精细化工实验技术第十八章专题实验实例 第四节实验方案的实施

后溶液澄清。安装一套分馏装置，将干燥过的芳烃层移入干
燥的圆底烧瓶中，用水浴加热分馏，馏出速度控制在每2秒1
滴为宜。当温度升到79～82℃加热一段时间至温度下降时，
停止加热，将烧瓶中的液体移入较小的干燥过的蒸馏烧瓶中
进行蒸馏，改用空气冷凝管，收集134～138℃的馏分，测定
折射率，计算体积及收率。纯乙苯为无色液体，沸点
精细化工试验技术
第十八章 专题实验实例
一、课题名称 二、文献检索与研究 三、初定实验方案 四、实验方案的实施 五、数据处理及论文撰写 六、说明
专题实验实例
四、实验方案的实施（预做实验略） 1．溴乙烷的制备 ⑴ 乙醇的溴化 在带有分馏柱及气体吸收装置的250mL 圆底烧瓶中，加入计算量30.9 mL（0.53mol）的95%乙醇和 约30mL的水[1], 在不断振荡和冷水冷却下，缓慢地加入计算 量56.7 mL（1.07mol）的浓硫酸，将混合物冷却至室温。在 振荡下，加入计算量41.2 g（0.4mol）的事先研细的无水溴 化钠及少许沸石。用小火加热，直到溴化钠全部溶解为止， 反应温度控制在40～50℃[2]。收集馏出液，直到无油状物馏 出为止，反应时间约2h。将残留物料趁热倒入回收烧瓶中。
专题实验实例
表18-4 苯甲酸乙酯制备正交实验表
列号
酸醇比
催化剂的种类
反应时间
4
5
实验号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1（1:4） 1 1 1
2（1:5） 2 2 2
3（1:6） 3 3 3
4（1:7） 4 4 4
1（浓硫酸） 2（FeCl3·6H2O
专题实验实例
⑵ 三苯甲醇的制备 将计算量为3.8 mL（0.027mol） 的苯 甲酸乙酯与5 mL无水乙醚的混合液加入滴液漏斗中，缓缓滴加于 上述格利雅试剂中，水浴温热至溶液沸腾，保温回流1 h。用冰水 浴冷却至室温得粘稠淡黄色液体。再从滴液漏斗中慢慢滴入30 mL 氯化铵的饱和溶液以分解加成产物[19]。将反应混合物转入分液漏 斗中，分去水层。把上层乙醚层移入干燥的四口烧瓶中，安装蒸 馏装置，用水浴回收乙醚。然后改装成水蒸气蒸馏装置，在烧瓶 中加入适量水进行水蒸气蒸馏，至无油状物馏出为止[20]。瓶中的 三苯甲醇呈淡黄色蜡状固体。在冰水浴中充分冷却后，减压抽滤， 并用少量冷水洗涤滤饼。粗产品干燥后称重。
及产率。纯苯甲酸乙酯为无色液体，沸点213℃， 折射率n
20 D
=
1.5001。
专题实验实例
苯的回收 将酯化反应步骤中水分器收集的混合液体移 至分液漏斗中，加入混合液体积量一倍的水，振荡，静置后 小心分出苯层，加少许无水氯化钙进行干燥。等液体澄清后 经简单蒸馏，收集79 ～ 81℃的馏分，即得较纯净的无色透 明的苯。
专题实验实例
4．苯甲酸乙酯的制备
采用正交实验法组织实验。
⑴ 构造因素水平表 文献表明，酸醇比、催化剂的种 类和反应时间三个因素对苯甲酸乙酯的产率及纯度变化影响 较大。每个因素分别选择4个水平，于是构造出具体的因素 以及水平表，见表18-3。
表18-3 苯甲酸乙酯制备正交实验的因素与水平的设计
因素
水平
专题实验实例
⑵ 分离、干燥 待上述反应混合物充分冷却后，移至
通风橱内，在搅拌下将反应混合物缓缓地加到盛有100g冰、
100 mL 水和10mL浓盐酸的烧杯中，振荡洗涤[8]。然后把它
移入分液漏斗中静置分层。分出芳烃层（保留水层待回收
