11级应用化学专业实验

实验1 阴离子型表面活性剂十二醇硫酸钠的合成

一、实验目的

1.了解阴离子型表面活性剂的结构、性能和一般制法；

2.掌握磺化反应的机理；

3.掌握烷基醇硫酸钠的制备方法。

二、实验原理

1.性质

白色浆状物或粉末。具有去污、润湿、发泡、乳化、分散等性能。生物降解度>90%，无毒因而具有对环境污染较小的优点。在较宽的pH值范围内比较稳定。其钠盐或铵盐呈中性，能溶于水，对水硬度不敏感，对酸、碱水解的稳定性好。它的钙盐或镁盐在水中有相当高的溶解度，可在硬水中使用。

2.用途

十二醇硫酸钠主要用于家用和工业用洗涤剂、牙膏发泡剂、纺织助剂、护肤和洗发用品(常用三乙醇胺的盐)等的配方成分。

3.原理

脂肪醇硫酸酯盐又称为脂肪醇硫酸盐，通式为ROSO3M，其中R为C8~C20，但以C12~C14者最为常见。虽然在化妆品配制中也常用三乙醇胺的盐和镁盐等，但这类产品通常以钠盐溶液使用。

脂肪醇硫酸钠的水溶性、发泡力、去污力和润湿力等使用性能与烷基碳链结构有关。当烷基碳原子数从12增至18时，它的水溶性和低温下的起泡力随之下降，而去污力和在较高温度(60℃)下的起泡力都随之有所升高，至于润湿力则没有规律性的变化，其顺序为C14﹥C12﹥C16﹥C18﹥C10﹥C8。

十二醇硫酸钠又称月桂醇硫酸钠，具有优良的发泡、润湿、去污等性能，泡沫丰富、洁白而细密。它的去污力优于烷基磺酸钠和烷基苯磺酸钠，在有氯化钠等填充剂存在时洗涤效能不减，反而有些增高。由于十二醇硫酸镁盐和钙盐有相当高的水溶性，因此十二醇硫酸钠可在硬水中应用。它还较易被生物降解，无毒因而具有对环境污染较小的优点。

十二醇硫酸钠的制法，可用发烟硫酸、浓硫酸或氯磺酸与十二醇反应，首先进行硫酸化反应，生成酸式硫酸酯，然后用碱溶液将酸式硫酸酯中和。硫酸化反应是一个剧烈的放热反应，为避免由于局部高温而引起的氧化、焦油化、成醚等种种副反应，需在冷却和加强搅拌的条件下，通过控制加料速度来避免整体或局部物料过热。十二醇硫酸钠在弱碱和弱酸性水溶液中都是比较稳定的，但由于中和反应也是一个剧烈的放热反应，为防止局部过热引起水解，中和操作仍应注意加料、搅拌和温度的控制。

本实验以十二醇和氯磺酸为原料，反应式如下:

CH3(CH2)11OH+ClSO2OH→CH3(CH2)11OSO3H+HCl

CH3(CH2)11OSO3H+NaOH→CH3(CH2)11OSO3Na+H2O

三、实验操作

在装有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗和尾气导出吸收装置的三口烧瓶内加入19g(0.1mol)月桂醇①。开动搅拌器，瓶外用冷水浴(温度0~10℃)冷却，然后通过滴液漏斗慢慢滴加13g(0.11mol)氯磺酸②，控制滴加的速度，使反应保持在30~35℃的温度下进行③。加完氯磺酸后继续在30~35℃下搅拌60min。结束反应后可用水喷射泵轻轻抽去反应瓶内残留的

氯化氢气体。得到的烷基磺酸密封备用。

在烧杯内加入18mL30%氢氧化钠水溶液④，杯外用冷水浴冷却，搅拌下将以上制得的酸式硫酸酯慢慢加入其中。中和反应控制在50℃以下⑤进行并使反应液保持在碱性范围内⑥，加料完毕pH值应为8~9，必要时可用30%的氢氧化钠溶液调整溶液的酸碱性。加入约0.5g30%双氧水搅拌漂白，得到稠厚的十二醇硫酸钠浆液⑦

将上述浆液移入蒸发皿，在蒸气浴上或烘箱内烘干，压碎后即得到白色颗粒状或粉状的十二醇硫酸钠约33g，收率约110%。⑧

四、产品检验

纯的十二醇硫酸钠为白色固体，能溶于水，对碱和弱酸较稳定，在120℃以上会分解。本实验制得的产品和工业品一样，为不纯物。工业品的控制指标一般为:

活性物含量≥80%

高碳醇≤3%

pH值(3%溶液)8~9

判断反应完全程度的简单定性方法是取样溶于水中，溶解度越大和溶液越透明表明反应越完全(脂肪醇硫酸钠溶于水中形成半透明溶液，相对分子质量越低溶液越透明)。活性物含量的测定可参考GB5173-85。

