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《 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

作者: 化學(xué)與材料科學(xué)系   發(fā)布時(shí)間: 2012-09-27

有機(jī)化學(xué)》課程

課程編號(hào):407007, 407008

實(shí)驗(yàn)導(dǎo)

主撰人:李家其

審核人:劉鑫

單位:化學(xué)與材料科學(xué)系

二O一二

實(shí)驗(yàn)一、

有機(jī)實(shí)驗(yàn)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)及實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)二、

固體有機(jī)物熔點(diǎn)的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)三、

蒸餾及沸點(diǎn)的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)四、

重結(jié)晶提純法

實(shí)驗(yàn)五、

分餾

實(shí)驗(yàn)六

水蒸氣蒸餾

實(shí)驗(yàn)七

減壓蒸餾

實(shí)驗(yàn)八

茶葉中咖啡因的提?。ǚ椒ㄒ唬?/p>

實(shí)驗(yàn)九

正溴丁烷的制備

實(shí)驗(yàn)十

三苯甲醇的制備

實(shí)驗(yàn)十一

正丁醚的制備

實(shí)驗(yàn)十二

乙酸乙酯的制備

實(shí)驗(yàn)十三

甲基橙的制備

實(shí)驗(yàn)十四

呋喃甲醇和呋喃甲酸的制備

實(shí)驗(yàn)十五

柱色譜

實(shí)驗(yàn)十六

肉桂酸的制備

實(shí)驗(yàn)十七

乙酰苯胺的制備(方法二)

實(shí)驗(yàn)十八

阿斯匹林的制備

實(shí)驗(yàn)十九

8-羥基喹啉的制備

實(shí)驗(yàn)二十

乙酰乙酸乙酯的制備

實(shí)驗(yàn)二十一

2-甲基-2-己醇的制備

前 言

1.實(shí)驗(yàn)總體目標(biāo)

有機(jī)化學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是有機(jī)化學(xué)學(xué)科的一個(gè)重要組成部分,其主要目的是(1)使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)的第一手材料,加深對(duì)課堂所學(xué)的有機(jī)基本理論知識(shí)的理解。(2)訓(xùn)練學(xué)生掌握有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作和技能,提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。(3)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,良好的實(shí)驗(yàn)室工作作風(fēng)和習(xí)慣。訓(xùn)練學(xué)生掌握基本操作技術(shù)和技能是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的基本任務(wù)之一,是必須在實(shí)驗(yàn)課中切實(shí)加強(qiáng)的環(huán)節(jié)。對(duì)于重要的基本操作單獨(dú)安排訓(xùn)練,并在合成實(shí)驗(yàn)中加以運(yùn)用和鞏固,使學(xué)生達(dá)到正確和熟練的程度。

⒉ 適用專業(yè)年級(jí)

本指導(dǎo)書適用化學(xué)專業(yè)各個(gè)年級(jí)。

⒊ 實(shí)驗(yàn)課時(shí)分配

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

實(shí)驗(yàn)要求

實(shí)驗(yàn)類型

每組人數(shù)

實(shí)驗(yàn)

學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)一、有機(jī)實(shí)驗(yàn)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)及實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