用），用等体积冷水洗涤2~3次，把芳烃层转入干燥的锥形
瓶中，加入约3g无水氯化钙干燥，轻轻摇动后静置1 ~ 2 h
的碳酸钠粉末[13]中和至无二氧化碳气体产生为止，此时用pH
试纸检测为中性。将上述溶液移至分液漏斗中，用50mL乙醚
[14]萃取苯甲酸乙酯，水层也用5mL乙醚萃取两次后，合并油
层，用适量无水氯化钙干燥。安装一套普通蒸馏装置先用水
浴去除乙醚、苯、乙醇等低沸点杂质，再用电热套或甘油浴
加热蒸馏，收集210～213℃的馏分，测定折射率，计算体积
专题实验实例
⑵ 酸化、分离、蒸馏 将反应所得的馏出液移入分液 漏斗内，振荡并静置分层。收集下层粗制溴乙烷于干燥的锥 形瓶中，并置于冰水浴中冷却。振荡下逐滴加入浓硫酸，以 除去乙醚、乙烯、水、乙醇等杂质[3]，滴加硫酸的量以能观 察到上层澄清的溴乙烷和下层硫酸层有明显的分层为止，再 用干燥的分液漏斗分去硫酸层。将溴乙烷转入蒸馏烧瓶[4]中， 在水浴上加热蒸馏，用干燥的浸入冰水中的锥形瓶作接收器， 收集36 ~ 40℃的馏分，测定折射率，计算体积及收率。纯 溴乙烷为无色或白色液体，沸点38.4℃，折射率。
按正交表安排的第1组正交实验步骤如下：
苯甲酸的酯化反应 在250mL四口烧瓶中加入计算量 12.2g （0.10 mol）的苯甲酸、24 mL（0.4mol）的无水乙 醇、20 mL苯和约4 mL 的浓硫酸。摇匀后加入少许沸石。安 装一套带有水分器的回流装置。由回流冷凝管上口，加苯流 入水分器的支管。将四口烧瓶置于水浴中，加热回流，随着 回流的进行，水分器中液体出现分层现象[12]。继续加热回流 约2 h左右，当水分器中再没有小水珠向下滚落时即可停止 加热。放出水分器中的液体，保留此混合溶液以待回收。
其它15组正交实验按确定的正交实验表18-4依次展开实 验。
⑶ 处理正交实验结果 按照第十七章实例的做法，对 正交实验结果进行处理，得到最佳反应条件。
⑷ 验证实验 得到一组最佳反应条件后验证两次。 ⑸ 在最佳条件下制备苯甲酸乙酯，并精制待用。 。
专题实验实例
5．三苯甲醇的制备
⑴ 格利雅试剂的制备 安装一套带电动搅拌的回流装 置。所有仪器及药品需事先经充分干燥处理[15]。在回流冷凝 管上口装上氯化钙干燥管，取下滴液漏斗，从侧口加入1.5 g（0.06 mol）镁屑[16], 一小粒碘[17]，装上滴液漏斗，滴液 漏斗中加入计算量6.3 mL（0.06mol）的溴苯及25 mL无水乙 醚的混合液。先滴入约10 mL混合液至250mL四口烧瓶中，慢 速搅拌，反应随即开始，片刻后碘的颜色逐渐消失。如反应 经过几分钟后仍不发生，可用温水浴加热。继续缓缓滴入其 余的溴苯乙醚混合溶液，保持溶液微微沸腾状态[18]。滴加完 毕，再用温水浴加热回流约1h使镁屑作用完全，冷却至室温 得苯基溴化镁。
） 3（AlCl3·6H2O
） 4（CrCl3·6H2O
）
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
1（2.0） 2（2.5） 3（3.0） 4（3.5）
2 1 4 3 3 4 1 2 4 3 2 1
收率
折射率
专题实验实例
碱处理、分离、干燥、蒸馏 将上述烧瓶中的混合溶液
倒入盛有约100 mL 冷水的烧杯中，在搅拌下分批加入研细
⑶ 硫酸氢钠的回收 把反应瓶中的残液倒入烧杯后， 将烧杯放在冷水浴中冷却，轻轻搅动溶液，使晶体析出。等 溶液冷却至室温时，进行抽滤，滤饼烘干，即得硫酸氢钠粗 品。将硫酸氢钠粗品加适量水，进行重结晶，可得较纯净的 硫酸氢钠无色晶体。
