实验指导书.doc

1、实验 项目 ： 苯 甲 酸乙酯的制备 一、 实验目的 1 掌握酯化反应的原理及提高产物产率的途径 ； 2了解分水器的原理和使用方法 ； 3了解液体化合物的干燥操作。 二、 实验内容 苯 甲 酸与乙醇在浓 H2SO4的催化下进行酯化反应生成 苯甲酸乙酯。 反应方程式为： C 6 H 5 C O O H + C 2 H 5 O H H 2 S O 4 C 6 H 5 C O O C 2 H 5 + H 2 O 三、 实验示意图 图 4 1 分水装置 - 2 - 图 4 2 蒸馏装置 （蒸 乙酸乙酯 用，收集苯甲酸乙酯时需将直形冷凝管换成空气冷凝管） 四、 实验用 主要 仪器设备 、消耗品 仪器设备

2、名称 规格 消耗品名称 规格 圆底烧瓶 100ml 14# 苯甲酸 AR 回流冷凝管 磨口 14# 无水 乙醇 AR 直形冷凝管 磨口 14# 环己烷 AR 空气冷凝管 14#/ 浓硫酸 AR 量筒 100ml 碳酸钠 AR 蒸馏头 14#/*3 乙酸乙酯 AR 水浴锅 100 ml 无水氯化钙 AR 烧杯 250ml 分液漏斗 250ml 分水器 14#/14# 锥形瓶 100ml 14# 温度计 1000C, 3000C 电热套 100ml 台秤 （加砝码） - 3 - 阿贝折光仪 五、 实验原理及原始计算数据、所应用的公式 羧酸酯可由羧酸和醇在催化剂存在下直接酯化来进行制备，或采用酰氯、

3、酸酐和腈的醇解，有时也可利用羧酸盐与卤代烷或硫酸酯的反应。酸催化的直接酯化是工业和实验室制备羧酸酯最重要的方法，常用的催化剂有硫酸、氯化氢和对甲苯磺酸等。 R C O HO+ H O R R C O R O+ H 2 OH 酸的作用是使羰基质子化从而提高羰基的反应活性。 R C O HOR C O HO HR CO HO HO R HHR O HR CO H 2O R O HR C O R O H+ H 2 OR C O R O- H整个反应是可逆的，为了使反应向有利于生成酯的方向移动，通常采用过量的羧酸或醇，或者除去反应中生成的酯或水，或者二者同时采用。 在实践中，提高反应收率常用的方法是除

4、去反应中形成的水，特别是大规模的工业制备中。在某些酯化反应中，醇、酯和水之间可以形成二元或三元最低恒沸物，也可以在反应体系中加入能与水、醇形成恒沸物的第三组分，如苯 、 四氯化碳等，以除去反应中不断生成的水，达到提高酯 产量的目的。这种酯化方法，一般称为共沸酯化。 本实验中，制备苯甲酸乙酯的反应式为： - 4 - C O 2 H+ C 2 H 5 O H H 2 S O 4C O 2 C 2 H 5+ H 2 O加入环己烷 ，使水、醇和 环己烷 三者形成共沸物，利用分水器不断除去反应生成的水，以提高反应产率。 苯 甲 酸 8g(0.066ml)；乙醇（ 95%） 20 ml；（ 0.32 ml

5、） 环己烷 15 ml 浓 H2SO4 3-4g 碳酸钠，乙酸乙酯 ，无水氯化钙 说明： 1酯化反应 羧酸酯是一类在工业上用途广泛的化合物，可由羧酸和醇在催化剂存在下直 接酯化制 得 ，也可用酰氯，酸酐和腈的醇解，羧酸盐与卤代烷或硫酸酯反应制得。 常用的催化剂有 H2SO4， HCl 或 R S O 3 H等。酸的作用是使羰基质子化而提高羰基的反应活性。 酯化反应是可逆反应，其平衡混合物的组分可表示为： K正 酯 水 酸 醇 平衡常数 K 正 在一定温度下是一定值，为使反应向产物方向进行，提高生成物 产量，一般可采用以下方法： a. 增加羧酸和醇的用量，本实验中采用增加乙醇用量来达到，用乙醇较

6、 便宜易得，而且易从产物中蒸馏除去。 b. 应用较多量的 H2SO4 与生成的水结合。 c除去反应中形成的水分，这是常用的提高产率的方法，特别是大规模工业制备。 酯化反应的速率明显地受羧酸和醇的结构影响，尤其是空间位阻效应。 2除去反应物中水的几项措施： a形成共沸物，实验操作中接上分水器。 b边反应边蒸馏，除去部分反应生成的水。 - 5 - 本实验设计中采用分离器，利用环己烷 与水、醇形成共沸物除去水，提高酯化产率，另一项措施是加大醇的投入。 （ 原 教材 中是采用苯与水、醇相成共沸物除去水，但 由于苯有较大的毒性，所以我们改进了本实验，采用环己烷 与水、醇相成共沸物除去水 ，反应时间缩短为