選修

演示

1

5

實(shí)驗(yàn)二、固體有機(jī)物熔點(diǎn)的測(cè)定

必修

驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)三、蒸餾及沸點(diǎn)的測(cè)定

必修

基本操作

1

5

實(shí)驗(yàn)四、重結(jié)晶提純法

必修

基本操作

1

5

實(shí)驗(yàn)五、分餾

必修

基本操作

1

5

實(shí)驗(yàn)六、水蒸氣蒸餾

必修

基本操作

1

5

實(shí)驗(yàn)七、減壓蒸餾

必修

基本操作

1

5

實(shí)驗(yàn)八、茶葉中咖啡因的提?。ǚ椒ㄒ唬?/p>

必修

基本操作

1

5

實(shí)驗(yàn)九、正溴丁烷的制備

必修

綜合

1

5

實(shí)驗(yàn)十、三苯甲醇的制備

必修

綜合

1

10

實(shí)驗(yàn)十一、正丁醚的制備

必修

綜合

1

5

實(shí)驗(yàn)十二、乙酸乙酯的制備

必修

綜合

1

5

實(shí)驗(yàn)十三、甲基橙的制備

必修

綜合

1

5

實(shí)驗(yàn)十四、呋喃甲醇和呋喃甲酸的制備

必修

綜合

1

10

實(shí)驗(yàn)十五、柱色譜

必修

創(chuàng)新

1

5

實(shí)驗(yàn)十六、肉桂酸的制備

必修

綜合

1

5

實(shí)驗(yàn)十七、乙酰苯胺的制備(方法二)

必修

綜合

1

5

實(shí)驗(yàn)十八、阿斯匹林的制備

必修

綜合

1

5

實(shí)驗(yàn)十九、8-羥基喹啉的制備

必修

綜合

1

5

實(shí)驗(yàn)二十、乙酰乙酸乙酯的制備

選修

綜合

1

5

實(shí)驗(yàn)二十一、2-甲基-2-己醇的制備

選修

綜合

1

10

4. 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

學(xué)生操作時(shí)一人一組,每一個(gè)學(xué)生有一個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)操作臺(tái),操作臺(tái)和活動(dòng)區(qū)面積不少于8m2,操作臺(tái)上方有通風(fēng)排毒設(shè)備。每一個(gè)學(xué)生有一套磨口中量有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器,另外,有一些基本的簡(jiǎn)單儀器。實(shí)驗(yàn)室共用實(shí)驗(yàn)臺(tái)及活動(dòng)區(qū)面積不小于60 m2,共用儀器和試劑充足。

5. 實(shí)驗(yàn)總體要求

學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前,應(yīng)對(duì)相關(guān)的有機(jī)化合物的性能有所了解,因而本課要求學(xué)生學(xué)會(huì)使用有關(guān)的手冊(cè)、文獻(xiàn)資料及信息網(wǎng)絡(luò)查閱有機(jī)化合物的物理化學(xué)常數(shù)。

要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真預(yù)習(xí),寫出預(yù)習(xí)筆記;實(shí)驗(yàn)課中仔細(xì)觀察和正確記錄,整理分析數(shù)據(jù);課后按規(guī)范書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。安全、衛(wèi)生、節(jié)約藥品的教育和實(shí)施貫穿始終。教師對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)、儀器裝置、基本操作、產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量、安全衛(wèi)生、科學(xué)態(tài)度、合作精神、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方面進(jìn)行考察,作為學(xué)生評(píng)分的依據(jù)。

6. 本課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)及教學(xué)方法建議

1、重點(diǎn):有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作技術(shù),有機(jī)合成基本技術(shù)。

2、難點(diǎn):有機(jī)合成條件、技術(shù)及有機(jī)物分離技術(shù)。

3、教學(xué)方法建議:注重實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合,不能將實(shí)驗(yàn)當(dāng)作是單純的練習(xí)過(guò)程。重視有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作技術(shù)的訓(xùn)練、有機(jī)合成合成條件的探索和有機(jī)物分離技術(shù)的探索與訓(xùn)練。重視實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的巡回指導(dǎo),采用啟發(fā)式、討論式和教師示范等教學(xué)方法組織教學(xué)。

實(shí)驗(yàn)一、有機(jī)實(shí)驗(yàn)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)及實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

(5學(xué)時(shí))

