實(shí)驗(yàn)八肉桂酸的制備.doc

實(shí)驗(yàn)八 肉桂酸的制備一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)肉桂酸的制備原理和方法。2學(xué)習(xí)水蒸氣蒸餾的原理及其應(yīng)用，掌握水蒸氣蒸餾的裝置及操作方法。二、基本原理1、Perkin反應(yīng)制備肉桂酸芳香醛與具有-H原子的脂肪酸酐在相應(yīng)的無水脂肪酸鉀鹽或鈉鹽的催化下共熱發(fā)生縮合反應(yīng)，生成芳基取代的 ，-不飽和酸，此反應(yīng)稱為Perkin反應(yīng)。反應(yīng)式如下：Perkin反應(yīng)的催化劑通常是相應(yīng)酸酐的羧酸鉀或鈉鹽，有時(shí)也可用碳酸鉀或叔胺代替。反應(yīng)時(shí)，可能是酸酐受醋酸鉀（鈉）的作用，生成一個(gè)酸酐的負(fù)離子，負(fù)離子和醛發(fā)生親核加成，生成中間物b羥基酸酐，然后再發(fā)生失水和水解作用而得到不飽和酸。反應(yīng)機(jī)理如下：2、水蒸氣蒸餾的基本原理及實(shí)驗(yàn)操作（1） 水蒸氣蒸餾的基本原理當(dāng)有機(jī)物與水一起共熱時(shí)，根據(jù)道爾頓(Dalton)分壓定律，整個(gè)系統(tǒng)的蒸氣壓應(yīng)為各組分蒸氣壓之和，即：P= +PA其中P代表總的蒸氣壓，為水的蒸氣壓，PA為與水不相溶物或難溶物質(zhì)的蒸氣壓。當(dāng)總蒸氣壓P與大氣壓相等時(shí)，則液體沸騰。這時(shí)的溫度即為它們的沸點(diǎn)。這時(shí)的沸點(diǎn)必定較任一組分的沸點(diǎn)低。因此在常壓下用水蒸氣蒸餾，就能在低于100的情況下將高沸點(diǎn)組分與水一起蒸出來。例如水與苯甲醛混合物的沸點(diǎn)為97.9。此時(shí)：P760mmHg =703.5mmHg P苯甲醛65.5mmHg水蒸氣蒸餾法的優(yōu)點(diǎn)在于使所需要的有機(jī)物可在較低的溫度下從混合物中蒸餾出來，可以避免在常壓下蒸餾時(shí)所造成的損失，提高分離提純的效率。同時(shí)在操作和裝置方面也較減壓蒸餾簡便一些，所以水蒸氣蒸餾可以應(yīng)用于分離和提純有機(jī)物。水蒸氣蒸餾常在下列情況下使用：（a）混合物中含有大量的固體，通常的蒸餾、過濾、萃取等分離方法都不適用。（b）混合物中含有焦油狀物質(zhì)，采用通常的蒸餾、萃取等方法非常困難。（c）在常壓下蒸餾高沸點(diǎn)有機(jī)物質(zhì)會發(fā)生分解。被提純物質(zhì)必須具備以下幾個(gè)條件：（a）不溶或難溶于水。（b）在沸騰下與水不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。（c）在100左右必須具有一定的蒸氣壓（一般不小于10mmHg）。（2）水蒸氣蒸餾的實(shí)驗(yàn)操作水蒸氣蒸餾裝置如圖2所示。用500 mL圓底燒瓶作水蒸氣發(fā)生器，內(nèi)盛水約占其容量的1/22/3，以長玻璃管作為安全管，管的下端接近瓶底，根據(jù)管中水柱的高低，可以估計(jì)水蒸氣壓力的大小。水蒸氣導(dǎo)管末端應(yīng)接近蒸餾燒瓶底部，以使水蒸氣和被蒸餾物質(zhì)充分接觸并起攪拌作用。發(fā)生器的水蒸氣導(dǎo)出管與一個(gè)T形管相連，T形管的支管套一個(gè)短橡皮管，橡皮管上用螺旋夾夾住，T形管的另一端與蒸餾部分的導(dǎo)管相連，T形管用來除去水蒸氣中冷凝下來的水分。在操作中，如果發(fā)生不正?，F(xiàn)象，應(yīng)立刻打開螺旋夾，使之與大氣相通。將反應(yīng)裝置按圖2連接好，打開T形管上的螺旋夾，把水蒸氣發(fā)生器里的水加熱到沸騰，當(dāng)有水蒸氣從T形管的支管沖出時(shí)，再旋緊螺旋夾，讓水蒸氣通入燒瓶中，這時(shí)可以看到燒瓶中的混合物翻騰不息，不久在冷凝管中就會出現(xiàn)有機(jī)物質(zhì)和水的混合物。調(diào)節(jié)加熱溫度，使瓶內(nèi)的混合物不致飛濺得太厲害，并控制餾出液的速度約為每秒種23滴。為了使水蒸氣不致于在燒瓶內(nèi)過多地冷凝，在進(jìn)行水蒸氣蒸餾時(shí)通常也可用小火將蒸餾燒瓶加熱。