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第 23 届全国高中学生化学竞赛实验试题2010 年 1 月 17日 杭州顺?4?环己烯?1,2?二羧酸的制备及纯度分析一、实验内容1?产品制备:先由环丁烯砜和顺丁烯二酸酐反应得到顺?4?环己烯?1,2?二酸酐(用 A 表示),再水解得到产品顺?4?环己烯?1,2?二羧酸(用 B 表示)。2?产品纯度分析:通过酸碱滴定法测定自制产品 B 的纯度。3?完成实验报告和思考题。二、相关物质的性质三、顺?4?环己烯?1,2?二羧酸的制备1?实验原理Diels?Alder 反应是形成六元环的重要反应之一,在该反应中,共轭双烯与亲双烯体作用生成六元环产物。这一反应是德国化学家 Diels 和 Alder 在研究 1,3?丁二烯与顺丁烯二酸酐反应时发现的,并因此获得了诺贝尔化学奖。Diels?Alder 反应具有100%原子经济性,符合绿色化学原则。丁二烯是 Diels?Alder 反应最简单的二烯,常温下为气体(沸点为-4 5?)因此以丁二烯作为原料?98?化?学?教?育?2010 年第 4 期的反应需要使用带有气体操作的装置。环丁烯砜在常温下为稳定的固体,加热至 140?时分解脱去二氧化硫得到丁二烯,是实验室常用的丁二烯来源。?本实验采用环丁烯砜分解释放出的丁二烯与顺丁烯二酸酐进行 Diels?Alder 反应来制备六元环化合物?顺?4?环己烯?1,2?二酸酐(A),再经水解得到顺?4?环己烯?1,2?二羧酸(B)。A 和 B 都是重要的药物和农药合成原料。2?实验步骤(1)顺?4?环己烯?1,2?二羧酸酐(A)的制备:搭好带气体吸收的回流装置,在干燥的 50 mL圆底烧瓶中加入 2?84 g 环丁烯砜、1?96 g 顺丁烯二酸酐 1和 2 mL 二甘醇二甲醚,用油浴加热并搅拌,在油浴温度 150 160?下反应 30 分钟。(放热反应!油浴温度须用温度计测量,防止过热!小心烫伤!)停止反应,稍冷后,将反应瓶置于冰水浴中冷却,使产物析出。向反应液中加入 25 mL 水,减压过滤,用冷水洗涤 2 次,每次 25 mL,并抽滤至尽干,收集产品 A。(2)顺?4?环己烯?1,2?二羧酸(B)的制备与纯化向 A 中加入适量水,搅拌下加热至沸,使固体全溶。稍冷后,加约 0?5 g(视 A 的量而定)活性炭脱色,趁热过滤。在冰水中冷却滤液,使产物 B 析出。减压抽滤至干,将产品收集于表面皿(在表面皿边缘贴上标签,注明营号,并称重和记录),80?下真空干燥 2 次或以上(干燥烘箱由监考老师操作),第一次真空干燥 20 分钟,取出后称重,记录数据;作适当粉碎后,第二次真空干燥 15 分钟,取出后再称重,记录数据。2 次称重结果之差?0?05 g 后,方能进行下一步纯度测定 2。产品将用于以下的纯度分析。注 1:顺丁烯二酸酐易水解成相应二元羧酸,故所用相关仪器需干燥。注 2:称重数据均须监考老师签字确认,产品制备过程的称重在本实验室进行。四、产品纯度分析通过酸碱滴定法测定产品 B 的纯度。1?称取 0?10 g 自制产品(在本实验室进行),装于自封袋(贴有标签)中,在标签上注明营号,供监考老师进行产品纯度检查。2?将剩余的自制产品转移至称量瓶中。若剩余自制产品的量不足 3 次滴定,可向天平室监考老师申请提供标准样品(扣 3 分),也可选择只做 2 次滴定(扣 1 分,精密度扣分另论)。3?用减量法准确称取 0?20 0?24 g 产品于250 mL 锥形瓶中(在天平室进行,称量结束后将称量瓶移交天平室监考老师保存,并在签收单上签字),加 25 mL 蒸馏水,微热溶解,加 3 4 滴酚酞指示剂,用 0?1 mol?L-1NaOH 标准溶液(准确浓度见实验室黑板)滴定至溶液呈微红色,30 秒内不褪色为终点,记录所消耗的 NaOH 标准溶液体积。平行滴定 3 次。根据所消耗 NaOH 标准溶液的体积,计算产品的百分含量。(注:自制产品的称量数据和滴定读数须经监考老师签字确认)。五、思考题(答案必须写在实验报告指定位置)1?根据哪些主要因素确定?顺?4?环己烯?1,2?二羧酸(B)的制备与 纯化?步 骤中加入水 的总量?2?本实验为什么用过量的环丁烯砜?99?2010 年第 4 期?化?学?教?育