第一部分 有機(jī)實(shí)驗(yàn)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)包括基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)教學(xué)何有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩門基礎(chǔ)課程?;A(chǔ)有機(jī)化學(xué)主要介紹有機(jī)分子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)反應(yīng)性之間的練習(xí);有機(jī)實(shí)驗(yàn)課作為基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)的實(shí)踐課程,主要學(xué)習(xí)各類有機(jī)反應(yīng)的實(shí)施方法。其中包括實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì),反應(yīng)的控制和反應(yīng)進(jìn)行程度判斷,及其產(chǎn)物混合物的分離和提純。每類反應(yīng)往往以1~2個(gè)實(shí)驗(yàn)為例,其他同類反應(yīng)可以此為參比,根據(jù)反應(yīng)活性差異,適當(dāng)改變反應(yīng)條件和時(shí)間或另外設(shè)計(jì)裝置。達(dá)到能觸類旁通、靈活應(yīng)用的教學(xué)目標(biāo)。

由于此輔導(dǎo)是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,再加時(shí)間限制,因此在不重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上,將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重新組織、串聯(lián)、綜合形成分析解決以上問(wèn)題的思路,其中的不足或錯(cuò)誤請(qǐng)批評(píng)、糾正。

一、有機(jī)實(shí)驗(yàn)儀器

有機(jī)實(shí)驗(yàn)儀器一般有十多種玻璃基本構(gòu)件組成,相互之間通過(guò)磨口緊密相連,組合成符合反應(yīng)要求、便于控制反應(yīng)的裝置。學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)首先要求熟知每件物件的名稱、功能,并能正確畫出構(gòu)件的圖象。這是應(yīng)用構(gòu)件構(gòu)思設(shè)計(jì)反應(yīng)裝置的基礎(chǔ),具體詳見(jiàn)教材。

二、有機(jī)反應(yīng)與反應(yīng)裝置

不同有機(jī)反應(yīng)有不同反應(yīng)特征,反應(yīng)物、產(chǎn)物、催化劑也有不同的理化性質(zhì),對(duì)反應(yīng)裝置也有不同的要求,縱觀各種裝置,有機(jī)反應(yīng)的容器是圓底燒瓶,圓底以其對(duì)稱性帶來(lái)好的承受外力作用和小的接觸面而作為有機(jī)反應(yīng)的場(chǎng)所,燒瓶上有數(shù)個(gè)磨口,磨口可與不同實(shí)驗(yàn)儀器構(gòu)件相連,相互組成一套反應(yīng)裝置,適應(yīng)于某個(gè)反應(yīng)要求,常用裝置如下:

回流裝置

回流裝置是圓底燒瓶與球形冷凝管直接相連組成的一套裝置。球形冷凝管能將從燒瓶種上升的熱蒸汽快速冷卻凝聚成液體,重新回落到燒瓶中,從而達(dá)到減少或防治有機(jī)物在加熱時(shí)揮發(fā),也使有機(jī)蒸汽出口遠(yuǎn)離熱源而增加操作過(guò)程的

安全性,主要應(yīng)用包括以下三個(gè)方面。

1、加熱有機(jī)物

2、制備有機(jī)物飽和溶液(重結(jié)晶)

3、反應(yīng)裝置(如乙酸乙酯制備)

回流裝置是有機(jī)實(shí)驗(yàn)中最基本、最重要的裝置之一,根據(jù)不同反應(yīng)的特征差異,回流裝置可與其它實(shí)驗(yàn)儀器構(gòu)件串聯(lián)組成一系列不同的實(shí)驗(yàn)裝置,也可與其它儀器構(gòu)件并聯(lián)組合成另一系列的實(shí)驗(yàn)裝置,首先就回流裝置與其它構(gòu)件串聯(lián)產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)裝置如下:

(二)回流吸收裝置

回流吸收裝置是對(duì)產(chǎn)生鹵化氫、氮、硫氫化物等有毒氣體的反應(yīng),回流冷凝管頂端必須與毒氣吸收裝置相連防治毒氣外溢,若反應(yīng)能產(chǎn)生易揮發(fā)可燃物質(zhì)時(shí),也需要在回流冷凝管頂端另用導(dǎo)管相連,通入下水道或室外,防止可燃性氣體在室內(nèi)積聚而發(fā)生事故。

