实验九 水蒸汽蒸馏和柠檬烯的提取1

实验九水蒸气蒸馏及柠檬烯的提取（5学时）

一、实验目的

1．学习水蒸气蒸馏的原理及其应用。

2．认识水蒸气蒸馏的主要仪器，掌握水蒸气蒸馏的装置及其操作方法。

3．学习柠檬烯的提取方法。

二、实验原理

水蒸气蒸馏（Steam Distillation）是将水蒸气通入不溶于水的有机物中或使有机物与水经过共沸而蒸出的操作过程。它是用来分离和提纯液态或固态有机化合物的一种方法。

适用范围：

（1）从大量树脂状杂质或不挥发性杂质中分离有机物；

（2）除去不挥发性的有机杂质；

（3）从固体多的反应混合物中分离被吸附的液体产物；

（4）常用于蒸馏那些沸点很高且在接近或达到沸点温度时易分解、变色的挥发性液体或固体有机物，除去不挥发性的杂质。

利用水蒸气蒸馏对，被提纯物质必须具备以下几个条件：

（1）不溶或难溶于水；

（2）在沸腾时不与水起化学反应；

（3）在100℃左右时，必须具有一定的蒸气压（蒸气压至少666.5~1333Pa，即5~10mmHg）。

根据分压定律：当水与有机物混合共热时，其总蒸气压为各组分分压之和。即：p= pH2O + pA，当总蒸气压（p）与大气压力相等时，则液体沸腾。有机物可在比其沸点低的多的温度，而且在低于100 ℃的温度下随蒸气一起蒸馏出来，这样的操作叫做水蒸气蒸馏。

馏出液组分的计算：

假定两组分是理想气体，则根据pv= nRT = mRT / M

得mA / m(H2O) = MApA /M(H2O)p(H2O)。

例：苯甲醛（b.p. 178℃），进行水蒸气蒸馏时，在97.9℃沸腾。

这时pH2O = 703.5 mmHg

pC6H5CHO = 760-703.5 = 56.5 mmHg，M(C6H5CHO) = 106，M(H2O) = 18，代入上式得：

m(C6H5CHO)/m(H2O) =106×56.5 / 18×703.5 = 0.473 (g)

即每蒸出0.473 (g) C6H5CHO，需蒸出水的量为1 g，若蒸10 mL C6H5CHO，需出水量（理论）：10×1.041 / 0.4733 = 10.41 / 0.473 = 22 mL（H2O）这个数值为理论值，因为实验时有相当一部分水蒸气来不及与被蒸馏物做充分接触便离开蒸馏瓶，同时苯甲醛微溶于水，所以实验蒸馏出的水量往往超过计算值，故计算值仅为近似值。

工业上常用水蒸气蒸馏的方法从植物组织中获取挥发性成分。这些挥发性成分的混合物统称精油，大都具有令人愉快的香味。从柠檬、橙子和柚子等水果的

果皮中提取的精油90%以上是柠檬烯（其结构式如下图）。

它是一种单环萜，分子中有一个手性中心。其S 一(一)一异构体存在于松针油、薄荷油中；R 一(+)异构体存在于柠檬油、橙皮油中；外消旋体存在于香茅油中。本实验是先用水蒸气蒸馏法把柠檬烯从橙皮中提取出来，再用二氯甲烷萃取，蒸去二氯甲烷以获得精油，然后测定其折光率、比旋光度并用气相层析法测定其

中柠檬烯的含量。纯粹的柠檬烯：b.p.=176℃；0d n =1.4727；20][d =+125.60。

鉴别：取柠檬烯1滴，加硫酸3～5滴及香草醛结晶少量，即显橙红色，加水1滴后即显紫色。

三、试剂及器材

1．器材：水蒸气发生器，安全管，250ml 三颈烧瓶，直形冷凝管，导气管，T 形夹，90°弯管，尾接管，真空塞，分液漏斗两个，50 mL 干燥圆底烧瓶2个，50 mL 干燥锥形瓶1个，蒸馏头（或蒸馏弯管），温度计套管，温度计(200 ℃)，酒精灯，石棉网，铁架台，十字夹。

