论文部分内容阅读
摘 要：合成乙酸乙酯的实验是有机实验中的基础实验，也是化工工业生产中的重要生产工艺之一。酯化反应作为重要的有机反应，比普通的无机合成反应复杂，条件要求严格，反应时间长，而有机实验教学中课时较短，如何快速高效地合成乙酸乙酯，在教学中完成相应的课堂教学，这是文章探究的问题。
乙酸乙酯是香料、染料、制药、油漆等工业的重要原料，酯化反应是一种重要的有机反应。酯化反应实验涉及的实验操作比较典型且比较复杂，因此有机实验教材把酯化反应这一重要反应列入教材并进行教学。实验教材中为了提高酯化产率，在反应装置、改变投料比和及时地把产物从反应体系中洗出等诸方面均作了最大的努力，但提高酯化产率的效果并不明显。本课题把快速高效合成乙酸乙酯的方法引进实验教学中，在乙酸乙酯的酯化反应中取得了比较明显的效果。
一、乙酸乙酯的经典合成实验
1.实验试剂
冰醋酸（A·R）、无水乙醇、浓硫酸、饱和碳酸钠溶液、饱和氯化钙溶液、饱和氯化钠溶液、石蕊试纸、无水硫酸镁。
2.实验步骤
（1）半微量合成步骤。在50mL三颈烧瓶中加入5mL无水乙醇，在用冷水冷却的同时，在摇动中分批加入5mL浓硫酸，混合均匀，加入少量沸石，在烧瓶一侧口和中口分别插入温度计和恒压漏斗，温度计要插入液面下，烧瓶的另一侧口装与冷凝管相连的玻璃管，冷凝管末端连接一弯形接液管，伸入置于冰水中的锥形瓶中。
将5mL无水乙醇及5mL冰醋酸的混合物，由恒压漏斗滴入三颈瓶内约1～2mL，然后将三颈烧瓶放在电热套上用小火加热，使瓶中温度升到120℃左右，这时，在蒸馏管口应有液体蒸出。再从恒压漏斗慢慢滴入其余混合液，控制漏斗滴入速度和馏出速度尽量保持相同，并始终维持反应温度在120℃～ 125℃之间，滴加完毕后，继续加热数分钟，直到反应液温度升到130℃时，不再有液体馏出为止。
（2）产品精制。反应完毕后，在馏液中慢慢加入饱和碳酸钠溶液，并时时加以搅动，直至无CO2气体逸出为止。把混合物移入分液漏斗中静置，分去下层水溶液，用PH试纸或蓝色石蕊试纸检验酯层，如果酯层仍呈酸性，再用饱和碳酸钠溶液洗涤，直到脂层显中性为止。用等体积的饱和氯化钠溶液洗涤。再用等体积的饱和氯化钙溶液洗涤两次，分去下层。从分液漏斗上口将乙酸乙酯倒入干燥的小錐形瓶中，加入无水碳酸钾干燥，放置约10分钟，此期间要间隔振荡锥形瓶。
通过长颈漏斗（或用倾析法），把干燥过的乙酸乙酯滤入蒸馏烧瓶中，装配成蒸馏装置，用干燥过的锥形瓶作接收器，在水浴上加热蒸馏，收集74℃～80℃的馏分。称重并计算产率，测定产品沸点和折光率。纯乙酸乙酯为具有果香的无色液体，沸点为77.06℃，折光率为1.3723[1]。
二、乙酸乙酯的快速合成实验教学
1.实验试剂
冰醋酸（A·R）、95%的乙醇、98%的浓硫酸、饱和碳酸钠溶液、饱和氯化钙溶液、饱和氯化钠溶液、过二硫酸钾、无水硫酸镁。
2.实验步骤
在三颈烧瓶中加入冰醋酸12mL、95%乙醇溶液20mL、浓硫酸10～15mL，再加入少量过二硫酸钾，摇动使之溶解，装上温度计和回流冷凝管，加热至80℃，并保温10分钟，再蒸馏得粗产物，然后按上面的方法进行分离提纯，最后收集72℃～78℃的馏分，得到乙酸乙酯[2]。
3.两种方法的对比