值得一提的是,回流冷凝管頂端連接了毒氣吸收裝置后,整個(gè)系統(tǒng)形成一個(gè)密閉體系,這個(gè)體系在反應(yīng)開始后,可能反應(yīng)劇烈產(chǎn)生氣體來(lái)不及吸收而發(fā)生爆炸,在反應(yīng)后期又因體系冷卻或毒氣溶解而發(fā)生倒吸,避免的辦法是:三角漏斗緊貼液面(勿深入液面)

判斷這類反應(yīng)進(jìn)行程度的辦法:觀察反應(yīng)體系中產(chǎn)生氣泡的速度,若無(wú)氣體產(chǎn)生,主反應(yīng)已完成。實(shí)例:由醇制備鹵代烴、己二酸制備(硝酸氧化法)

(三)回流干燥裝置

回流干燥裝置是對(duì)于反應(yīng)物、催化劑、產(chǎn)物之一能與水反應(yīng)時(shí),不僅要求反應(yīng)物、試劑、儀器在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行干燥處理,也要保持在反應(yīng)過(guò)程中,外界水蒸氣不進(jìn)入反應(yīng)體系,因此在回流冷凝管頂端與裝有干燥劑的干燥管相連,例如:格氏試劑制備,安裝時(shí)要注意干燥劑要疏松透氣,防止過(guò)分緊密使反應(yīng)體系成為密閉體系留下安全隱患。

對(duì)于既要干燥無(wú)水又有毒氣產(chǎn)生的反應(yīng),則可在干燥管后再接毒氣吸收裝置,安裝合操作注意點(diǎn)同(二)(三)所述,例:對(duì)二叔丁苯的制備。

(四)回流分水裝置

回流分水裝置是再回流裝置的燒瓶與回流冷凝管之間插入一個(gè)油水分離器,使回流液先滴入油水分離器后再回流到燒瓶中,這套裝置最適合于原料和產(chǎn)物都不溶于水,但有水生成的可逆反應(yīng)。例:正丁醚的制備。借油水分離器將水蒸出,減少產(chǎn)物的濃度,使可逆平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng),對(duì)反應(yīng)物之中有可溶于水的物質(zhì)時(shí),可以通過(guò)計(jì)算用過(guò)量可溶性反應(yīng)物和加入帶水劑,應(yīng)用回流分水器裝置控制反應(yīng),所謂分水劑就是該物質(zhì)可與水形成低恒沸混合物,降低蒸出水的溫度,減少其它物質(zhì)蒸出。例:苯甲酸乙酯制備。回流分水裝置可借蒸出水的量判斷反應(yīng)進(jìn)行程度。

(五)回流提取裝置

回流提取裝置如脂肪提取器,是從固體物質(zhì)中提取有機(jī)物的重要方法之一,原理是溶劑蒸汽在回流冷凝管中回流首先滴到被提取固體物質(zhì)上使固體物質(zhì)中被提取成份溶解在溶劑中,再流回圓底燒瓶,這一過(guò)程蒸發(fā)的是純?nèi)軇?,流回?zé)康氖侨芙饬吮惶崛∥锏娜軇?,通過(guò)溶劑循環(huán)達(dá)到用有限的溶劑將固體物質(zhì)中的被提取物完全被提取出來(lái)。

(六)蒸餾裝置―――反應(yīng)蒸出裝置

蒸餾裝置是將燒瓶中產(chǎn)生的熱蒸汽通蒸餾頭流入冷凝管,冷凝成液體的裝置,這套裝置可以用來(lái)測(cè)定沸點(diǎn)(被蒸出液體的沸點(diǎn)),也可用于分離合提純有機(jī)物,還能用作反應(yīng)裝置,形成反應(yīng)蒸出裝置,應(yīng)用于產(chǎn)物之一為低沸點(diǎn)物質(zhì)的可逆反應(yīng),通過(guò)反應(yīng)蒸出產(chǎn)物促使可逆反應(yīng)平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng)來(lái)控制反應(yīng)的進(jìn)行。例:乙酸乙酯的制備。若低沸點(diǎn)產(chǎn)物與反應(yīng)物的沸點(diǎn)相差不大時(shí),可采用回流蒸出裝置使沸點(diǎn)稍高的原料回流重新參加反應(yīng)。

