实验七-正溴丁烷的制备.doc

1、正溴丁烷的制备【实验目的】1.了解以正丁醇、溴化钠和浓硫酸为原料制备正溴丁烷的基本原理和方法。2.掌握带有害气体吸收装置的加热回流操作。3.进一步熟悉巩固洗涤、干燥和蒸馏操作。【实验原理】 n-C4H9O +NaBr + H2SO4n-C4H9Br +NaHSO4 + H2O副副:C32C2副H2S432C=2 +2H32H2O副2O4(H32H2)O + H2 Br +2S42 Br2 +SO2 +2【实验的准备】仪 器： 圆底烧瓶（50 ml、100 ml 各 1 个） ；冷凝管（直形、球形各 1 支） ；温度计套管（1 个） ；短径漏斗（1 个） ；烧杯（800 ml 1 个） ；蒸馏头

2、（1 个） ；接引管（1 个） ；水银温度计（150 1 支） ；锥形瓶（2 个） ；分液漏斗（1 个） 。药 品： 正丁醇 5 g 6.2 ml (0.068 mol)；溴化钠(无水) 8.3 g (0.08 mol)；浓硫酸(d1.84) 10 ml (0.18 mol)；10 % 碳酸钠溶液、 无水氯化钙。 【物理常数】溶 解 度化合物名 称分子量性 状比 重(d )熔 点()沸 点()折 光 率()水乙 醇乙 醚正丁醇74.12液 体 0.81089.8118.0 1.3991 915 正 溴丁 烷137.03液 体 1.275 -112.4 101.6 1.4396 0.0616 溴

3、化钠102.9无色立方晶体3.203 755 1390 可 溶略 溶不 溶浓硫酸98.08无色油状液体1.24 10,35340(分解) 1-丁烯56.10气 体 0.5946 -185.46.3 1.3777不 溶易 溶易溶正丁醚130,22液 体 0.77397.9142.4 1.3992 0.05 【仪器安装要点】1.按教材 p28 图 1.15(3) 安装仪器。2.有害气体吸收装置的漏斗要靠近水面, 但不能浸入水中 ,以免水倒吸。纯化过程:【操作要点】1.加料：(1)溴化钠不要粘附在液面以上的烧瓶壁上。(2)从冷凝管上口加入已充分稀释、冷却的硫酸时，每加一次都要充分振荡，混合均匀。否则

4、，因放出大量的热而使反应物氧化，颜色变深。2.加热回流：开始加热不要过猛，否则回流时反应液的颜色很快变成橙色或橙红色。应小火加热至沸，并始终保持微沸状态。反应时间约 30 min 左右，反应时间太短，反应液中残留的正丁醇较多（即反应不完全） ；但反应时间过长，也不会因时间增长而增加产率。本实验在操作正常的情况下，反应液中油层呈淡黄色，冷凝管顶端亦无溴化氢逸出。 3.粗蒸馏终点的判断：(1)看蒸馏烧瓶中正溴丁烷层(即油层) 是否完全消失,若完全消失,说明蒸馏已达终点。(2)看冷凝管的管壁是否透明,若透明则表明蒸馏已达终点。(3)用盛有清水的试管检查馏出液,看是否有油珠下沉 ,若没有,表明蒸馏已达

5、终点。4.用浓硫酸洗涤粗产物时，一定先将油层与水层彻底分开，否则浓硫酸会被稀释而降低洗涤效果。【本实验的成败关键】反应终点和粗蒸馏终点的判断。【本实验的问题】1、什么时候用气体吸收装置？如何选择吸收剂？答：反应中生成的有毒和刺激性气体(如卤化氢、二氧化硫)或反应时通入反应体系而没有完全转化的有毒气体(如氯气)，进入空气中会污染环境，此时要用气体吸收装置吸收有害气体。选择吸收剂要根据被吸收气体的物理、化学性质来决定。可以用物理吸收剂，如用水吸收卤化氢；也可以用化学吸收剂，如用氢氧化钠溶液吸收氯和其它酸性气体。 2、在正溴丁烷的合成实验中，蒸馏出的馏出液中正溴丁烷通常应在下层，但有时可能出现在上层

6、，为什么？若遇此现象如何处理？答：若未反应的正丁醇较多，或因蒸镏过久而蒸出一些氢溴酸恒沸液，则液层的相对密度发生变化，正溴丁烷就可能悬浮或变为上层。遇此现象可加清水稀释，使油层(正溴丁烷)下沉。 3、粗产品正溴丁烷经水洗后油层呈红棕色是什么原因？应如何处理？答：油层若呈红棕色，说明含有游离的溴。可用少量亚硫酸氢钠水溶液洗涤以除去游离溴。反应方程式为：Br 2 + NaHSO3 + H2O 2HBr + NaHSO 4思考题1、 本实验中硫酸的作用是什么？硫酸的用量和浓度过大或过小有什么不好？答：作用是：反应物、催化剂。过大时，反应生成大量的 HBr跑出，且易将溴离子氧化为溴单质；过小时，反应不

7、完全。2、反应后的产物中可能含有哪些杂质？各步洗涤目的何在？用浓硫酸洗涤时为何需用干燥的分液漏斗？答：可能含有杂质为：nC4H9OH， (nC2H5)2O，HBr，n-C4H9Br ，H2O各步洗涤目的：水洗除 HBr、大部分 nC4H9OH浓硫酸洗去(n C4H9)2O，余下的 nC4H9OH 再用水洗除大部分H2SO4用 NaHCO3 洗除余下的 H2SO4最后用水洗除NaHSO4 与过量的 NaHCO3 等残留物。用浓硫酸洗时要用干燥分液漏斗的目的是防止降低硫酸的浓度，影响洗涤效果。如果 1-溴丁烷中含有正丁醇，蒸馏时会形成前馏分(1- 溴丁烷-正丁醇的恒沸点 98.6,含正丁醇 13%