快速合成法与经典合成法相比，有了很大的改进和优化，具体体现在以下几个方面：第一，快速合成法简化了实验步骤，经典合成法中有着大量的前处理操作，而且需要学生在进行实验室时刻关注实验进程，进行实验时还需不断进行加料，要求的实验技能很强，实验所得产率不高，会给学生造成很大程度上的学习压力。而快速合成法简化了实验步骤，无需多次加料，整个实验操作较简单容易。第二，快速合成法大大缩短了实验时间，在进行有机实验教学时，经典合成法在学生操作时需要4～6小时，而快速合成法，学生进行操作仅需2小时，缩短了实验时间，提高了合成效率。第三，快速合成法可大大提升乙酸乙酯的产率，经文献中的学生操作验证，快速合成法比经典合成法的产率高出了接近20个百分点。第四，快速合成法节省原料，提高了原料的转化率，快速合成法仅需极少量的饱和碳酸溶液就可快速提纯分离乙酸乙酯，而且在滴加时粗产物未见二氧化碳气体，侧面说明了快速合成法的原料转化率较高。
三、乙酸乙酯合成实验教学的改进方法
1.实验仪器以及试剂微型化
乙酸乙酯传统合成实验仪器多，试剂量较大，这是合成实验较长且繁杂的重要原因。因此，乙酸乙酯合成实验教学的改进，可以先从实验仪器和试剂开始改进，改用尺寸的制备仪器，并相应地减少实验试剂的用量，利用快速高效的合成方法，减少原料的消耗，提升试剂的转化率。
2.催化剂的改进
传统的乙酸乙酯合成实验，用浓硫酸作为催化剂，导致原料在反应过程发生炭化现象，生成二氧化硫等有害气体，而且反应过程中的温度也不容易控制，容易发生副反应而生成乙醚，大大降低了乙酸乙酯的产率。因此，需要对催化剂进行改进，在不影响产率的情况下，改进后的实验用稀硫酸作为催化剂，减少浓硫酸用量的同时，克服浓硫酸在使用过程中的不足。
3.加热装置的改进
传统的乙酸乙酯合成实验，使用油浴或者水浴加热，加热效率慢而且实验过程消耗了很大部分的原料，得到乙酸乙酯的产率较低。为解决这个问题，对实验加热装置进行改进，改进后的实验采用微波炉加热，具体方法是：在三颈烧瓶中加入冰醋酸、无水乙醇、催化剂，稍加摇动，安上回流冷凝管并放在微波炉中，在特定反应时间下辐射一段时间。反应结束后，冰水充分冷却，反应产物用饱和碳酸钠水溶液除去剩余酸，再用饱和食盐水溶液洗涤，分层后再用饱和氯化钙水溶液洗涤，最后用去离子水洗涤，用无水碳酸钾干燥得到的馏液蒸馏，收集73℃～78℃馏分，得到具有果香味的无色透明乙酸乙酯，称重并计算产率。
4.实验操作的改进
合成乙酸乙酯的传统实验方法，合成步骤繁多并复杂，有着大量的前处理操作，而且需要学生在进行实验室时刻关注实验进程，进行实验时还需在特定的温度下进行加料，要求的实验技能很强，实验所得乙酸乙酯的产率不高。有机实验教学中使用快速合成法，简化了实验步骤，无需多次加料，整个实验操作较简单容易。产物的分离和提纯，采用分批加入饱和碳酸钠溶液的方法，对馏液进行洗涤，每次加入后塞紧瓶口，剧烈摇动，使两种液体充分接触直至无二氧化碳气体逸出为止。
综上所述，乙酸乙酯的合成实验已经得到了改进，不断朝着仪器以及试剂微型化发展，大大减少原料消耗和成本损耗，缩短实验时间，并通过实验操作和装置的改进，加快合成乙酸乙酯进程，提高了乙酸乙酯产率，使化学化工产业朝着绿色可持续方向发展。
参考文献：
[1]刘 峥，丁国华，杨世军.有机化学实验绿色化教程[M].北京：冶金工业出版社，2010.