(七)分餾裝置

分餾裝置是在蒸餾裝置的燒瓶與蒸餾頭之間安裝分餾柱,這樣上升的熱蒸汽先進(jìn)入分餾柱并在分餾柱中不斷與回流的冷凝液發(fā)生熱量交換合物質(zhì)的交換,最終使沸點(diǎn)相差不大的低沸點(diǎn)組分被蒸出,用來(lái)分離沸點(diǎn)相差不太大的混合物。

另外,反應(yīng)蒸出裝置(六)(七)還可用來(lái)防止產(chǎn)物發(fā)生二次反應(yīng),所謂二次反應(yīng)不同于副反應(yīng),反應(yīng)物合世紀(jì)首先發(fā)生一次反應(yīng)包括主反應(yīng)合副反應(yīng),一次反應(yīng)的主產(chǎn)物在此反應(yīng)條件下可以接著再發(fā)生反應(yīng)稱二次反應(yīng),,例以伯醇為原料氧化制醛,醛再相同條件下也被氧化最終生成羧酸,醛氧化成酸即為二次反應(yīng)。由此可見(jiàn)能發(fā)生二次反應(yīng)的產(chǎn)物必須在生成后立即使其脫離反應(yīng)體系,因此需反應(yīng)蒸出裝置,至于究竟用蒸餾還是分餾,可根據(jù)被蒸出物與反應(yīng)物的沸點(diǎn)差距大小定。

回流、蒸餾、分餾作為反應(yīng)裝置,還常與恒壓漏斗、攪拌器、溫度計(jì)并聯(lián)組成稍微復(fù)雜的反應(yīng)裝置。

(八)滴加回流裝置

滴加回流裝置指在燒瓶一口裝回流裝置外(含回流、回流吸收、回流干燥等)另一磨口接恒壓漏斗,將反應(yīng)物或反應(yīng)之一逐滴低價(jià)到反應(yīng)體系中,來(lái)控制反應(yīng)的進(jìn)行。尤其是以下特征的反應(yīng),必須選用滴加回流裝置:

1、反應(yīng)物活性較大,為了使反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行采用滴加以控制活性大的物質(zhì)的濃度,以達(dá)到控制整個(gè)反應(yīng)的目的。

2、強(qiáng)放熱反應(yīng)。為了使反應(yīng)熱能有效向環(huán)境擴(kuò)散,防止發(fā)生事故,需控制

反應(yīng)物濃度來(lái)使反應(yīng)熱量的逐點(diǎn)釋放,達(dá)到控制反應(yīng)的目的。

3、控制副反應(yīng)或二次反應(yīng)發(fā)生,對(duì)反應(yīng)物之一能與產(chǎn)物反應(yīng)時(shí),除了嚴(yán)格控制反應(yīng)條件外,還要控制好該反應(yīng)物在反應(yīng)體系的濃度,而采用滴加方法,如格氏試劑制備時(shí),若采用將鎂投入鹵代烴中,則鎂與鹵代烴反應(yīng)聲稱的格氏試劑也與鹵代烴反應(yīng)生成烴。