8、）,而导致精制产率降低。3、用分液漏斗洗涤产物时，产物时而在上层，时而在下层，你用什么简便方法加以判断？答：从分液漏斗中倒出一点上层液或放出一点下层液于一盛水试管中，看是否有油珠出现来判断。4、 为什么用饱和的碳酸氢钠溶液洗涤前先要用水洗一次？答：先用水洗，可以除去一部分硫酸，防止用碳酸氢钠洗时，碳酸氢钠与硫酸反应生成大量二氧化碳气体，使分液漏斗中压力过大，导致活塞蹦出，再用饱和碳酸氢钠溶液洗可进一步除去硫酸。洗涤振摇过程要注意放气！5、 用分液漏斗洗涤产物时，为什么摇动后要及时放气？应如何操作？答：在此过程中，摇动后会产生气体，使得漏斗内的压力大大超过外界大气压。如果不经常放气，塞子就可能被

9、顶开而出现漏液。操作如下:将漏斗倾斜向上，朝向无人处，无明火处，打开活塞，及时放气。补充：1加料时，如不按实验操作中的加料顺序，先使溴化钠与浓硫酸混合，然 后再加正丁醇和水，将会出现何现象?答：会有 Br2 产生 2从反应混合物中分离出粗产品 1-溴丁烷时，为何用蒸馏分离，而不直接 用分液漏斗分离? 答：反应完毕，除得到主产物 1-溴丁烷外，还可能含有未反应的正丁醇和副反应 物正丁醚。另外还有无机产物硫酸氢钠，用通常的分液方法不易除去，故在反应 完毕再进行粗蒸馏，一方面使生成的 1-溴丁烷分离出来，另一方面粗蒸馏过程可 进一步使醇与氢溴酸的反应趋于完全。 3本实验有哪些副反应发生？采取什么措施

10、加以抑制？ 副反应： H2SO4 (浓)+CH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH=CH2+H2O H2SO4 浓)+2CH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH+ H2O 控制反应温度不要过高 4、后处理时，各步洗涤的目的何在? 为什么要用浓硫酸洗一次?为什么在用 饱和碳酸氢钠水溶液洗涤前，首先要用水洗一次?答：用等体积的浓硫酸洗涤除去粗产物中未反应的原料丁醇或溶解的副产物 烯等。有机相依次用等体积的水 （除硫酸） 、饱和碳酸氢钠溶液 （中和未除尽的 硫酸）和水 （除残留的碱） 5回流在有机制备中有何优点? 为什么在回流装置中要用球形冷凝管?答：有机反应

11、很多情况下是在溶剂、原料的沸腾温度或较高温度下进行的，为了防止溶剂、原料或产物逸出反应体系引起损失、带来污染及不安全因素，常需要 采用回流装置。 因为球型冷凝管冷凝面积大，各处截面积不同，冷凝物易回流下来。6、在正溴丁烷制备实验中，硫酸浓度太高或太低会带来什么结果？答：硫酸浓度太高：(1)会使 NaBr 氧化成 Br2，而 Br2 不是亲核试剂。2 NaBr+3 H2SO4(浓) Br2+SO2+2H2O+2NaHSO4(2)加热回流时可能有大量 HBr 气体从冷凝管顶端逸出形成酸雾。硫酸浓度太低：生成的 HBr 量不足，使反应难以进行。 7、在正溴丁烷的制备实验中，各步洗涤的目的是什么？答：

12、用硫酸洗涤：除去未反应的正丁醇及副产物 1丁烯和正丁醚。第一次水洗：除去部分硫酸及水溶性杂质。碱洗(Na2CO3)：中和残余的硫酸。第二次水洗：除去残留的碱、硫酸盐及水溶性杂质。8、 在 1-溴丁烷的合成实验中，蒸馏出的馏出液中 1-溴丁烷通常应在下层，但有时可能出现在上层，为什么？若遇此现象如何处理？答：若未反应的正丁醇较多，或因蒸镏过久而蒸出一些氢溴酸恒沸液，则液层的相对密度发生变化，1-溴丁烷就可能悬浮或变为上层。遇此现象可加清水稀释，使油层(1-溴丁烷)下沉。9、粗产品 1-溴丁烷经水洗后油层呈红棕色是什么原因？应如何处理？答：油层若呈红棕色，说明含有游离的溴。可用少量亚硫酸氢钠水溶液

13、洗涤以除去游离溴。反应方程式为：Br2 + NaHSO3 + H2O 2HBr + NaHSO410、以溴化钠、浓硫酸和正丁烷制备正溴丁烷时，浓硫酸要用适量的水稀释目的是？答：（1）降低浓硫酸的氧化性，防止副反应的产生；（2）使生成的溴化氢气体充分溶解于水中，变成氢溴酸与正丁醇充分反应。11、写出正丁醇与氢溴酸反应制备 1-溴丁烷的反应机理。并说明实验中采用了哪些措施使可逆反应的平衡向生成 1-溴丁烷的方向移动？答：此反应主要是按 SN2 机理进行的。机理如下：实验中采取了下列措施促使可逆反应的平衡向生成 1-溴丁烷的方向移动。(1)加了过量的浓硫酸。浓硫酸在此反应中除与 NaBr 作用生成氢溴酸外，过量的浓硫酸作为吸水剂可移去副产物水；同时又作为氢离子的来源以增加质子化醇的浓度，使不易离去的羟基转