有机化学实验指导书

北方民族大学

Beifang University of Nationalities

《有机化学》课程

实验指导书

北方民族大学教务处

北方民族大学

编著 李力

校审 王凯

北方民族大学教务处

二〇一〇年六月

《有机化学》课程实验指导书

前言

在有限的教学时间内，如何使学生能够系统地学习、掌握有机化学实验技术知识，合理设置教学内容是关键。经过多年的教学实践，结合学生的学习情况，多次对教学内容进行调整，最后汇编成指导书。

本书内容包括有机实验中常用的基本操作方法、简单分析方法、常见的合成技术以及天然物提取方法等。实验内容从基本操作训练开始，由易到难，先训练学生能够根据步骤完成实验，再使其进一步完成多步实验，最后让他们能够根据查阅文献资料进行设计并完成实验。每个合成实验都体现了合成、分离提纯、产物分析的过程，符合实际生产过程。

通过本课程学习，学生应该能够熟练掌握有机化学实验中的基本操作技能和常规合成方法、合成步骤及合成思路，并初步具有独立设计实验的能力。

参与编写和实验工作的有王凯老师，编写过程中得到了化工学院副院长朱桂花教授的支持和帮助，在此向他们致以衷心感谢！

限于编者的学识水平及时间有限，书中纰漏和不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。

目录

第一部份 绪论 . ............................................................... 6

1.1本课程实验的作用与任务 ............................................... 6

1.2本课程实验的基础知识 ................................................. 6

1.3本课程实验教学项目及其教学要求 ...................................... 12

第二部份 基本实验指导 . ...................................................... 13

实验 一 常压蒸馏及沸点的测定 . .......................................... 13

实验 二 正丁醚的制备及物性参数的测定 . .................................. 14

实验 三 苯甲酸的合成 . .................................................. 15

实验 四 红外光谱法测定苯甲酸的结构 . .................................... 16

实验 五 天然色素的提取及薄层色谱分析 . .................................. 18

实验 六 乳酸正丁酯的催化合成 . .......................................... 20

实验 七 从茶叶中提取咖啡因 . ............................................ 22

实验 八 无溶剂反应：羟醛缩合反应 . ...................................... 25

实验 九 乙醇的生物合成及彩色固体酒精的制备 ............................. 27

实验 十 由鸡蛋壳制备有机酸钙 . .......................................... 29

第一部份 绪论

1.1本课程实验的作用与任务

有机化学实验是化工、制药、生物和材料等专业一门重要的实验课程，是实践教学不可缺少的一个重要环节。其主要内容包括有机化学实验的认知、基本操作和实验技术、有机化合物的制备、有机化合物的性质，天然产物的分离提取及综合设计性实验等。

实验课的任务不仅是验证、巩固和加深理论性教学所学到的基本理论知识，更重要的是培养学生实验操作能力，综合分析问题和解决问题的能力，养成严肃认真、事实求是的科学态度和严谨的工作作风，从而使学生在科学方法上得到初步的训练。

1.2本课程实验的基础知识

1.2.1 有机实验规则

为了保证有机化学实验课正常、有效、安全地进行，保证实验课的教学质量，学生必须遵守下列规则：

1、认真预习 在进入有机实验室之前，必须认真阅读本章内容，了解进入实验室后应注意的事项及有关规定。每次做实验前认真预习实验教材，复习有机化学教材中的有关章节，明确实验的目的和要求，弄清原理和操作步骤，了解实验的关键和注意事项。

2、注意安全 实验室是学生进行化学知识学习和科学研究的场所，必须严肃、认真。了解实验室水、电、气总开关的地方，了解消防器材（消火栓、灭火器等）、紧急急救箱装置的摆放位置和正确使用方法以及安全通道。禁止在实验室内吃食品、喝水、咀嚼口香糖等。在实验内不允许嬉闹、高声喧华，也不允许带耳机边听边做实验。任何有关实验安全问题，皆可询问指导老师。出现意外情况，应立即报告指导教师，即时处理。

3、规范操作 实验时要听从老师指导，严格按操作规程进行操作，不得随意改动，若因客观条件不同需要改动，须事先取得指导教师同意。及时、如实地在专用记录本或记录纸上记录观察到的现象并做出科学的解释。

4、保持实验室整洁 实验室的废弃物要按指导教师要求放在指定的废物收集器内。实验完毕要将实验仪器清洗干净，关好水电、气开关和做好清洁卫生。实验结束后，由指导老师签字，方可离开实验室。

1.2.2 实验室安全知识

1、实验者到实验室进行实验前，应首先熟悉仪器设备和各项急救设备的使用方法，了解实验楼的楼梯和出口，实验室内的电气总开关、灭火器具和急救药品在什么地方，以便一旦发生事故能及时采取相应的防护措施。

2、大多数化学药品都有不同程度的毒性，原则上应防止任何化学药品以任何方式进入人体。必须注意，有许多化学药品的毒性，是在相隔很长时间以后才会显示出来的；不要将使用小量、常用化学药品的经验，任意移用于大量化学药品的情况；更不应将常温、常压下试验的经验，在进行高温、高压、低温、低压的试验时套用；当进行有危险性或在严酷条件下的反应时，应使用防护装置，戴防护面罩和眼镜。

3、美国职业安全与健康事务管理局(OSHA)颁布了有致癌变性能的化学物质[见

Chemistry and Engineering News，p.20，July 31，(1978)]。因此实验时应尽量少与这些物质接触，实在需要使用时应带好防护手套，并尽可能在通风橱中操作。这些物质中特别要注意的是苯、四氯化碳、氯仿等常见溶剂，所以实验时通常用甲苯代替苯，用二氯甲烷代替四氯化碳和氯仿。

4、许多气体和空气的混合物有爆炸组分界限，当混合物的组分介于爆炸高限与爆炸低限之间时，只要有一适当的灼热源(如一个火花，一根高热金属丝) 诱发，全部气体混合物便会瞬间爆炸。某些气体与空气混合的爆炸高限和低限，以其体积分数表示，列表如表1。因此实验时应尽量避免能与空气形成爆鸣混合气的气体散失到室内空气中，同时实验室工作时应保持室内通风良好，不使某些气体在室内积聚而形成爆鸣混合气。实验需要使用某些与空气混合有可能形成爆鸣气的气体时，室内应严禁明火和使用可能产生电火花的电器等，禁穿鞋底上有铁钉的鞋子。

表1 与空气混合的某些气体的爆炸极限(20℃，p 0

5、在化学实验中，实验者要接触和使用各类电气设备，因此必须了解使用电气设备的安全防护知识：

（1）实验室所用的市电为频率50Hz 的交流电。人体感觉到触电效应时电流强度约为1mA ，此时会有发麻和针刺的感觉。通过人体的电流强度到了6.9mA ，一触就会缩手。再高电流，会使肌肉强烈收缩，手抓住了带电体后便不能释放。电流强度达到50 mA时，人就有生命危险，因此使用电气设备安全防护的原则，是不要使电流通过人体。

（2）通过人体的电流强度大小，决定于人体电阻和所加的电压。通常人体的电阻包括人体内部组织电阻和皮肤电阻。人体内部组织电阻约1000Ω，皮肤电阻约为1kΩ(潮湿流汗的皮肤) 到数万欧姆(干燥的皮肤) 。因此我国规定36V 50Hz的交流电为安全电压，超过45V 都是危险电压。

（3）电击伤人的程度与通过人体电流大小、通电时间长短、通电的途径如何有关。电流若通过人体心脏或大脑，最易引起电击死亡。所以实验时不要用潮湿有汗的手去操作电器，不要用手紧握可能荷电的电器，不应以两手同时触及电器，电器设备外壳均应接地。万一不慎发生触电事故，应立即切断电源开关，对触电者采取急救措施。

1.2.3 有机实验室常用玻璃仪器

有机化学实验室玻璃仪器可分为普通玻璃仪器和磨口玻璃仪器。

标准接口玻璃仪器是具有标准化磨口或磨塞的玻璃仪器。由于仪器口塞尺寸的标准化、系统化、磨砂密合，凡属于同类规格的接口，均可任意连接，各部件能组装成各种配套仪器。与不同类型规格的部件无法直接组装时，可使用转换接头连接。使用标准接口玻璃仪器，既可免去配塞子的麻烦手续，又能避免反应物或产物被塞子玷污的危险，口塞磨砂性能良好，