因此需采用將鹵代烴滴入到鎂的醚溶液中,在其基本反應(yīng)完以后,再滴加以控制鹵代烴的濃度,減少付反應(yīng)發(fā)生。

4、控制過(guò)量

在實(shí)施可逆反應(yīng)時(shí),有時(shí)也采用反應(yīng)物之一過(guò)量的方法控制反應(yīng)。一般采用教偏移的物質(zhì)為主,使較貴的物質(zhì)比較完全轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物而降低成本(例乙酸乙酯制備)。過(guò)量其含義包括兩個(gè)方面,其一是用量上過(guò)量,其二在操作技術(shù)上將有限的國(guó)兩個(gè)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成數(shù)量上的絕對(duì)過(guò)量,如乙酸乙酯制備將1:1的反應(yīng)物滴加到乙醇-硫酸溶液中,達(dá)到乙醇的最大程度過(guò)量,獲得最大收益。

5、滴加蒸餾或分餾

若在分離混合物時(shí),其成分之一在沸點(diǎn)時(shí)雖穩(wěn)定,但不能長(zhǎng)時(shí)間加熱,而蒸餾或分餾的量又較大,就可選用小的二口或三口瓶,采用邊滴加邊蒸餾或分餾的辦法,使滴入的少糧液體在燒瓶中立即氣化進(jìn)入冷凝管或分餾柱,防止長(zhǎng)時(shí)間加熱而發(fā)生變化。

(九)攪拌器

攪拌器是有機(jī)實(shí)驗(yàn)中常用儀器之一,與回流滴加組合成反應(yīng)裝置,在以下三種情況下需安裝:

1、 在異相反應(yīng)中為了增加反應(yīng)物之間相互接觸,以加快反應(yīng)的進(jìn)程,尤其兩相互不相溶的液體時(shí)靠振蕩很難有效,必須用攪拌器。

2、 強(qiáng)放熱反應(yīng)。為了使熱量能盡快相環(huán)境傳遞,防止局部過(guò)熱而誘發(fā)副反應(yīng)或事故,必須采用攪拌器。

3、 反應(yīng)體系的年度。反應(yīng)體系的年度不僅影響反應(yīng)物之間可接觸,也影響熱量擴(kuò)散和小分子物質(zhì)的揮發(fā),故一般需要攪拌??傊瑪嚢枥诜磻?yīng)物之間的接觸,防止反應(yīng)體系中局部過(guò)熱或局部過(guò)濃。及在縮和反應(yīng)時(shí)能促使小分子逸出等,達(dá)到控制反應(yīng)的目的。

(十)溫度計(jì)

溫度計(jì)也是反應(yīng)時(shí)常用的儀器。它除了在蒸餾和分餾時(shí)指示出收集餾分的范圍外,也用溫度計(jì)測(cè)出反應(yīng)時(shí)反應(yīng)混合物的溫度,以便控制加熱的程度。

以上重點(diǎn)介紹相關(guān)構(gòu)件組合10種反應(yīng)裝置,每套裝置都與對(duì)映反應(yīng)的特征建立聯(lián)系,從中也了建反應(yīng)時(shí)通過(guò)反應(yīng)裝置、操作和控制反應(yīng)條件來(lái)控制,使其能平穩(wěn)進(jìn)行,并獲得理想的效果。熟悉反應(yīng)體系種各物質(zhì)的理化性質(zhì)和反應(yīng)特征,根據(jù)有機(jī)儀器構(gòu)件的功能,組合成符合反應(yīng)特征、便于控制操作和安全的反應(yīng)裝置,是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要目標(biāo)之一。

三、有機(jī)混合物的分離提純

有機(jī)混合物的分離和提純,包括三個(gè)不同層次的內(nèi)容:

1、 半微量法合成產(chǎn)物混合物的分離和提純

2、已知組分混合物的分離和提純

3、 未知物的分離和提純

其中第三個(gè)問(wèn)題最難,解決這個(gè)問(wèn)題需要積累許多知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)很多方面,對(duì)初學(xué)者暫不作要求,本專題就陳述第一和第二個(gè)問(wèn)題的解決方法。