无机盐含量可按一般灰分测定法测出。

水分含量，可通过加热至恒重的一般方法测出。

五、注意事项

①所用的仪器必须经过彻底干燥，装配时要确保密封良好。

②氯磺酸也可以用5.87mL98%的浓硫酸或含游离SO3的发烟硫酸代替，操作不变。但由此得到的产物收率偏低，质量也较差。

③温度高时酸式硫酸酯可能分解。

④氢氧化钠用量不宜过多，以防产物pH值过高，宁可以后再补充。

⑤避免酸式硫酸酯在高温下发生水解。

⑥产物在弱酸性和弱碱性介质中都是比较稳定的，由于在碱性条件下具有较好的使用性能，因此必须保证中和完全。

⑦实验到此暂告一段落，将浆状物铺开自然风干，留待下次实验再称重。

⑧由于中和前未将反应混合物中的ClSO3H、H2SO4及少量的HCl分离除去，最后产物中混有Na2SO4和NaCl等杂质，造成收率超过理论值。这些无机物的存在对产品的使用性能一般无不良影响，相反还起到一定的助洗作用。微量未转化的十二醇也有柔滑作用。

思考题

1.磺化反应的影响因素有哪些？

2.试计算废酸量。

3.十二醇硫酸钠可用于哪些产品配方中？

实验2 食品防腐剂尼泊金甲酯

一、实验目的

1.熟悉尼泊金酯类防腐剂的制备方法；

2.掌握经典的酯化反应操作。

二、实验原理

1.性质

尼泊金酯的学名是对羟基苯甲酸酯，由于具有毒性低，几乎无味、无刺激性以及在较宽的pH 值范围内能保持较好的抗菌效果等优点，使其成为在食品加工中应用较广的食品防腐剂。尼泊金酯类防腐剂均为无色结晶或白色粉末，主要品种及其熔点如下：甲酯126~128℃；乙酯116~118℃；丙酯95~98℃；丁酯69~72℃。合成尼泊金酯的反应式如下： C HO OH O C O

OR H 2O H R = CH 3,C 2H 5,n-C 3H 7,n- C 4H 9

本实验以对羟基苯甲酸和甲醇为原料，用浓硫酸作催化剂，进行经典的酯化反应来制备尼泊金甲酯。

2.原料

对羟基苯甲酸、甲醇、浓硫酸、氢氧化钠(50%溶液)、碳酸氢钠(10%溶液)

三、实验操作

在装有搅拌器、回流冷凝管和滴液漏斗的250mL 三口烧瓶中，放入50.5mL(40g ，1.25mol)甲醇，搅拌下由滴液漏斗缓慢滴入2.5mL 浓硫酸①，再加入34.5g(0.25mol)对羟基苯甲酸，温热使固体全溶，再升温至保持轻微回流6h 。冷却至室温，用50%的氢氧化钠溶液调节pH 至6，蒸馏回收过量的甲醇。冷却，析出结晶，用10%的碳酸氢钠溶液调节pH 至7~8。抽滤，水洗，结晶至洗液的pH 值为6~7，晾置，烘干，得无色结晶的尼泊金甲酯粗品约33g ，产率约85%。

将尼泊金甲酯粗品放入带有回流冷凝管的圆底烧瓶中，加入适量的甲醇，使在加热时尼泊金甲酯能全溶。冷却后加入适量的活性炭微沸片刻，趁热过滤。滤液冷却结晶，抽滤，水洗，晾置，烘干，得到尼泊金甲酯精品②约30g ，熔点126~128℃，产率约79%。

四、注意事项

1.除浓硫酸外，也可选用对甲基苯磺酸等有机强酸或强酸性阳离子交换树脂作催化剂。

2.采用此酯化操作，用乙醇、丙醇或丁醇代替甲醇，可分别制备尼泊金乙酯、丙酯、丁酯。

思考题

1.试写出以对羟基苯甲酸和甲醇为原料合成尼泊金甲酯的反应机理？

2.在此反应中，浓硫酸的作用是什么？

3.还可以采用什么方法来分离提纯尼泊金甲酯？

实验3 皮革助剂——白色乳化蜡涂饰剂的制备

一、实验目的

1． 了解皮革涂饰剂的主要组成和应用性能；

2． 掌握制备乳化蜡的方法、原理及工艺过程。

二、实验原理

1.性质

蜡乳液(Emulsionwax)作为重要的皮革助剂，具有填充、防粘、滑爽、上光、防水等多种功能，使皮革手感柔软，涂层光泽自然，粒面细致，耐干湿擦能力提高。

2.用途

主要用于皮革底、中、顶层涂饰，适合于处理各种高档革(包括白色革)，可单独使用，也可与丙烯酸类和聚氨酯类等多种涂饰剂配合使用。