使密合性可达较高真空度，对蒸馏尤其减压蒸馏有利，对于毒物或挥发性液体的实验较为安全。

标准接口玻璃仪器，均按国际通用的技术标准制造，当某个部件损坏时，可以选购。 标准接口仪器的每个部件在其口塞的上或下显著部位均具有烤印的白色标志，表明规格。常用的有10，12，14，16，19，24，29，34，40等。

下面是标准接口玻璃仪器的编号与大端直径：

有的标准接口玻璃仪器有两个数字，如10/30，10表示磨口大端的直径为10mm ，30表示磨口的高度为30mm 。

使用标准接口玻璃仪器应注意以下几点：

（1）磨口塞应经常保持清洁，使用前宜用软布揩拭干净，但不能附上棉絮。

（2）使用前在磨砂口塞表面涂以少量凡士林或真空油脂，以增强磨砂口的密合性，避免磨面的相互磨损，同时也便于接口的装拆。

（3）装配时，把磨口和磨塞轻轻地对旋连接，不宜用力过猛。但不能装得太紧，只要达到润滑密闭要求即可。

（4）用后应立即拆卸洗净。否则，对接处常会粘牢，以致拆卸困难。

（5）装拆时应注意相对的角度，不能在角度偏差时进行硬性装拆，否则极易造成破损。 磨口套管和磨塞应该是由同种玻璃制成的。

1.2.4 有机化学实验基本技术知识

1、蒸馏及其技术的有关知识

蒸馏通常是指将液态物质加热至沸腾并使之汽化，然后再将汽化蒸汽冷凝为液体的过程。凡能圆满地实现这一过程的工艺称为蒸馏技术。

蒸馏技术主要用于液态混合物的分离与提纯，也可用于测定纯液态物质的沸点。还可以通过测定某液态物质的沸点定性检验其纯度。

（1）关于液态混合物的分离与提纯

将液态混合物运用蒸溜技术进行分离与提纯时，由于低沸点物质较高沸点物质更易汽化，所以混合液沸腾时初始生成的蒸汽含有较多的低沸点物。当蒸汽冷凝为液体(称为馏出液) 时，因其组成与蒸汽的组成基本相同，所以先蒸馏出来的主要是低沸点组分。这样，通过蒸馏，在不同温度阶段便可得到混合液中不同沸点的组分。从而达到分离与提纯的目的。必须指出，只有当混合物中各组分的沸点相差达到30℃以上时，才可能达到比较好的分离与提纯效果。

（2）关于恒沸混合物

某些液态有机物与其他液态物质以某一比例形成混合物时，常会形成有固定沸点的二元或三元恒沸液。例如，4.4％的水与95.6％的乙醇会形成沸点为78.17℃的二元恒沸液，工业酒精便是这种恒沸液；7.4％的水、18.5％的乙醇和74.1％的苯会形成沸点为64.86℃的三元恒沸液。显然，恒沸液不能用蒸馏的方法加以分离和提纯。

但是，事物往往都不是绝对的。加入某种极易挥发的物质，与原恒沸液中一个或几个组分生成新的恒沸液而蒸馏出来，其他组分则富集留下。工业上制无水乙醇有时就利用恒沸液将工业乙醇中所含的水带走(除去) 。其方法是在工业乙醇(乙醇含量为95.6％) 中加入一定量的苯，蒸馏此苯与工业乙醇的混合液，在64.86℃时蒸出了含苯74.1％、乙醇18.5％和水7.4％的三元恒沸液，使得工业乙醇中所含的水被三元恒沸液带走(除去) 。随后，在67.9℃时蒸出含苯68.3％和乙醇31.7％的二元恒沸液。待所有的苯蒸出后，最后的馏分便是无水乙醇了。

当然，恒沸液中的乙醇和苯还要回收使用。

（3）关于蒸馏装置

实验室中的蒸馏装置详看《基础化学实验教程》古凤才主编，第二版。

（4）蒸馏装置装配的注意事项

①安装顺序。安装顺序一般由左至右，由下而上。首先从左下侧的热源开始，先放置好热源(热浴、或电热套) ，根据热源的位置和高低选定蒸馏烧瓶的位置并固定。根据蒸馏烧瓶支管中心线与冷凝管的中心线成一直线的要求安装并固定冷凝管使之与蒸馏烧瓶支管紧密相连。进而装上接引管和接受器。最后安装温度计。要使整套装置安排在一个平面上，满足“横成面、纵成线”的要求。

②安装温度计。温度计的安装要求前面已作介绍，其目的是确保蒸馏时水银球

蒸馏弯头从而获得准确的读数。能完全被蒸汽包围，

直形冷凝管若是磨口仪器，则有专用的温度计套管，在套管内滴入几滴高沸点液体后，把温度接受弯头计放入即可。 烧瓶⑧安装冷凝管。安装水冷凝管时要使

冷凝水从下口进入，上口流出，以保证冷锥形

瓶凝管完全被水充满。当蒸馏物沸点高于

140℃时，为防止因温差大造成水冷凝管破裂，应采用空气冷凝管。 ④安装接受器。当馏出物的沸点低、

挥发性大时，应将接受器放在水浴中；当

馏出物易潮解时，在接受器上应连一装有

氯化钙等干燥剂的干燥管；

当蒸馏的同时还有有毒气体

释出时，则在接受器上应装

配毒气吸收装置。

⑤气密性试验。蒸馏装

置安装完毕后，除应检查是

否符合上述规范外，还应进

行整套装置的气密性试验，

以防止因装置接缝不严密造

图二 水蒸气蒸馏成馏出物泄漏、毒气泄漏甚

至引起火灾、爆炸等事故。

必须经检查确认装置安装正确、安全后方可投入使用。

2、回流及其技术的有关知识

有机化学的许多反应都是在液相中或液一固混合物中经长时间加热才得以完成的。为了防止在长时间加热反应过程中物料的蒸发损失以及因物料蒸发而导致火灾、爆炸、环境污染等事故的发生，多应用回流技术。

在反应中令加热产生的蒸汽冷却并使冷却液流回反应系统的过程称之为回流。凡能圆满地实现这一过程的工艺称为回流技术。

（1）关于回流装置

实验室中的回流装置主要由圆底烧瓶、冷凝管和热源等组成。冷凝管可根据需要选用水冷球形冷凝管、蛇形冷凝管或空气冷凝管。

(2)回流装置装配与操作的注意事项

①物料的加入。一般物料及沸石可事先加入到烧瓶中而后再装上冷凝管等，如果物料均是液态，也可在装好冷凝管后从冷凝管上端加入液态物料。物料的容积一般约为烧瓶容积的1/3～1/2，不超过2/3为合适。蒸馏时烧瓶中物料的容积亦然。

②安装气体吸收装置或干燥装置。对于反应过程中产生有毒性气体的应在冷凝管上端加装气体吸收装置；对于易潮解的物料或产物则应在冷凝器上端连一装有无水氯化钙等干燥剂的干燥管。

③冷凝装置的操作。为了确保回流效率和实验安全，对用水冷冷凝管时应先通水后加热及先停止加热后关冷却水，中途不得断水；要通过调节冷却水流量及加热速度来控制回流速度。以液体蒸汽浸润界面不超过冷凝管有效冷却长度的1/3为宜。

图三 回流装置

注：图(1)是普通加热回流装置；图(2)是防潮加热回流装置；图(3)是带有吸收反应中生成气体的回流装置，适用于回流时有水溶性气体(如：HCl 、HBr 、SO2等) 产生的实验；图

(4)为回流时可以同时滴加液体的装置。

3、沸点测定的技术

某液态物体加热蒸发，其蒸汽压随温度升高而增大，当其蒸汽压达到与外界施于液面总压力(通常指大气压) 相等时，有大量气泡从液体内部逸出，液体即沸腾，此时温度称为该液态物质的沸点。纯净的液态化合物在一定压力下有其固定的沸点。

沸点测定常用方法有两种，一是常量法，二是微量法。

(1)常量法测沸点

将被测液态样品装入蒸馏装置，按蒸馏操作进行蒸馏。调节热源与冷凝水流速，使馏出物的馏出速度约为每秒1～2滴，温度计水银球常见凝聚有液滴，此时温度计指示的温度恰为液相与气相平衡时的温度，即该被测液体样品的沸点。

还可用半微量的沸点测定仪测定沸点.