[2]朱万仁，陈 渊.快速高效合成乙酸乙酯实验的改进及其教学[J].玉林师专学报，1997（3）：118-119.
乙酸乙酯是香料、染料、制药、油漆等工业的重要原料，酯化反应是一种重要的有机反应。酯化反应实验涉及的实验操作比较典型且比较复杂，因此有机实验教材把酯化反应这一重要反应列入教材并进行教学。实验教材中为了提高酯化产率，在反应装置、改变投料比和及时地把产物从反应体系中洗出等诸方面均作了最大的努力，但提高酯化产率的效果并不明显。本课题把快速高效合成乙酸乙酯的方法引进实验教学中，在乙酸乙酯的酯化反应中取得了比较明显的效果。
一、乙酸乙酯的经典合成实验
1.实验试剂
冰醋酸（A·R）、无水乙醇、浓硫酸、饱和碳酸钠溶液、饱和氯化钙溶液、饱和氯化钠溶液、石蕊试纸、无水硫酸镁。
2.实验步骤
（1）半微量合成步骤。在50mL三颈烧瓶中加入5mL无水乙醇，在用冷水冷却的同时，在摇动中分批加入5mL浓硫酸，混合均匀，加入少量沸石，在烧瓶一侧口和中口分别插入温度计和恒压漏斗，温度计要插入液面下，烧瓶的另一侧口装与冷凝管相连的玻璃管，冷凝管末端连接一弯形接液管，伸入置于冰水中的锥形瓶中。
将5mL无水乙醇及5mL冰醋酸的混合物，由恒压漏斗滴入三颈瓶内约1～2mL，然后将三颈烧瓶放在电热套上用小火加热，使瓶中温度升到120℃左右，这时，在蒸馏管口应有液体蒸出。再从恒压漏斗慢慢滴入其余混合液，控制漏斗滴入速度和馏出速度尽量保持相同，并始终维持反应温度在120℃～ 125℃之间，滴加完毕后，继续加热数分钟，直到反应液温度升到130℃时，不再有液体馏出为止。
（2）产品精制。反应完毕后，在馏液中慢慢加入饱和碳酸钠溶液，并时时加以搅动，直至无CO2气体逸出为止。把混合物移入分液漏斗中静置，分去下层水溶液，用PH试纸或蓝色石蕊试纸检验酯层，如果酯层仍呈酸性，再用饱和碳酸钠溶液洗涤，直到脂层显中性为止。用等体积的饱和氯化钠溶液洗涤。再用等体积的饱和氯化钙溶液洗涤两次，分去下层。从分液漏斗上口将乙酸乙酯倒入干燥的小錐形瓶中，加入无水碳酸钾干燥，放置约10分钟，此期间要间隔振荡锥形瓶。
通过长颈漏斗（或用倾析法），把干燥过的乙酸乙酯滤入蒸馏烧瓶中，装配成蒸馏装置，用干燥过的锥形瓶作接收器，在水浴上加热蒸馏，收集74℃～80℃的馏分。称重并计算产率，测定产品沸点和折光率。纯乙酸乙酯为具有果香的无色液体，沸点为77.06℃，折光率为1.3723[1]。
二、乙酸乙酯的快速合成实验教学
1.实验试剂
冰醋酸（A·R）、95%的乙醇、98%的浓硫酸、饱和碳酸钠溶液、饱和氯化钙溶液、饱和氯化钠溶液、过二硫酸钾、无水硫酸镁。
2.实验步骤
在三颈烧瓶中加入冰醋酸12mL、95%乙醇溶液20mL、浓硫酸10～15mL，再加入少量过二硫酸钾，摇动使之溶解，装上温度计和回流冷凝管，加热至80℃，并保温10分钟，再蒸馏得粗产物，然后按上面的方法进行分离提纯，最后收集72℃～78℃的馏分，得到乙酸乙酯[2]。
3.两种方法的对比