7、 1小时 ，产率 接近 80 ） 六、 实验数据记录 1. 100ml 圆 底烧瓶中，加入 8g 苯 甲 酸， 20ml 95%乙醇， 15ml 环己烷 和 3ml浓 H2SO4， 加入几粒沸石，装上分水器，在分水器上端接上回流冷凝管，加热回流。 2开始回流速度要慢，随着回流的进行，分水器中出现了上下 两 层液体，且下 层渐多。约 1h 后，分水器 下 层液体已达 5 6ml，即可停止加热。放出 上，下层液体并记录 下 层液体体 积。继续加热， 把 多余的乙醇和 环己烷 蒸至 分 水器中，（当 分水器 充满时放出液体，注意移开火源）。 3将瓶中残液倒入盛有 60ml冷水的烧杯中，在搅拌下分批加

8、入 NaCO3 粉末 至 没有 CO2 气体产生 。（ pH 呈中性） 4分液漏斗分出粗产物，用 20ml 乙酸乙酯分两次 萃取水层。合并粗产物和乙酸乙酯 萃取液，用无水 CaCl2 干燥（ 2g）约半小时。 5先蒸去 乙酸乙酯 ，后接上空气冷凝管加热蒸馏，收集 210 213 的馏分。 产物质量 约 7.8g。 - 6 - 七、 实验结果计算及曲线 实际产率 7.8 产率 % 100% 100% 79.3% 理论产量 150 0.066 产物纯化分离流程图 : COOH ， C2H5OH ， H2SO4 ， 环己烷 COOH COOC2H5 C2H5OH ， 环己烷 环己烷 C2H5OH ，

9、 H2O ， ， 圆 底烧瓶 水分离器 COOH COOC2H5 C2H5OH ， 环己烷 ， ， H2SO4 水 NaCO3 分液，乙酸乙酯 萃取 Na2SO4 ， CO2 , COONa COOC2H5 ， C2H5OC2H5 干燥 蒸馏 乙酸乙酯 COOC2H5 说明： 1加入环己烷 与乙醇、水形成三元共沸物（沸点 67， 含 水 7%），由反应瓶中蒸去生成的水。 2加入 Na2CO3 的目的是除去硫酸及未作用的苯甲酸。分批加入，如加入太快 ，会 产生 大量的泡沫而使液体溢出。 - 7 - 3苯甲酸乙酯的沸点 210 213，此时要用空气冷凝管收集以免冷凝管由于温差太大而产生破裂。 八、

10、 对实验结果和实验中某些现象的分析讨论 本实验应用分水 器将反应产生的水通过与环己烷 、乙醇形成共沸物的方法从反应体系中分离，从而提高酯化产率。 若不将水分从反应体系中分离，当酯化反应达到平衡时，这时平衡产率计算如下： （平衡常数为 0.166） C O 2 H+ C 2 H 5 O H H 2 S O 4C O 2 C 2 H 5+ H 2 O0.066 X 0.32 X X X X2 0.166 (0.066-X) (0.32-X) X 0.038(ml) 0 . 0 3 8 1 0 0 % 5 8 %0 . 0 6 6 平 衡 产 率 应用了分水器后能大大地提高反应的转化率，通过量取分水

11、器 下层 液体的体积能估计出酯化反应进行的程度。 2.为除去硫酸及未作用的苯甲酸，可加入碳酸钠，待 pH 至中性，溶液会由混浊至清。 实验精确度 % - 8 - 九、 实验方法指示及注意事项 1. 正确掌握分 水 器的使用方法。 2苯甲酸乙酯的密度（ d204 为 1.0468），与水的密度接近， 也 可以用乙醚萃取 。 3实验中应用了大量的易燃溶剂，注意防止火灾 。 4最后蒸馏收集苯甲酸乙酯用的仪器要充分干燥，接收器要事先称重。 备注 主要物料及产物的物理常数 名称 相对分 子量 性状 密度 (d204 ) 熔点（） 沸点（） 折光率（ %） 苯甲酸 1220.10 无色晶体 1.2659 122.4 249 1.5040 乙醇 46.05 无色液体 0.7893 -117.3 78.5 1.3611 苯甲酸乙酯 150.15 无色液体 1.0468 -34.6 212.4 1.5007