(2)微量法测沸点

先制作沸点外管。截取直径为3～4mm ，长约8—9cm 的薄壁玻璃管，用灯焰封闭其一端，即制成沸点外管。

将被测液态样品滴两滴于沸点外管中，取一支比沸点外管约长lcm 、且一端封闭的毛细管(称毛细起泡管，又称内管) 倒置插入液体样品中(毛细管封闭端朝上) 。

将沸点外管用小橡皮圈(或剪一小段约2mm 的乳胶管) 固定在温度计旁，而后将二者放入浴液中。

慢慢提高浴液的温度，使温度均匀地上升。当温度略高于沸点时，可见到从毛细起泡管底部冒出一连串的小气泡。停止加热，让浴液自行慢慢冷却，可见到气泡冒出的速度逐渐减缓。此时应全神贯注观察。当气泡不再冒出、液体缩回内管前的那一瞬间，毛细管内液体的蒸汽压和外界大气压相等，温度计的读数便为该被测样品的沸点。

为确保沸点测定准确，上述操作应重复数次。若几次测定的温度差不超过1℃，则说明测定准确。

4、有机实验的加热与实验室安全 (1)有机实验的加热

许多有机反应由于都发生共价键的破裂而需要较大的能量，往往在室温下难于进行，通过加热则可以加快反应速度。此外，蒸馏、重结晶、溶解等也都需要加热。因此，进行有机实验通常都离不开加热。

有机实验的加热一般有两种方式，一是直接加热，这是指热源与受热物体间的直接或仅隔容器壁的热交换；另一是间接加热，即热源与受热物体间通过传热介质进行热交换。

①直接加热。通常包括用火焰灯具和电加热器做热源两种方法。新近还发展了用微波加热的新方法。

用酒精灯、煤气灯、液化气灯等灯具直接加热时，由于火焰直接作用于耐热器皿，往往受热不均匀或温度剧烈变化而导致器皿破损。

用电加热器直接加热的电器，包括电炉、电热板、电热套、电加热棒、红外灯等。 微波加热通常是将装反应物的器皿置于微波炉中进行加热。

②间接加热 通常包括选用不同介质的热浴，如水浴、油浴、甘油浴、植物油浴、石蜡油浴、硅油浴或真空泵油浴、砂浴、空气浴等。

根据需要加热温度的不同而分别选用上述不同介质的热浴。一般来说，需要加热的温度为80℃以下时选水浴；加热温度为140～180℃时选甘油浴；加热温度为100～250℃时选油浴；加热温度不超过200℃时还可选用植物油浴(为使植物油热稳定性增加，可在其中加入1％的对苯二酚，油即因不会分解而不“冒烟”)；石蜡油浴可加热到220℃，但易冒烟燃烧；硅油或真空泵油浴可用于加热到250℃的反应或蒸馏；砂浴可加热到350℃；空气浴则用于加热较高温度。

(2)有机实验加热时的实验室安全

由于有机实验中接触到的有机溶剂、试剂等大多为易挥发、易燃、易爆的物质，许多有机溶剂、试剂在空气中含量达一定值时遇明火就会燃烧爆炸，许多有机溶剂、试剂还具毒性，因此做有机实验时安全便是头等重要的问题。做有机实验时应特别注意以下事项：

①易挥发、易燃、易爆的有机溶剂、试剂通常都不能采用直接加热而应采用间接加热。 ②要让火源离有机溶剂、试剂尽可能地远。

③不能用敞口容器盛放有机溶剂、试剂；尽可能避免或减少有机物挥发到空气中。 ④常压操作时整套装置要有一处与大气相通，切不可形成封闭体系，以免因体系内压力太大而使反应物冲出或使仪器炸裂而酿成火灾或毒害。通常将整套装置的尾气排放入水槽下水道。

⑤常压回流或蒸馏时应放沸石，并注意加热时器皿受热要均匀，升温、降温不应太剧烈，保持冷凝水畅通，以免因有机溶剂沸腾太剧烈来不及冷却逸到空气中而引起火灾。接收馏出液也应注意用小口接收器并在必要时冷却，防止因馏出液挥发逸至空气中而引起火灾。

⑥用易燃易爆的气体(如氢气、甲烷、二乙炔等等) 时要最大限度地开启实验室内的排风装置并严禁室内有明火和火星产生。

⑦万一发生着火事故，应按第一章的要求进行紧急处理。

1.3本课程实验教学项目及其教学要求

第二部份 基本实验指导

实验 一 常压蒸馏及沸点的测定

一、实验目的

了解沸点测定的意义，掌握常量法（蒸馏法）测定沸点的原理与方法。

二、实验原理

1、蒸馏：将液态物质加热至沸腾，使之变为蒸气，然后使蒸气冷却再凝结为液体，这一过程就称为蒸馏。

2、常压蒸馏：就是在正常大气压（一个大气压）下进行的蒸馏。

3、沸点：液态物质的饱和蒸气压等于外界大气压时的温度就叫做该物质的沸点。因此，沸点与外界大气压有很大关系。

4、蒸馏的作用：通过蒸馏可以用来分离和提纯有机化合物，也可以用来测定物质的沸点。

5、蒸馏对物质的要求：

(1) 被蒸馏的物质在沸点范围内加热不发生分解等化学变化。

(2) 混合液体的蒸馏要求被蒸馏物质在加热条件下不发生化学反应。

三、主要仪器及耗材

1、仪器：铁架台（2个）、带支管的蒸馏烧瓶、温度计、小三角烧瓶、酒精灯、冷凝管、橡皮管。

2、试剂：工业乙醇、沸石（或素瓷片）。

四、实验内容与步骤

1、安装仪器

如图一安装好仪器，温度计的位置应使水银球的上沿和蒸馏烧瓶的支管下沿在同一水平位置。

2、加料：把30ml 工业酒精通过漏斗加入到蒸馏烧瓶中，加入沸石（或素瓷片），塞好带温度计的塞子。

3、加热：加热前先通入冷凝水，然后再用酒精灯加热，并注意观察蒸馏烧瓶中现象和温度计的读数的变化。当瓶内液体开始沸腾时，蒸气逐渐上升，温度计水银柱急剧上升。这时应适当调小火焰，使温度略为下降，让水银球上的液滴和蒸气达到平衡，然后再稍加大火焰进行蒸馏。调节火焰，控制流出的液滴以每秒钟1—2滴为宜。当温度计读数上升至77℃时，换一个已称量过的干燥的的小三角烧瓶作接受器，收集77—79℃的馏分。 当瓶内只剩下少量（0.5—1ml ）液体时，停止蒸馏。

4、拆除装置：蒸馏完毕，先停火，后停止通水。拆卸仪器，其程序和装配时相反，即按次序取下接受器、接液管、冷凝管和蒸馏瓶。

5、称量所收集馏分的质量或量其体积，计算回收率。

五、实验注意事项

1、在安装装置时，要保证整个装置的严密性，但接液管与接受器之间不能密封。 2、温度计水银球的上沿与蒸馏烧瓶支管口的下沿在同一水平线上。 3、火源与接受器之间应保持一定距离，以免发生着火危险。

4、蒸馏烧瓶内的液体体积应占整个蒸馏烧瓶容积的1/3到2/3之间，不能太多，也不

能过少。

5、加热前一定要加沸石等止暴剂。

6、加热前一定要先通冷凝水，冷凝水应是“下进上出”；实验完毕，应先撤去火源，稍等几分钟，等温度稍微冷却后再停止通水。

7、蒸馏速度的控制十分重要，不应太快或太慢。在蒸馏过程中，应始终保持温度计水银球上有一稳定的液滴，这是气液两相平衡的象征。这时，温度计的读数便能代表液体的沸点。

六、思考题

1、在进行蒸馏操作时应注意什么问题？（从安全和效果两方面来考虑）。 2、蒸馏时，为什么要放入沸石？

3、温度计的位置应怎样确定？偏高或偏低对沸点有何影响？

实验 二 正丁醚的制备及物性参数的测定

一、实验目的

掌握低级伯醇脱水制备醚的方法，熟悉分水器的安装和使用方法。

二、实验原理

低级伯醇在酸性脱水剂催化下，共热生成单醚。 主反应： 2C4H 9OH 副反应： CH3CH 2CH 2CH 2OH

C 4H 9-O-C 4H 9 + H 2O

C 2H 5CH=CH2 + H 2O

本实验主反应为可逆反应，为了提高产率，利用正丁醇能与生成的正丁醚及水形成共沸物[见注2]的特性，可把生成的水从反应体系中分离出来。

三、主要仪器及耗材

药品：

瓶。

四、实验内容与步骤

反应装置按图所示。在250mL 三口瓶中加入31ml 正丁醇，再加入5ml 浓硫酸，充分摇匀后再加入1～2粒沸石。三口瓶一侧口装温度计，使之插入液面内。另一口装分水器，分

