是阿貝（Abbe）折光儀。其優點是構造簡單，操作容易；應用范圍廣且精確度較高；測樣品的用量很少；

13、可用白 熾燈為光源。阿貝折光儀的工作原理就是基于光的折射現象和臨界角的基本原理設計而成的。在一定的外界（如溫度、壓力等）條件下，波長一定的單色光從介質A斜射入介質B時，要發生折射現象（如圖1）。根據折射定律，其入射角a與折射角B的正弦之比是一個常數，并且與這兩個介質的折光率 nA（介質A、nB（介質B）成反比。即：圖1光的折射現象圖2測定折光率時目鏡中常見的圖象科盧甘HI孤圖3阿貝（Abbe）折光儀由于被測液體的折光率（nA）比棱鏡的折光率（nB）小，故光線由被測液體射人棱鏡時，要 發生折射，其入射角 a必定大于折射角 3°入射角增大時，折射角也必然相應增大。當入射 角a為90時si

14、n oq= 1，這時折射角達到最大值，稱為臨界角（以3表示）。顯然，在臨界角以內的區域都有光線通過，是明亮的，在臨界角以外的區域沒有光線通過，是暗的。在臨界角上正好是“半明半暗”圖2）。目鏡上有一個十字交叉線，若十字交叉線與明暗分界線 里合，就表示光線由被測液體進入棱鏡時的入射角正好為90。根據折射定律可得：tiA $ina nt sinj3 當 a = aa = 90篤則卩=弘棱鏡曲折光率nB是常數，各種液體的折光率不同，臨界角也不同，要調節光線的入射角始終為90” （即明暗分界線對準十字交叉線中心 ）,只要改變臨界角就可達到目的。通過測定臨界角的相對位置，經過換算就可以找出液體的折光率，阿

15、貝折光儀的刻度是經過換算后的折光率的讀數，故可直接讀出折光率。圖4折光儀在臨界角時的目鏡視野阿貝（Abbe）折光儀的結構如圖3所示。它的主要組成部分是兩塊直角棱鏡組成的棱鏡組， 上面一塊是表面光滑的測量棱鏡， 下面一塊是表面磨砂的可以開啟的輔助棱鏡。 左面的鏡筒 是讀數鏡筒， 內有刻度盎， 其上面有兩行數值。 右邊一行是折射率數值 （13000 一 17000）， 左邊一行是工業上測量溶液濃度的標度（o 95 %）。右面的鏡筒是測量目鏡、用來觀察折光情況。 筒內裝有消色散棱鏡。光線由反射鏡射入輔助棱鏡，發生漫射，以不同入射角射人液層，然后再射到測量棱鏡的表面上。 此時一部分光線經折射后進入測量

16、目鏡， 另一部分光線 則發生全反射。調節螺旋，以使測量目鏡中的視野如圖 4 所示。實驗步驟 ：校正：1將阿貝折光儀置于普通白熾燈前或靠近窗戶的桌子上。但不要放在直射的陽光下。用 擦鏡紙藤少量丙酮或 95%乙醇小心擦洗棱鏡，以免留有其它物質影響測定精確度。丙酮或 乙醇清洗后，待干后再測其它物質。2 用橡膠管將棱鏡金屬匣上恒溫器接頭與恒溫水浴相連，調節所需溫度通常為20C或25C。本實驗在室溫下測定，不用恒溫水浴調節溫度。3 以蒸餾水作標準樣品，進行儀品校正，旦少許蒸餾水于磨砂面棱鏡上，鎖緊棱鏡。4 .調節反光鏡使目鏡內視場明亮，轉動棱鏡調節旋鈕直到鏡內觀察到有界線或出現彩色光帶。若出現彩色光帶，

17、則轉動棱鏡微調旋鈕（又稱消色散手輪 ），使視野中除黑白兩色外無其它顏色（將自然光消除色散成單色光源 ），明咱界線清晰再轉動棱鏡調節旋鈕使明暗分界 線恰巧通過“十”字的交叉點 （表示光線由液體進入棱鏡時的入射角正好是 90°）。5 調整小反射鏡使刻度讀數明亮，記錄讀數和溫度，重復兩次測得純水的平均折光率，與純水的標準值（nD°1. 3330）比較，求得折光儀的校正值。校正值一般應很小，若數值太大時，整個儀器必須重新調校。樣品折光率的測定1 用探鏡紙試干蒸餾水，恒溫后，將試樣1 2滴均勻地滴在磨砂面棱鏡上，關緊棱鏡。2 調節反光鏡使目鏡內現場明亮，轉動棱鏡調節旋鈕或消色散手輪，

18、使視野明暗界線恰 巧通過“十”字交叉點。記錄讀數與溫度，重復 23次，取其平均值，得樣品折光率實驗 讀數值。3 樣品物質的折光率=樣品折光率實驗讀數值一折光儀的校正值。注解與實驗指導1 對于純凈的液體，折光率的測定可精確到1%，通常用4位有效數字進行記錄。2.阿貝折光儀的量程為 1.30001.7000,精密度為土 0.0001。測量溫度應控制在土 0.1C范圍 內。阿貝折光儀不能在較高溫度下使用。3，阿貝折射儀中的讀數不是臨界角的度數， 而是已計算好的折射率， 故可直接讀出。 由于 儀器上有消色散棱鏡裝置，所以可直接使用白光作光源，所測得的數值與用鈉光燈D 所測得的結果相同。4. 阿貝折光儀的關鍵部位是棱鏡， 必須注意保護。滴加液體時， 滴管的末端切不可觸及棱 鏡，擦洗棱鏡時要單向擦，不要來回擦， 以免在鏡面上造成痕跡。 在使用一個時期后需用中 性乙醇和乙酸或二甲苯清洗棱鏡一次， 以除去棱鏡上的油污。 凡強酸、 強堿或具有腐蝕性的鹽類溶液切勿用本儀器測定。5校正讀數方法除用蒸餾水外， 也可用標準玻璃塊校對。 將標準玻璃塊光滑面上加 1 滴溴以接受光線，當讀數鏡內代萘， 貼于折射棱鏡的光滑面上，標準玻璃塊光滑的一端應向上，指爾標準玻璃塊上刻明的折光率時，再觀察視場明暗分界線是否在十”交叉線中間， 若有字的中央， 在以后測定過偏差則用方孔調