2．试剂：二氯甲烷，无水硫酸钠，沸石。

四、主要试剂及产品的物理常数

五、实验内容与基本操作

1．水蒸气蒸馏

（1）水蒸气发生器：长玻管作安全管，防止由于导管堵塞引起爆炸，如水位上升，要打开T 形管，排出故障。实验室中可用较大的圆底烧瓶代替，但要加沸石。

（2）T 形管：用来排放冷凝水，在导管堵塞时，打开它，以免蒸馏容器内气压增大，发生危险。这一段连接的距离要尽可能短，否则，大量水蒸气未被利用即已冷凝为水，使蒸馏速度太慢。T 形管开始要打开,只有在有大量水蒸气冲出时,才夹紧夹子。

（3）三颈瓶或圆底烧瓶内体积应保持不增加，必要时可加热。 操作要点：

① 被蒸馏物的体积不超过容积的1/3； ② 蒸馏瓶与桌面成45°角（普通仪器）；

③导气管距瓶底约1cm；

④蒸馏瓶中的液体不得超过2/3；

⑤蒸馏速度2-3d/s；

⑥停止蒸馏前先开安全阀，然后除去热源，以免发生倒吸。

2．水蒸气蒸馏装置

（1）常量水蒸馏蒸馏装置

图1

（2）少量物质的水蒸气蒸馏装置

图2 图3

接水蒸气

发生器

少量物质的水蒸气蒸馏装置

图4 图5

2．实验内容

(1)将2～3个橙子皮[1]剪成细碎的碎片，投入250 mL三口烧瓶中，加入约30 mL水，按图1安装水蒸气蒸馏装置。

(2)松开弹簧夹E。加热水蒸气发生器A至水沸腾，三通管D的支管口有大量水蒸气冒出时夹紧弹簧夹E，打开冷凝水，水蒸气蒸馏即开始进行，可观察到

在馏出液的水面上有一层很薄的油层。当馏出液收集约60～70 mL时，松开弹簧夹E，然后停止加热。

(3)将馏出液加入分液漏斗中，每次用10 mL二氯甲烷萃取3次。合并萃取液，置于干燥的50 mL锥瓶中，加入适量无水硫酸钠干燥半小时以上。

(4)将干燥好的溶液滤入50 mL蒸馏瓶中，用水浴加热蒸馏。当二氯甲烷基本蒸完后改用水泵减压蒸馏以除去残留的二氯甲烷。最后瓶中只留下少量橙黄色液体即为橙油。

(5)测定橙油的折光率[3]。

鉴别：取柠檬烯1滴，加硫酸3～5滴及香草醛结晶少量，即显橙红色，加水1滴后即显紫色。

六、注意事项

1．安装正确，连接处严密。严守操作程序。

2．蒸馏烧瓶中要加入碎瓷或沸石数粒（防止暴沸），才能加热。

3．调节火焰，控制蒸馏速度2-3 d/s。

4．随时关注安全管中水位是否正常。一旦安全管中水位持续上升，应首先打开T形管处弹簧夹。

5．冷凝水流速要控制好，不然可能造成冷凝管堵塞，引起事故。

6．T形管夹前后的距离都应尽可能短，以减少水蒸气的冷凝。

7．中间蒸馏烧瓶中体积应保持不变，必要时可加热，否则蒸馏慢。

8．停火前必须先打开螺旋夹，然后移去热源，以免发生倒吸现象。

9．半微量装置中，恒压滴液漏斗的支臂要保温, 控制加热温度，保证蒸气上升的速度及蒸气量的供给。

七、思考题

1．蒸气蒸馏用于分离和纯化有机物时，被提纯物质应该具备什么条件？蒸气发生器的通常盛水量为多少？

2．安全玻管的作用是什么？

3．蒸馏瓶所装液体体积应为瓶容积的多少？蒸馏中需停止蒸馏或蒸馏完毕后的操作步骤是什么？

4．产品回收率低的原因是什么？