【注】

水器上口装回流冷凝器，事先在分水器内装入一定量的水2，第三口用塞子塞住。

电热套加热至微沸，进行反应。反应进行中，水层不断增加，反应温度逐渐上升。如果水层超过分水器支管，可打开分水器下面的旋钮，分出一部分水。当反应达到134～136℃

注

时(约需1.5h) ，可停止加热[2]。将仪器改装成蒸馏装置，再加1～2粒沸石，进行蒸馏直到无馏液蒸出为止。

将馏液倒入盛有50mL 水的分液漏斗中，充分振荡，静置，分出水层。粗产物依次用25mL 水、50mL5%氢氧化钠、15mL 水和15mL 饱和氯化钙溶液洗涤。最后用无水氯化钙干燥。

干燥好的产物进行蒸馏，收集140～144℃馏分。

纯正丁醚为无色液体，沸点142.2℃，d 4200.773,n D 201.399.

球形冷凝管

分水温器

度计三口瓶

反应装置图

五、注释

【注1】加水量为分水器支管下端总容量减去计算出反应生成的水量。 【注2】若继续加热，则溶液易变黑并有大量副产物生成。

六、思考题

1、计算本实验反应中应生成多少水？ 2、如何得知反应已经完全？

七、参考文献

《基础化学实验教程》，古凤才编著，科学出版社，2006年。

实验 三 苯甲酸的合成

一、实验目的

掌握相转移催化氧化制备苯甲酸的方法。

二、实验原理

烷基苯在相转移催化剂存在下，在强氧化剂的氧化下，氧化生成苯甲酸。 反应式：

CH 3

COOK

+KMnO 4

+ MnO2+ H2

O

COOK COOH

+ HCl

+ KCl

三、主要仪器及耗材

仪器：250mL 四口瓶、滴液漏斗、温度计、回流冷凝器、搅拌装置。 药品：甲苯2.3g （2.7mL,0.025mol ）、高锰酸钾8g(0.051mol)、二乙二醇二甲醚0.16g(4～5滴) 、浓盐酸、亚硫酸氢钠、甘油。

四、实验内容与步骤

250mL 四口瓶上装好温度计、搅拌装置、回流冷凝器和滴液漏斗。将8g 高锰酸钾、0.16g （4～5滴）二乙二醇二甲醚及100mL 水依次加到四口瓶内，再将2.7mL 甲苯倒入滴液漏斗中。在搅拌下回流，温度保持80～90℃，在此温度下慢慢滴加甲苯，控制滴加速度使其在30min 内加完。滴加完毕，回流2.5h 。反应完毕，停止加热，在搅拌下，慢慢滴加少量甘油

【注】

（约3～4mL ）1，使紫色消失。抽滤，滤去二氧化锰沉淀。溶液如仍有颜色，可加入少量亚硫酸氢钠，使其褪色。无色溶液浓缩至50mL, 冷却至室温。然后用浓盐酸酸化，析出的白

【注】

色晶体进行抽滤，干燥。若需要得到纯产物，可在水中进行重结晶2。

纯苯甲酸为无色针状晶体，熔点122.4℃。

五、注释

【注1】甘油作为还原剂，反应较激烈。要慢慢地滴加至紫色消失。

六、参考文献

《基础化学实验教程》，古凤才编著，科学出版社，2006年。

实验 四 红外光谱法测定苯甲酸的结构

一、实验目的

1、掌握红外光谱分析固体样品的制备技术。

2、了解如何根据红外光谱识别官能团，了解苯甲酸的红外光谱图。

二、实验原理

1、将固体样品与卤化碱（通常是KBr ）混合研细，并压成透明片状，然后放到红外光谱仪上进行分析，这种方法就是压片法。压片法所用的碱金属的卤化物应尽可能的纯净和干燥，试剂纯度一般应达到分析纯，可以用的卤化物有NaCl 、 KCl 、 KBr 、 KI 等。由于NaCl 的晶格能较大，不易压成透明薄片，而KI 又不易精制，因此大多采用KBr 或者KCl 做样品载体。

2、由于氢键的作用，苯甲酸通常以二分子缔合体的形式存在。只有在测定气态样品或非极性溶剂的稀溶液时，才能看到游离态苯甲酸的特征吸收。用固体压片法得到的红外光谱

－

中显示的是苯甲酸二分子缔合体的特征，在2400-3000cm 1处是O-H 伸展振动峰，峰宽且散，由于受氢键和芳环共轭两方面的影响，苯甲酸缔合体的C=O伸缩振动吸收位移到1700-

－－

1800cm 1区（而游离C=0伸展振动吸收是在1710-1730cm 1区，苯环上的C=C仲展振动吸

－－

收出现在1480-1500 cm1 和1590-1610 cm1），这两个峰是鉴别有无芳核存在的标志之一，一般后者峰较弱，前者峰较强。同时，在940cm -1处是羧基上C-OH 的弯曲振动，在690cm -1-710cm -1处是单取代苯环上的弯曲振动。

图 苯甲酸标准红外谱图

三、主要仪器及耗材

1、仪器：尼高力380型傅里叶变换红外光谱仪及附件、KBr 压片模具及附件、玛瑙研钵、烘箱、压片机等。

2、试剂：苯甲酸（苯甲酸制备实验中学生制得的产品）、KBr （分析纯）、无水乙醇等。

四、实验内容与步骤

1、学生在苯甲酸制备实验完成后，将制得的产品置于烘箱中烘1～2h ；烘干后的样品置于干燥器中待用。

2、取1-2 mg的干燥苯甲酸样品和100-200mg 的干燥KBr ，一并倒入玛瑙研钵中进行研磨直至混合均匀。

3、取少许上述混合物粉末倒入压片模中压制成透明薄片，然后放到红外光谱仪上进行测试。

4、测定一个未知样的红外光谱图。

五、实验结果处理

1、解析苯甲酸红外谱图中的各官能团的特征吸收峰，并作出标记。 2、将未知化合物官能团区的峰位列表，并根据其他数据指出可能结构。

六、思考题

1、测定苯甲酸的红外光谱，还可以用哪些制样方法？ 2、影响样品红外光谱图质量的因素是什么？

七、参考文献

《基础化学实验教程》，古凤才编著，科学出版社，2006年。

实验 五 天然色素的提取及薄层色谱分析

一、实验目的

掌握薄层色谱分析原理和天然色素的提取方法。

二、实验原理

用适合的萃取液提取天然物质，再利用薄层色谱进行分离。薄层色谱是色谱分析的一种方法，和柱色谱一样属于固液吸附色谱。其基本原理是利用混合物中各组分的吸附或分配的不同，或其他亲和作用性能的差异，通过在两相之间的分配使混合物各组分得到分离。

三、实验内容与步骤

1、天然色素的提取

番茄和胡萝卜中都含有红色色素——番茄红色和黄色色素——β－胡萝卜素，这些都属于类胡萝卜素。它们的结构为：

由于它们的结构相似可以用同一方法提取，称取２g 番茄酱放在５０mL 的锥形瓶中，加１０mL 丙酮。用刮刀搅动和压挤固体以萃取有色物质。萃取液通过滤纸小心过滤到分液漏斗中，尽量不使固体倒在滤纸上，再用１０mL 丙酮萃取一次。然后用２０mL 石油谜（６０～９０℃）分两次萃取。萃取液滤到分液漏斗中。混合的萃取液用５０mL 饱和氯化钠溶液洗涤，吸取溶液中的水溶物及萃取部分丙酮（食盐水防止乳浊液生成），再用４０mL 水分两次萃取丙酮。将有机层放入干燥的锥形瓶中用无水硫酸钠干燥，分出的水层回收以便收取丙酮。