快速合成法与经典合成法相比，有了很大的改进和优化，具体体现在以下几个方面：第一，快速合成法简化了实验步骤，经典合成法中有着大量的前处理操作，而且需要学生在进行实验室时刻关注实验进程，进行实验时还需不断进行加料，要求的实验技能很强，实验所得产率不高，会给学生造成很大程度上的学习压力。而快速合成法简化了实验步骤，无需多次加料，整个实验操作较简单容易。第二，快速合成法大大缩短了实验时间，在进行有机实验教学时，经典合成法在学生操作时需要4～6小时，而快速合成法，学生进行操作仅需2小时，缩短了实验时间，提高了合成效率。第三，快速合成法可大大提升乙酸乙酯的产率，经文献中的学生操作验证，快速合成法比经典合成法的产率高出了接近20个百分点。第四，快速合成法节省原料，提高了原料的转化率，快速合成法仅需极少量的饱和碳酸溶液就可快速提纯分离乙酸乙酯，而且在滴加时粗产物未见二氧化碳气体，侧面说明了快速合成法的原料转化率较高。
三、乙酸乙酯合成实验教学的改进方法
1.实验仪器以及试剂微型化
乙酸乙酯传统合成实验仪器多，试剂量较大，这是合成实验较长且繁杂的重要原因。因此，乙酸乙酯合成实验教学的改进，可以先从实验仪器和试剂开始改进，改用尺寸的制备仪器，并相应地减少实验试剂的用量，利用快速高效的合成方法，减少原料的消耗，提升试剂的转化率。
2.催化剂的改进
传统的乙酸乙酯合成实验，用浓硫酸作为催化剂，导致原料在反应过程发生炭化现象，生成二氧化硫等有害气体，而且反应过程中的温度也不容易控制，容易发生副反应而生成乙醚，大大降低了乙酸乙酯的产率。因此，需要对催化剂进行改进，在不影响产率的情况下，改进后的实验用稀硫酸作为催化剂，减少浓硫酸用量的同时，克服浓硫酸在使用过程中的不足。
3.加热装置的改进
传统的乙酸乙酯合成实验，使用油浴或者水浴加热，加热效率慢而且实验过程消耗了很大部分的原料，得到乙酸乙酯的产率较低。为解决这个问题，对实验加热装置进行改进，改进后的实验采用微波炉加热，具体方法是：在三颈烧瓶中加入冰醋酸、无水乙醇、催化剂，稍加摇动，安上回流冷凝管并放在微波炉中，在特定反应时间下辐射一段时间。反应结束后，冰水充分冷却，反应产物用饱和碳酸钠水溶液除去剩余酸，再用饱和食盐水溶液洗涤，分层后再用饱和氯化钙水溶液洗涤，最后用去离子水洗涤，用无水碳酸钾干燥得到的馏液蒸馏，收集73℃～78℃馏分，得到具有果香味的无色透明乙酸乙酯，称重并计算产率。
4.实验操作的改进
合成乙酸乙酯的传统实验方法，合成步骤繁多并复杂，有着大量的前处理操作，而且需要学生在进行实验室时刻关注实验进程，进行实验时还需在特定的温度下进行加料，要求的实验技能很强，实验所得乙酸乙酯的产率不高。有机实验教学中使用快速合成法，简化了实验步骤，无需多次加料，整个实验操作较简单容易。产物的分离和提纯，采用分批加入饱和碳酸钠溶液的方法，对馏液进行洗涤，每次加入后塞紧瓶口，剧烈摇动，使两种液体充分接触直至无二氧化碳气体逸出为止。
综上所述，乙酸乙酯的合成实验已经得到了改进，不断朝着仪器以及试剂微型化发展，大大减少原料消耗和成本损耗，缩短实验时间，并通过实验操作和装置的改进，加快合成乙酸乙酯进程，提高了乙酸乙酯产率，使化学化工产业朝着绿色可持续方向发展。
参考文献：
[1]刘 峥，丁国华，杨世军.有机化学实验绿色化教程[M].北京：冶金工业出版社，2010.
[2]朱万仁，陈 渊.快速高效合成乙酸乙酯实验的改进及其教学[J].玉林师专学报，1997（3）：118-119.