专题实验实例
2． 乙苯的制备 ⑴ 苯的烷基化反应 安装一套由250mL四口烧瓶及电动搅拌、 滴液漏斗、回流冷凝器构成的反应装置。回流冷凝器上口装一个 无水氯化钙干燥管，用橡胶管连接气体吸收装置。从侧口取下滴 液漏斗，迅速加入研细的32.0g（0.24 mol）无水三氯化铝[5]及60 mL苯[6]（计算量1.0mol的三分之二），然后把四口烧瓶置于水浴 中。另外，在滴液漏斗中加入计算量15.0g（0.2mol）的溴乙烷及 苯30 mL （计算量的三分之一），并摇匀混合。在不断搅拌下， 将滴液漏斗中的混合溶液缓慢地滴入四口烧瓶中，以每秒1～2滴 为宜。当观察到有气体逸出，并有红棕色物质[7]生成时，表示反 应已经开始。此时，应立即减慢加料速度，使溴化氢气体平稳地 逸出。滴液漏斗中的混合液加完后，继续搅拌。当反应缓和下来 时，用小火加热，使水浴温度逐步上升到60 ～ 65℃，并在此温 度范围内，保温 1.5 ～ 2 h。然后停止搅拌，改用冷水浴冷却， 烷基化反应完成。
136.2℃,折射率n
20 D
=
1.4952。
专题实验实例
⑶ 副产物铝化物的回收 将上述后处理时分出的水层 加热至70℃左右，移至通风橱中，滴加氨水并轻轻搅拌，即 有蓬松白色胶状氢氧化铝沉淀生成，继续滴加氨水，直到不 再产生沉淀为止，此时溶液的pH值约为7。冷却后抽滤，把 滤饼放入盛有200mL热水的烧杯中搅匀后再抽滤。把所得滤 饼烘干后即得白色氢氧化铝粉末。
⑶ 三苯甲醇的精制 粗产品用乙醇水溶液（w = 0.70）重结
晶[21]，加Байду номын сангаас量活性炭脱色，可得到纯度较高的产品。测定熔程， 计算收率。纯三苯甲醇为白色片状结晶体，熔点164.2℃。
专题实验实例
3．苯甲酸的制备
⑴ 乙苯的氧化反应 在装有回流冷凝器、温度计及搅 拌器的500mL四口烧瓶中投入6.2 mL（0.05 mol）乙苯和 300mL水，加热至沸腾。从冷凝管上口少量多次加入31.6 g （0.2 mol）的高锰酸钾[9]；黏附在冷凝管内壁的高锰酸钾 用25mL水冲洗入瓶内。继续加热回流约4~5h。将反应混合物 趁热减压过滤[10]，用少量热水洗涤滤饼二氧化锰。合并滤液 和洗涤液，放在冰水浴中冷却，然后用浓盐酸酸化，用pH试 纸检验溶液为强酸性，直到苯甲酸全部析出为止。将析出的 苯甲酸减压过滤，用少量冷水洗涤，挤压去水分，得到苯甲 酸粗品。
专题实验实例
⑵ 重结晶 把制得的苯甲酸粗品置于烧杯中，加入适 量水[11]，加热溶解后再充分冷却使苯甲酸完全析出。减压抽 滤，干燥，称重，测定熔程，计算收率。纯苯甲酸为无色片 状或针状结晶，熔点122.4℃。
⑶ 回收二氧化锰 将趁热过滤时的滤饼抽干，并均匀 地压平。然后用热水分批洗涤数次，直到滤液近中性为止。 取出滤饼烘干，即得黑色的二氧化锰粉末。或将趁热过滤时 的滤饼取出，加入适量热水，搅拌洗涤，静置澄清后倾去溶 液。如此洗涤数次直到洗涤液接近中性为止。减压抽滤，取 出滤饼烘干，即得黑色得二氧化锰粉末。
1
2
3
A 酸醇比/ n（苯甲酸）：n（乙醇）
1:4
1:5
1:6
B 催化剂的种类
浓硫酸
FeCl3·6H2O
AlCl3·6H2O
C 反应时间 h
2.0
2.5
3.0
4 1:7 CrCl3·6H2O 3.5
专题实验实例
⑵ 选用正交表安排实验 根据设计正交实验的表头， 见表18-4。选择L16（45）进行正交实验，其中的第4列和第5 列空出。