干燥好的液体放入１００mL 圆底烧瓶中，在水浴中进行蒸馏，蒸出石油谜。得到的固体就是所提取的色素。加入２mL 石油谜，就制成了试样。留待点样使用。将蒸出的石油谜回收。

2、薄层色谱分析

薄层色谱用样品量少（０．０１ug 到几个微克），操作简单快速。可用来分离混合物，鉴别和精制样品。特别适用于挥发性小以及在高温下易发生变化的化合物的分析。它所使用的条件也是用于柱色谱的先导。

薄层色谱是通过制浆、涂片、点样、展开及显色来完成的。

（１）制浆 选好所需要的吸附剂，一般常用的吸附剂为氧化铝和硅胶。硅胶可分为硅胶H （不含黏合剂）、硅胶G （含黏合剂）和硅胶HF （含荧光物质，可在紫外光下观察）等。氧化铝同样也可分为以上几种类型。

浆液的制备可分为干法和湿法。干法是将选好的硅胶G 慢慢地倒入溶剂中调成糊状备用。湿法是将水和硅胶G 按３：１的比例在搅拌下将硅胶G 慢慢地倒入水中调成糊状，不要反过来加，防止形成团块。湿法制浆要在使用前调制，否则浆料容易凝固结块。 （２）涂片 大量使用可用涂布器涂布。简单的涂布方法是将两片在玻片用肥皂水和水洗涤干净，再用碎滤纸吸干玻片上的水分，然后将其重叠在一起，用手夹住片的上端，慢慢地浸入已调好的浆液浸涂２s 左右（上端留一些不浸涂），然后缓慢地将载玻片从浆液中取出，要求版面均匀平滑，载片边缘上的浆料用抹布轻轻地擦去，小心将两片分开，放在磁盘中。待浆料自然干燥后放入烘箱，在１０５～１１０℃下活化，约３０min 就制成了薄层板，取出来进行点样。

（３）点样 在活化好的薄层板下端约１cm 处的边上轻轻地用铅笔点一个标记作为起始线。用一根内经约一毫米的毛细管吸取制备好的试样。吸取的试样不要太多，防止样点扩散。在起始线的中央轻轻地接触薄层板，点样要迅速，接触即刻移开。待样点溶剂挥发后再重复点样约３～４次。样点直径不要超过２mm ，太大会出现拖尾现象。如果在一块薄层板上点两个以上的样点要分开距离。样点点好后就可以展开。

（４）展开 为使混合物的组分能满意的分开，应选好合适的展开剂。展开剂的选择主要是根据样品的极性、溶解度和吸附剂的活性等因素来考虑的，一般通过实验来解决。我们所选择的展开剂是１２％苯，８８％环己烷的混合物。

将展开剂倒入展开瓶或广口瓶中，使液面在样点的下方，不要接触到样点，否则样点会被溶入展开剂中无法进行展开。

将薄层板小心斜放在展开瓶中盖好盖，观察展开剂通过毛细管作用沿板上行。此时溶剂上行很快，必须留心观察。当展开剂上行至距离涂层顶端约５mm 时，将板小心取出，用铅笔作好溶剂前沿的位置记号。样点各组分随展开剂上行同时被展开在各个部位而形成各个有色斑点，去斑点的中心位置作好标记。如果斑点没有颜色就用显色法使斑点显示出来。一种是在色谱缸中或密闭的容器中放入几粒碘，把展开后的薄层板放入，待斑点明显是取出作好标记。另一种是带有荧光的硅胶可用紫外灯照射观察斑点。 3、比移值的计算

比移值R f 是表示色谱图上斑点位置的一个数值，它用来鉴定一个未知的化合物。因某个特定化合物所移动的距离与溶剂前沿所移动的距离相比是一个恒定数值。任何一种特定的化合物的R f 值是一个常数，由于在操作过程中不可能完全准确地重复所测定的条件，所以R f 值不易重复，但参考已知数据作相对的比较还是有一定意义的。

R f 值计算如下：

a 物质所移动的距离R f ==

b 溶剂前沿移动的距离

其中a 、b 的意义见示意图。

第二块板重复做一次，选择较好的一块进行测量计算R f 值。

四、参考文献

《基础化学实验教程》，古凤才编著，科学出版社，2006年

实验 六 乳酸正丁酯的催化合成

乳酸正丁酯是一种优良的溶剂和重要的食用香料。对这类羧酸酯的合成一般沿用硫酸催化的直接酯化法。但乳酸正丁酯在硫酸作用下易发生副反应，导致产品色泽加深，收率降低，并对设备的腐蚀性强，有废水排放。 目前，酯化反应得催化剂亦不限于强酸，NaHSO 4、KHSO 4和[Fe(NH4)](SO4) 2·12H 2O(铁铵凡) 等均具有良好的催化活性。

一、实验目的

1、了解酯化反应的多种催化反应条件； 2、掌握共沸脱水操作。

二、实验原理

乳酸与正丁醇在NaHSO 4、或[Fe(NH4)](SO4) 2·12H 2O 的催化下酯化，反应所 产生的水直接由过量的正丁醇共沸蒸馏带走。

三、主要仪器及耗材

试剂：乳酸，正丁醇，硫酸氢钠。

仪器：阿贝折光仪，250mL 三颈烧瓶，球形冷凝管，分水器，蒸馏头，蒸馏头磨口温度计，直形冷凝管，空气冷凝管，尾接管。

分水回流装置 蒸馏装置

四、实验内容与步骤

①按乳酸-正丁醇-催化剂=1：3：0.03（摩尔比）分别量取10mL 乳酸、27mL

正丁醇和

催化剂（0.5g 硫酸氢钠），加入到250mL 三颈烧瓶中，装好分水器, 温度计, 回流冷凝管。

②缓慢加热升温, 保持体系回流，控制反应体系温度为120℃, 并及时分水。待水分分完，继续回流10～20min 。停止加热，冷却至室温。

③分离出催化剂。

④将反应液转入100mL 圆底烧瓶中进行蒸馏（用直型水冷凝管）。先蒸馏出未反应的正丁醇(沸点117.25℃), 然后换空气冷凝管蒸馏收集170-190℃的馏分。

⑤测得其折射率。

五、实验结果与讨论

1、按上述合成方法得到的产品为无色透明液体, 具有特殊的香味, 折光率n 20D =1.4190-1.4200。 (文献值n 20D =1.4210)

2、硫酸氢钠是一种价廉易得的晶体, 保管使用方便, 用它催化合成乳酸正丁酯, 反应条件温和。

3、在上述反应中正丁醇是过量的, 过量的正丁醇在蒸馏过程中收集于160℃以前的前馏分中, 这部分前馏分除正丁醇外还有少量乳酸正丁醇。

4、当醇用量过少, 会引起反应温度迅速上升, 引起副反应的发生而影响产品收率, 而醇过多时影响影响到反应温度的上升, 也会影响反应结果。

5、硫酸氢钠不溶于反应体系, 当有机液倾出后仍留在反应瓶中。故无须用其它方法分离。

六、原始记录内容

① 记录实验条件、过程，计算收率。

② 记录产物形状、沸点范围。

七、注意事项

1、回流、蒸馏时注意加沸石。

2、回流加热时，要缓慢加热升温。

主要试剂的理化参数

实验 七 从茶叶中提取咖啡因

一、实验目的

1、学会从天然产物中提取有机粗产物的方法。

2、学习和掌握常压升华纯化技术。

二、实验原理

茶叶中的儿茶素和咖啡因是两类重要的天然有效成分，其中咖啡因是茶叶中主要的生物碱，也称咖啡碱，在茶叶中含量约1％一5％，具有兴奋中枢神经系统、兴奋心脏、松弛平滑肌和利尿等作用，还可用作治疗脑血管性的头痛；尤其是偏头痛，但过度使用咖啡因会增加耐药性和产生轻度上瘾。它还是复方阿司匹林(A、P 、c) 等药物的组方之一。现代制药工业多用合成方法制得咖啡因。儿茶素是茶多酚的主体物质，茶多酚是茶叶中酚类及其衍生物的总称，其主要组分是黄烷醇类、羟基—4—黄烷醇类、花色苷类、黄酮醇类和黄酮类。儿茶素是强效抗氧化成份，对癌症、高血压、冠心病等有明显的预防作用。而其中黄烷醇类又以儿荼素类物质为主，占茶多酚总量的70％左右。茶叶中含有多种生物碱，其中以咖啡碱（咖啡因）为主，占1.5％，另外还含有11－12％的丹宁酸（鞣酸），以及色素、纤维素、蛋白质等。