(一) 半微量法合成產(chǎn)物混合物的分離和提純

對(duì)于一個(gè)已知反應(yīng)產(chǎn)物的混合物而言,其主要組分包括產(chǎn)物、副產(chǎn)物、原料、催化劑、溶劑;他們的狀態(tài),理化性質(zhì)都要查到,這就為制定分理程序提供了方便。由于半微量反應(yīng)的產(chǎn)物量不多,因此通常采用水蒸氣蒸餾和水洗方法洗去絕大多數(shù)雜質(zhì),后經(jīng)干燥得較純得產(chǎn)物,再將含少量雜質(zhì)的產(chǎn)物通過(guò)重結(jié)晶(固態(tài)產(chǎn)物)或蒸餾(液態(tài)產(chǎn)物)進(jìn)一步精制提純。一般不采用分餾,因?yàn)榉逐s柱要念留數(shù)毫升有機(jī)物,對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差影響較大。

在分離和提純產(chǎn)物混合物前,首先要觀察反應(yīng)混合物得狀態(tài),進(jìn)行分析和判斷,才能產(chǎn)生分力提純的初步方案。一般有一下A B C D E F物種情況。

分離提純的思路如下:

當(dāng)固體產(chǎn)物溶解或部分溶解的量少,故首先除去溶劑和其它液態(tài)物質(zhì),方法是除回收部分溶劑用蒸餾或分餾外,一般將產(chǎn)物混合物經(jīng)水蒸氣蒸餾除去液態(tài)雜質(zhì),產(chǎn)物即可結(jié)晶析出,再按A途徑提純。

這里需要強(qiáng)調(diào),在蒸餾或分餾過(guò)程中,被分離混合物應(yīng)始終呈液態(tài),不能出現(xiàn)固態(tài)有機(jī)物,因?yàn)楣虘B(tài)有機(jī)物影響熱量傳遞和蒸汽逸出,易造成局部過(guò)熱使固態(tài)物質(zhì)分解,結(jié)果帶入新雜質(zhì);固體表面也能吸附或包裹液態(tài)物質(zhì)而難蒸出。

D分析產(chǎn)物乳化的原因,破壞如畫現(xiàn)象,出現(xiàn)清楚的分層后按C法步驟提純。

產(chǎn)生乳化一般原因如下:

其一,密度接近,不易分層。加氯化鈉飽和水溶液進(jìn)行分成。

其二,堿性等表面活性物質(zhì)產(chǎn)生乳化,可滴加酸類或條件許可調(diào)節(jié)pH值以破壞乳化。

其三,輕質(zhì)固體顆粒產(chǎn)生乳化,采用過(guò)濾除去輕質(zhì)顆粒。

其四,長(zhǎng)時(shí)間靜置,加熱等也是破壞乳化的有效方法。

E相互溶解,形成液態(tài)溶液則用蒸餾或分餾法分離和提純。

F產(chǎn)物混合物種含固體物質(zhì)時(shí),即使固體物質(zhì)不是有機(jī)物也不采用蒸餾或分餾,因?yàn)楣腆w物質(zhì)表面吸附作用,可將各組分吸附在表面不易蒸出。同時(shí)細(xì)小固體顆粒與液態(tài)有機(jī)物之間形成粘稠狀,將產(chǎn)物包在里面難以蒸出,此時(shí)若產(chǎn)物不溶于水,可選用水蒸氣蒸餾法蒸出產(chǎn)物。也用溶劑萃取或浸取法提取產(chǎn)物。

半微量反應(yīng)混合物分離和提純雖然簡(jiǎn)單,但為我們學(xué)習(xí)分力提純有機(jī)物提供了基礎(chǔ)平臺(tái),積累分離提純的經(jīng)驗(yàn),將以上各法進(jìn)行總結(jié)歸納可提出有機(jī)物分離提純或提取的常見(jiàn)方法為三種:

1、 固態(tài)有機(jī)物分離提純:重結(jié)晶法,色譜法

2、 互溶液態(tài)有機(jī)物分力提純:蒸餾或分餾,氣相色譜

3、 混雜固體物質(zhì)有機(jī)物提?。核魵庹麴s

(二) 已知組分混合物分離提純

在已知組成的混合物種,各組分的組成大于5%,一般要求將各組分逐一分離回收總稱分離,若雜質(zhì)含量<5 %,則要求將此少量雜質(zhì)除去而稱提純,分離提純即將混合物逐一分離得雜質(zhì)含量較少的較純物質(zhì)后,再提純除去少量雜質(zhì)。根據(jù)(一)中歸納,僅講3例:

1、 固體混合物的提純

固體混合物的提純首先要查閱各組分的含量、熔點(diǎn)、溶解性、根據(jù)溶解性選擇溶劑,再通過(guò)計(jì)算決定提純途徑。

(1) 溶劑的選擇 要求選擇對(duì)被提純物質(zhì)再沸點(diǎn)時(shí)溶解大,在室溫時(shí)溶解度?。ㄏ嗖?0倍左右為宜)(結(jié)合其它情況見(jiàn)書本),而對(duì)雜質(zhì)而言要么不溶,或者在室溫下溶解度很大的溶劑。

(2) 根據(jù)被提純物質(zhì)的質(zhì)量,計(jì)算所需溶劑的最小量,再以此溶解量計(jì)算在室溫時(shí),雜質(zhì)溶解情況如下:

A、雜質(zhì)完全溶解,則按此溶劑量直接進(jìn)行重結(jié)晶。

B、在室溫時(shí)有少量雜質(zhì)析出,可通過(guò)計(jì)算適當(dāng)增加溶劑的量,防止雜質(zhì)析出,這就以降低回收率為代價(jià)

C、有雜質(zhì)析出,則根據(jù)各組分理化性質(zhì),采用水蒸氣蒸餾或洗滌方法除去部分雜質(zhì),再進(jìn)行重結(jié)晶提純,也可選擇多次重結(jié)晶法提純。

2、互溶混合液的分離提純

互溶混合液的分離和提純通常采用蒸餾或分餾法。圖為符合拉烏爾定律的三組混合液的液-汽組成曲線圖:

E組為A B沸點(diǎn)鄉(xiāng)土,所以在沸點(diǎn)時(shí)液態(tài)組成和氣相組成相同,呈一直線,這類混合物不能通過(guò)蒸餾或分餾法分離。

D組A B兩組分的沸點(diǎn)相差不太大,氣相組成區(qū)縣和液相組成曲線呈兩條區(qū)縣,但曲線彎曲程度不大

C組A B兩組分的沸點(diǎn)相差較大,氣相組成曲線和液相組成曲線的彎曲程度較大。

根據(jù)以上事實(shí),我們可以推得,只要混合物各組分的沸點(diǎn)不同,且每個(gè)組分在混合物占有相當(dāng)比例,混合物的bp就偏離各純物質(zhì)的沸點(diǎn),不能用蒸餾的方法分離,只能選擇分餾來(lái)分離混合物,沸點(diǎn)相差愈小,正其中低沸點(diǎn)成分愈少,蒸汽組成曲線和液態(tài)組成曲線愈接近,選用分餾柱的理論塔板值愈高,沸點(diǎn)差距愈大,蒸汽中低沸點(diǎn)組成愈多,蒸汽組成曲線和液體組成曲線之間距離愈大,分餾時(shí)選用分餾柱的理論塔板值愈小,進(jìn)而推知當(dāng)二者沸點(diǎn)差足夠大時(shí),可以通過(guò)蒸餾就能講混合物各組分分離。經(jīng)驗(yàn)告訴我們,當(dāng)混合物組分間沸點(diǎn)差≥80℃,就可以用蒸餾法分離。

觀察曲線圖我們又能發(fā)現(xiàn),無(wú)論A或B,當(dāng)混合物雜質(zhì)的組成愈低,混合物的沸點(diǎn)愈接近純物質(zhì),所以雜質(zhì)的含量

 

湖南人文科技學(xué)院材料與環(huán)境工程學(xué)院