在操作時(shí)，要隨時(shí)注意安全管中的水柱是否發(fā)生不正常的上升現(xiàn)象，以及蒸餾燒瓶中的液體是否發(fā)生倒吸現(xiàn)象，一旦發(fā)生這種現(xiàn)象，應(yīng)立刻打開螺旋夾，移去熱源，找出發(fā)生故障的原因。必須把故障排除后，方可繼續(xù)蒸餾。當(dāng)餾出液澄清透明，不再含有油滴時(shí)，一般即可停止蒸餾，這時(shí)應(yīng)首先打開螺旋夾，然后移去熱源，以免發(fā)生倒吸現(xiàn)象。三、主要試劑與儀器1試劑 苯甲醛 6 mL (0.06mol)，乙酸酐 11 mL (0.12mol)，無水醋酸鉀 6g (0.06mol)，飽和碳酸鈉溶液，濃鹽酸，活性炭。2儀器 250 mL三口燒瓶，空氣冷凝管， 250mL圓底燒瓶，75度彎管, 直形冷凝管，支管接引管，錐形瓶，量筒，燒杯，布氏漏斗，吸濾瓶，表面皿，紅外燈。四、主要試劑與產(chǎn)品的物理常數(shù)名稱分子量性狀折光率比重熔點(diǎn)沸點(diǎn)溶解度：克/100ml溶劑水醇醚苯甲醛106.12無色液體1.54501.044-26178-1790.3乙酸酐102.08無色液體1.39001.082-73138-14012溶不溶肉桂酸148.16無色結(jié)晶1.248133-1343000.0424溶五、實(shí)驗(yàn)裝置制備肉桂酸的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1、圖2所示。 圖1 制備肉桂酸的反應(yīng)裝置圖 圖2 水蒸氣蒸餾裝置圖六、實(shí)驗(yàn)步驟1在250 mL三口燒瓶中依次加入無水醋酸鉀6g，苯甲醛6 mL，乙酸酐11 mL，沸石2粒。2安裝反應(yīng)裝置如圖1，三口燒瓶一口堵塞，一口插入溫度計(jì)進(jìn)液相，一口裝空氣冷凝管。 3用電夾套加熱，控制溫度在150170回流1h。要注意控制加熱速度，防止物料從空氣冷凝管頂端逸出，必要時(shí)可再接一個(gè)冷凝管。4將反應(yīng)液冷卻至約100左右，加入40 mL熱水，此時(shí)有固體析出。5向三口燒瓶內(nèi)加入飽和碳酸鈉溶液，并搖動三口燒瓶，用pH試紙檢驗(yàn)，直到pH值為8左右，約需飽和碳酸鈉溶液3040 mL。6如圖2搭好水蒸氣蒸餾裝置，蒸出未反應(yīng)的苯甲醛，蒸到餾出液澄清無油珠時(shí)停止蒸餾（可用盛水的燒杯去接引管下接幾滴餾出液，檢驗(yàn)有無油珠），約需20min。7將剩余液轉(zhuǎn)入400 mL燒杯中，補(bǔ)加少量水至液體總量為200250 mL，再加12匙活性炭。8煮沸脫色5min。9趁熱減壓過濾，濾液轉(zhuǎn)入干凈的燒杯，冷卻到室溫。10攪拌下慢慢加入濃鹽酸，到pH試紙變紅，大約需要2040mL。11、冷卻到室溫后，減壓過濾，濾餅用510 mL冷水洗滌，抽干。12、濾餅轉(zhuǎn)入表面皿，紅外燈下干燥。產(chǎn)品稱量，回收，計(jì)算產(chǎn)率。七、注意事項(xiàng)1久置的苯甲醛含苯甲酸，故需蒸餾提純。苯甲酸含量較多時(shí)可用下法除去：先用10%碳酸鈉溶液洗至無CO2放出，然后用水洗滌，再用無水硫酸鎂干燥，干燥時(shí)加入1%對苯二酚以防氧化，減壓蒸餾，收集79/25mmHg或6915mmHg，或62/10mmHg的餾分，沸程2，貯存時(shí)可加入0.5%的對苯二酚。 2無水醋酸鉀需新鮮熔融。將含水醋酸鉀放入蒸發(fā)皿內(nèi)，加熱至熔融，立即倒在金屬板上，冷后研碎，置于干燥器中備用。3反應(yīng)混合物在加熱過程中，由于CO2的逸出，最初反應(yīng)時(shí)會出現(xiàn)泡沫。4反應(yīng)混合物在150170下長時(shí)間加熱，發(fā)生部分脫羧而產(chǎn)生不飽和烴類副產(chǎn)物，并進(jìn)而生成樹脂狀物，若反應(yīng)溫度過高（200），這種現(xiàn)象更明顯。5肉桂酸有順反異構(gòu)體，通常以反式存在，為無色晶體，熔點(diǎn)133。6如果產(chǎn)品不純，可在水或31稀乙醇中進(jìn)行重結(jié)晶。八、思考題1、具有何種結(jié)構(gòu)的醛能進(jìn)行Perkin反應(yīng)？2、本實(shí)驗(yàn)中在水蒸氣蒸餾前為什么用飽和碳酸鈉溶液中和反應(yīng)物?3、為什么不能用氫氧化鈉代替碳酸鈉溶液來中和反應(yīng)物?4、水蒸氣蒸餾通常在哪三種情況下使用？被提純物質(zhì)必須具備哪些條件？5、肉桂酸能溶于熱水，難