咖啡因（含结晶水时）是无色针状结晶，味苦，能溶与水（2％）、乙醇（2％）、氯仿（12％）、苯（1％）等，在100℃时即失去结晶水，并开始升华，120℃时升华显著，178℃时升华很快，熔点为234.5℃；呈弱碱性。

675 CH 3H 3C 1N N N

8 2N 4N N N 933

嘌呤 咖啡因

（1,3,7－三甲基－2,6－二氧嘌呤 ）

天然产物的分离提取最常用的有萃取、水蒸汽蒸馏等方法，其中以溶剂萃（浸）取法最常见，即选择合适的溶剂在室温（或回流）下把天然产物中有机物萃取到溶剂中，经常压（或减压）蒸除溶剂得到粗产物，继而进一步纯化粗产物。纯化粗产物除了常用的常压（减压）蒸馏、重结晶、薄层（柱）层析等方法外，升华法对易升华的有机物的提纯也是一种手段。

升华是将具有较高蒸气压的固体物质，在加热到熔点以下，不经过熔融状态就直接变成蒸气，蒸气变冷后，又直接变为固体的过程。升华是精制某些固体化合物的方法之一。

能用升华方法精制的物质。必须满足以下两个条件：

(1)被精制的固体要有较高的蒸气压，在不太高的温度下应具有高于67kPa(20mmHg)蒸气压。

(2)杂质的蒸气压应与被纯化的固体化合物的蒸气压之间有显著的差异。

升华方法制得的产品通常纯度较高，但损失也较大。含结晶水的咖啡因加热至100℃时失去结晶水，开始升华，120℃时显著升华，至l76℃时迅速升华。无水咖啡因的熔点为235℃。

三、主要仪器及耗材

仪器：Soxhlet （索氏提取器），电热套

药品： 茶叶，95%乙醇，生石灰。

Soxhlet 提取装置 回流装置 滴液漏斗提取装置

四、实验内容与步骤

95%乙醇咖啡因咖啡因

鞣酸（钙）鞣酸

回流茶叶梗、色素等色素等

溶剂,CaCO 3溶剂

咖啡因

鞣酸钙升华

脱水、去酸色素等咖啡因

Ca(OH)2

1、提取咖啡因

连续回流提取

方法一

升华装置 浓缩浓缩液脱溶剂

（1）用滤纸做一比Soxhlet 提取器提取筒内径稍小的圆柱状纸筒，并折叠封住开口（也可用棉线扎住），装入10g 茶叶末，压实。将滤纸筒上口向内折成凹形。将滤纸筒放入提取腔中去，使茶叶装载面低于虹吸管顶端[1]装上回流冷凝管。在提取器的平底烧瓶中加入60mL 95%乙醇，加2粒沸石，装置如图。

（2）用85℃水浴加热，乙醇沸腾后蒸气经侧管上升到冷凝管，冷凝下来的液滴滴入滤纸筒中。当液面升至与虹吸管顶端相平时经虹吸回到平底烧瓶中。连续提取1.5 h至提取液颜色很淡时为止。当最后一次虹吸后，立即停止加热。

方法二

在100 mL 圆底烧瓶中加2粒沸石，在恒压漏斗口放置一脱脂棉，称取6g 茶叶末放入恒压漏斗中，按图装置好提取装置，将60 mL 95%乙醇从球形冷凝管加入，先将茶叶末浸泡片刻，然后将液体放入圆底烧瓶中。通冷却水后在85℃水浴加热。当溶剂沸腾时，溶剂蒸汽从恒压漏斗侧管上升到冷凝管，冷凝的液体滴到样品上，当溶剂在提取器内达到一定高度时，调节恒压漏斗活塞，使冷凝液的滴入速度与恒压漏斗的放液速度一致。此过程中溶剂便被一遍又一遍地重复使用，样品每一次都接触到新溶剂，最后将所要提取的物质都集中到下面的烧瓶中。连续提取0. 5 h后，恒压漏斗中的提取液颜色变得很淡，即可停止提取。冷却。

普通回流提取

取10g 茶叶于100 mL圆底烧瓶中，加入95％乙醇75mL ，用80℃水浴加热提取约1.5 h。稍冷后减压过滤，滤液转入100 mL圆底烧瓶中。

2、分离

（1）将提取液用普通蒸馏法在85℃水浴中蒸出大部分乙醇[2] (回收) 。将瓶中残液趁热倒入蒸发皿中，加入3—4 g研细的生石灰粉末[3]，使成糊状，在蒸气浴上蒸干，其间不断搅拌，并压碎块状物。最后将蒸发皿放在有石棉网的电热套上小心焙炒片刻，必须使水分全部除去[4]，冷却。

（2）将捣碎的粉末铺均匀，擦去沾在边上的粉末，以免在升华时污染产物，

放一张穿有许多小孔的圆形滤纸，然后将大小合适的漏斗盖在上面，放在有石棉网的电热套上加热升华。控制温度在220℃左右[5]，当滤纸上出现许多白色针状结晶时，停止加热，冷至100℃左右，小心移开漏斗和滤纸，仔细地把纸上的咖啡因用药勺刮下，并收集起来。必要时，残渣经搅拌后再升华一次，将收集的咖啡因称量并计算产率。

纯咖啡因的熔点为：238℃(文献值) 。

3、检验

咖啡因的定性检验：取少量咖啡因，配成饱和溶液，加入等体积的KI-I 2溶液，再加入2～3滴稀盐酸，即产生红棕色沉淀；加入过量的NaOH 时，沉淀又溶解。

C 8H 10N 4O 2 ＋ 2I 2 ＋ KI ＋ HCl → [C8H 10N 4O 2]·HI·2I 2↓ ＋ KCl

(红棕色)

[C8H 10N 4O 2]·HI·2I 2 ＋ NaOH → C8H 10N 4O 2 ＋ 2I 2 ＋ NaI ＋ H 2O

五、实验注意事项

⑴ 滤纸套大小既要紧贴器壁又要能方便取放，其高度不得超过虹吸管，滤纸包茶叶末时要严防漏出而堵塞虹吸管，纸套上面盖一层滤纸，以保证回流液均匀浸透被萃取物。

⑵ 约剩10－15mL ，太少，转移时损失大。

⑶ 生石灰起中和作用，以除去部分杂质。

⑷ 如留有少量水分，将会在下一步升华开始时带来一些烟雾，污染器皿。

⑸ 在萃取回流充分的情况下，升华操作是实验成败的关键，在升华的过程中始终都须严格控制加热温度，温度太高、会使被烘物碳化，把一些有色物带出来，使产品不纯；温度

太低，升华速度慢。因此，用温度计随时监测石棉网表面的温度。进行再升华时，加热温度也应严格控制，否则使被烘物大量冒烟，导致产物不纯和损失。电热套刻度在2点钟合适。

实验 八 无溶剂反应：羟醛缩合反应

一、实验目的

1、掌握羟醛缩合无溶剂反应的原理。

2、巩固熔点的测定方法和重结晶技术。

二、实验原理

羟醛缩合反应是一种增长碳链的有效方法，是有机合成化学的重要内容。在稀碱的催化下，含有α-氢的醛被碱夺取一个质子，生成负碳离子，进而形成较为稳定的烯醇负离子（酸同样可以促进羰基化合物的烯醇化），烯醇负离子可以和反应物的另一个分子中的羰基基团进行亲核加成生成β-羟基醛，β-羟基醛在加热条件下容易脱水，形成的最终产物为α，β-不饱和醛。碱催化的羟醛缩合反应机理如下： H R

- H+H H H R R O O -R

R β

α

OH O +H R βO H

如果使用两种不同的含有α-氢的醛，则可得到四种羟醛缩合产物的混合物，而不是我们希望的交叉缩合的产物。交叉羟醛缩合反应的方程式如下：

R

H

R

O H +R' O

R

OH O H R H +R' OH O R' H 同种分子羟醛缩合反应OH O H +R' OH O H 交叉羟醛缩合反应

然而，如果仅有一种羰基化合物，则α-氢去质子化后形成烯醇负离子就可以和其它含有羰基的化合物发生交叉羟醛缩合反应得到希望得到的产物，从而提高产物的合成效率。例如苯甲醛不能转化成烯醇化物，可以与丙酮产生的烯醇负离子发生反应，就是一个成功的交叉羟醛缩合反应，其反应式如下：

O

H O

+H 3C CH 3OH O CH 3O 3

由于空间位阻的关系，两分子的酮（丙酮和甲基酮除外）发生羟醛缩合反应，通常生成的产物量很少。如果在反应过程中将产物从系统中不断取出，则可以提高产率。

在本实验中，将探索3，4-二甲氧苯甲醛和1-茚酮的羟醛缩合反应。其反应如下：

O H 3CO

H 3CO H +NaOH OCH 3

3

与典型的羟醛缩合反应实验步骤相比，这个反应将在无溶剂条件下进行。研究显示，很多反应不需溶剂就能很好地进行，这意味着在有机合成中可能不再需要通过选择溶剂来提高反应效率。这些反应经常被看成是“固态”反应，虽然是在无溶剂状态下，但是固态反应物的混合物最终可能熔化，实际上反应依旧是在液态下进行。这种熔化现象非常有趣，而且是这个实验的一个关键。我们已经知道，不纯混合物导致熔点降低，本实验即能较好地验证两种固态反应物混合，更易熔化，本实验还阐述了在没有溶剂存在的条件下实现有机化学反应的可能性。这个实验还突出另一个重要的绿色概念——原子经济性反应。羟醛缩合，如果无脱水的影响，有100%的原子经济性，而且只需要很少的酸或碱来催化，即使在有脱水的条件下，原子经济性仍然很高。

三、主要仪器及耗材

仪器：烧杯（50 mL，250 mL，100 mL）各1个，研钵（瓷），水浴锅，金属刮勺，玻璃棒，电子天平，量筒（10 mL，100 mL）各1个，减压过滤装置一套，PH 试纸，熔点仪。

药品：3,4 - 二甲氧基苯甲醛，1-茚酮，固态氢氧化钠，10％HCl 溶液 ，90％乙醇。

四、实验内容与步骤

1、称取0.75g 3,4 - 二甲氧基苯甲醛和0.6 g 1-茚酮放入50mL 烧杯中，用平头玻璃棒不断的搅拌和压碎固体混合物直到变成棕色油状物。

2、向反应混合物中加入约0.15 g已用瓷研钵磨好的氢氧化钠固体，注意放入时尽量让氢氧化钠分散开，不要集中在烧杯的某一个角落，然后用玻璃棒搅拌，直至混合物变成固体（在压碎过程中注意不要将固体小颗粒飞出烧杯外，不要过于用力以免将烧杯捣碎）。在搅拌过程中，注意尽量不要让很大块的固体集结在一起，为此可以边搅边用玻璃棒将大块的研开，然后继续搅拌，以便反应物和催化剂充分接触，静置15 min 。

3、加入6 mL 10％的HCl 溶液，用金属刮勺把产物从烧杯壁和玻璃棒上刮下来，尽量刮干净，用玻璃棒捣碎，用玻璃棒蘸取少量溶液至pH 试纸上，测pH 值，确定其显酸性。

4、减压过滤（多抽虑一会），得固体产物。

5、重结晶：固体产物置于250 mL的烧杯中，并用70℃ 60 mL的90%乙醇，洗涤烧杯和滤纸，与上述溶液合并，70℃的水浴加热，并不断搅拌约8 min，促进其溶解（若在溶解过程中，溶液由淡黄色变深，可滴加几滴10%的盐酸），水浴恒温2 min 让烧杯中的不溶物沉降（在溶解过程中为避免乙醇挥发过多，时间不得超10 min）。待溶液澄清后，趁热将上清液转入100 mL的烧杯中，静止冷却至室温后有淡黄色丝状晶体析出，减压过滤，产物转移至并事先称好的干燥表面皿中， 110℃的烘箱中干燥30 min，称量产物的质量并计算产率。

6、用研钵研碎，测量熔点（熔程）并记录。

五、实验注意事项

皮肤避免与固态氢氧化钠或反应混合物接触。

六、注释

1、产物颜色为淡黄色。

2．熔程为（176—179℃）。

实验 九 乙醇的生物合成及彩色固体酒精的制备

发酵是天然有机物借助称为酶的生物催化剂进行的化学变化过程，在工业及日常生活中有着广泛的应用。酿酒是最古老的化学技艺之一，但是直到19世纪化学家才开始从科学观点去了解发酵过程。多年来人们一直认为用酵母把糖变为乙醇和二氧化碳的转化作用与酵母细胞的生命过程不可分割的联系在一起。1907年，Buchner 证明了发酵过程没有任何酵母细胞，酵母的发酵显然是由于非常高效的催化剂所造成的生化过程，这种催化剂称为酒化酶。酒化酶是一个复合物，有着高度的选择性，但对温度、PH 的变化以及各种特效抑制剂等因素也是不稳定的。

一、实验目的

1、了解天然有机物借助酶的生物催化剂进行的化学变化过程。

2、掌握乙醇的生物合成方法。

3、学会固体酒精的制备。

4、了解彩色固体酒精的制备原理，用途，掌握其制备方法。

二、实验原理

1、乙醇的生物合成原理

用酵母把糖变为乙醇和二氧化碳的转化过程

C 12H 22O 11C 6H 12O 6 + C6H 12O 6

葡萄糖果糖4CH 3CH 2OH + 4CO2

其过程是蔗糖首先水解为葡萄糖和果糖的磷酸酯，后者再断裂为两三个碎片，这些磷酸酯碎片最终转化为丙酮酸，再脱羧生成乙醛，接着乙醛在最后阶段还原为乙醇。每一步需要一种特效的酶作催化剂，也需要一些常见的无机离子，如镁，当然还有磷酸盐。在这一连串的厌氧反应中，每消耗1moL 的葡萄糖便释放出4.18kJ 的热量。乙醇的生物合成过程如下：

H

HO

H

H CHO OH H OH OH

2OP*CH 2OH O HO H H OH H OH 2OP*

果糖-6-磷酸酯

CH 3

C O

CH 3

丙酮酸CH 2OP*O HO H H OH H OH 2OP*果糖-1,6-二磷酸酯CH 2OP*C O 二羟基丙酮磷酸酯CH 2

HC O H OH CH 2OP*

甘油醛-3-磷酸酯葡萄糖-6-磷酸酯H 2C OP*H OH CH 2OP*甘油-1,3-二磷酸酯CO 2H C O CH 32OH CH 3

工业所得的发酵液中约含8%—10%的乙醇，通过分馏可得含量为95.6%的乙醇，即普通的工业酒精。高沸点馏分中则包含杂醇油。杂醇油是丙醇、异丙醇、异丁醇、异戊醇和3-甲基-1-丁醇等C3-C5醇的混合物。其组成取决于发酵所用的原料，它不是从葡萄糖发酵形成的，而是由存在于原料和酵母中的蛋白质所生成的某些氨基酸转化的。

本实验将观察乙醇的生物合成并通过简单分馏得到浓度接近95%的乙醇。

2、固体酒精制备原理

固体酒精制备过程中涉及的主要化学反应为：

C 17H 35COOH + NaOHC 17H 35COONa + H2O

反应后生成的硬酯酸钠是一个长碳链的极性分子，室温下在酒精中不易溶，在较高的温度下，硬酯酸钠可以均匀地分散在液体酒精中，而冷却后则形成凝胶体系，使酒精分子被束缚于相互链接的大分子之间，呈不流动状态而使酒精凝固，形成固体酒精。

三、主要仪器及耗材

仪器：500 mL圆底烧瓶2个、电热套、分溜装置1套、温度计、三口瓶、回流冷凝管、水浴锅、天平，电动搅拌器、滴管，50 mL烧杯、25 mL量筒。

药品：50 g白糖、干酵母、磷酸钙、硫酸镁、酒石酸铵、磷酸二氢钠、氧化钙、硬酯酸、酒精、氢氧化钠、酚酞、硝酸铜。

四、实验内容与步骤

1、乙醇的生物合成

（1）在500 mL圆底烧瓶中溶解50 g白糖于350 mL水。在室温下加入35 mL pasteur〔〕〔〕盐溶液1和1.5 g干酵母2，剧烈摇振使混合完全。在瓶口塞上插有弯玻璃管的单孔橡皮塞，玻璃管下端浸入盛有10 mL 饱和石灰水的试管中，石灰水将起到水封作用，防止空气进入烧瓶，但允许瓶中的气体逸出。将混合物在25-35℃的室温下放置一周，待停止放出气体（二氧化碳）时，表明发酵已经完全。

（2）完成发酵后，小心地将橡皮塞取下（以免瓶底沉积物泛上），用虹吸法将发酵后的

〔3〕液体吸入到另一个500mL 圆底烧瓶中。加入2粒沸石，装上刺形分流柱和冷凝管，在电

热套上蒸馏收集温度为（70～85℃）馏分，先接出20 mL 的流出液（作为制备彩色固体酒精的原料）。继续蒸出剩余乙醇约40 mL后，弃去留在瓶内的残液。

（3）将流出液在100 mL 圆底烧瓶中放入几粒沸石进行蒸馏蒸出流液得出95%乙醇。计算乙醇的百分含量。

2、彩色固体酒精

将生物乙醇的合成所制得的乙醇用量筒量取20mL 加入1克硬脂酸两滴酚酞于三口瓶中在

75℃水浴锅中搅拌，直至硬酯酸全部溶解后，立即滴加事先配好的氢氧化钠混合溶液〔4〕，滴加速度先快后慢，滴至溶液颜色由无色变为浅红又立即褪掉为止。继续维持水浴温度在70℃左右，搅拌回流反应10min 后，一次性加入0.5mL10%硝酸铜溶液再反应5min 后，停止加热，冷却至60℃，再倒入模具中（50mL ）烧杯中，自然冷却后得嫩蓝绿色的固体酒精，点燃。

五、注释

〔1〕pasteur 盐溶液由2.0g 磷酸钠，0.2g 磷酸钙，0.2g 硫酸镁和10g 酒石酸铵溶于860mL 水配制而成。也可用0.25g 磷酸氢二钠代替pasteur 盐溶液来进行发酵，而不必加入其他任何盐类，但收率较低，且酵母残渣的分离较空难。

〔2〕用市售的质量较好的浓缩甜酒药。

〔3〕用虹吸法将发酵后的液体吸出。当沉积物较多时，蒸馏时易产生暴沸使蒸馏难于进行。若沉积物较多时可将10g 助滤剂（硅藻土）和约100mL 水置于烧杯中，剧烈搅拌后真空抽滤，使助滤剂沉积在滤纸上。弃去吸滤瓶中的水，然后使傾滗液或吸液在缓缓抽吸下流过漏斗。

〔4〕将氢氧化钠配成8%的水溶液，然后用工业酒精稀释成1：1的混合溶液。

六、思考题

1、本实验中应采取哪些措施减少乙醇的损失来提高效率？

2、为什么用蒸馏的方法只能得到95%的乙醇？如何用普通乙醇来制备无水乙醇？

3、乙醇中的百分含量能通过测定溶液密度的方法来加以确定，试说明根据什么？

4、 固体酒精燃料性能如何评价？

5、固体酒精制备，常用的固化剂有哪些？

6、提高固体酒精产品质量有什麽措施和方法？

实验 十 由鸡蛋壳制备有机酸钙

一、实验要求

本实验为设计性(或创新性) 实验。由学生自行设计实验方案。其步骤为：

1、查阅文献；

2、设计实验方案（包括：实验原理，实验所用的仪器和药品种类及用量，操作步骤，产物鉴定表征项目，实验相关理化数据，安全注意事项等）；

3、实验方案提交教师审查其可行性；

4、指导教师通过后进入实验室进行实验；

5、以论文形式提交完整实验报告。

二、实验简介

鸡蛋被广泛应用在餐饮和食品加工领域的各个方面，但人们往往只是利用了鸡蛋中的可食部分，即蛋清和蛋黄，而占整蛋质量10％～12％的蛋壳则被当作废物扔弃。有资料显示：一个中等城市每月所抛弃的蛋壳总量就高达50～80吨。这样即严重污染了环境又造成了大量钙资源的浪费，如何利用蛋壳这种天然的绿色钙资源，充分挖掘其中潜在的利用价值已成为一个热点问题受到国内外专家学者的关注。目前有关资料报导的主要途径是通过一系列的物理化学方法将其中的碳酸钙转化成各种有机酸钙。这样使得蛋壳变废为宝既增加了社会财

富，又减少了对生态环境的污染。

1、蛋壳的结构组成和化学成分

蛋壳又称石灰质硬蛋壳， 是用来包裹蛋内容物的一层硬壳。运用电镜技术对蛋壳进行扫描发现蛋壳分为三层，即内层的乳头层、中间的海绵层和外层的角质层。蛋壳由无机物和有机物构成，无机物约占整个蛋壳的94％～97％，有机物约占整个蛋壳的3％～6％。无机物中９３％为碳酸钙，1％为碳酸镁以及其他一些磷酸钙、磷酸镁及少量色素

有机物中主要为蛋白质，属于胶原蛋白，其中约有16％的氮，3.5％的硫，另外还有一定量的水及少量的脂质。

2、各种研究所形成的制取方法

目前蛋壳中碳酸钙转化制取有机钙的方法主要有：高温煅烧法；直接中和法；微生物转化法和原料浸泡法。

高温煅烧法

高温煅烧法的工艺流程如图所示：

浸泡 清洗 水溶 搅拌 蒸发 浓缩

烘干 粉碎 烘干 煅烧 加有机酸 脱水 干燥

蛋壳————→蛋壳粉————→蛋壳灰分————→有机钙溶液————→有机钙成品 （蛋壳的预处理） （蛋壳的煅烧） （中和反应阶段） （分离提纯阶段）

高温煅烧法是将通过预处理的蛋壳置于800～1000℃的高温电炉中煅烧１～２ｈ，煅烧后得到有效氧化钙含量大于95％的蛋壳灰分。向灰分中加入蒸馏水配制成石灰乳， 缓慢滴加各种有机酸并不断搅拌， 使其在一定温度条件下反应１～２ｈ。将反应后的溶液进行过滤，根据不同有机酸钙的水溶性回收滤液或者生成物， 对于滤液可直接移入蒸发皿蒸发干燥，得到有机酸钙固体粉末，用水进行重结晶，然后再次进行蒸发干燥，即得成品有机酸钙晶体。或者是将成品溶液适当浓缩后，低温多次放置使其自然结晶。过滤，收集结晶，用冷蒸馏水洗涤，采取少量多次的原则洗涤生成物。适当浓缩， 放入干燥箱中在100～120℃下烘干脱水，也可以得到有机酸钙晶体。从收集的资料显示国内采用该方法的比较多， 因为通过高温煅烧法转化制备的有机酸钙的产率和含量都比较高， 但是由于这种方法在前期需要对蛋壳进行煅烧，耗能较大，而且煅烧产生的二氧化碳会加剧全球的温室效应。目前许多专家学者正在积极寻求新的转化途径来替代这种方法。

从以上介绍的国内外利用蛋壳中的碳酸钙来制取有机钙的研究现状和试验方法中不难看出，利用废弃的蛋壳作为钙源制备有机酸钙， 具有原料来源丰富、生产工艺简单、成本低廉、产品收率高、质量好、安全无毒等特点。具有广阔的市场前景。

—中国家禽：２００８ 年第 ３０ 卷第 ４ 期

三、实验提示

1、采用高温煅烧法；

2、设计制备①柠檬酸钙、②醋酸钙、③丙酸钙方法；

3、2人一组，共同设计方案，实验单人操作；

4、提前一周将实验设计方案以打印版（打印版格式：见设计实验报告要求）的形式交给实验老师；

5、资料查阅方法：北方民族大学图书馆→电子资源→中国知网→远程访问→中国期刊全文数据库→输入相关信息→查阅。

四、提交实验设计方案的格式

1、前言（实验简介，实验的意义）

2、实验目的；

3、实验原理（制备CaO 的原理，有机酸钙的制备原理）

4、仪器药品

5、实验方案（制备CaO 及有机钙的实验步骤）

6、参考文献：（格式：见设计实验报告要求）

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