基础化学实验(中).pdf
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1、基础化学实验(中)他g工或a版公 史夕教材出版中心.北京.内容提要本书是大学基础化学实验课教材,基础化学实验(中)以有机合成为主线,强化基础知识、基本操作和基本技能训练,将有机化合物物性测定、定性分析和 分离方法融于其中。内容包括实验基本技能、经典有机实验、合成与应用性实 验、研究性实验等。本书可作为工科院校或综合性大学各相关专业本科学生的基础化学实验教 材,对于化工、材料、医药、纺织等行业从事化学工作的实验技术人员也有一定 参考意义。、r 刖为了适应知识的快速更新、科学技术的交叉发展,贯彻“基础扎实、知识面宽、能 力强、素质高”的高等教育培养目标,以验证化学原理为主的旧的化学实验教学体系与
2、内容已不适应21世纪对人才培养的要求,必须进行改革,建立以提高学生综合素质和 创新能力为主的新体系和新内容。基础化学实验教学,目的是加深学生对化学的基本理论、化合物的性质及反应性能的 理解,熟悉一般的物质制备、分离和分析方法,掌握基础化学的基本实验方法和操作技 能,培养学生严谨的科学态度以及综合分析和解决实际问题的能力,同时也为后续课程的 学习提供扎实的实验技能基础,使其初步具备基本的开展研究的能力。本书打破以往无机 化学实验、分析化学实验、有机化学实验和物理化学实验等四门化学实验课自成一体的界 限,按照实验基本知识和实验技能要求,将基础化学实验内容进行整合、优化与更新。在 体系上,以无机或有
3、机合成为主线,将定性、定量分析和分离方法融于其中;在内容上,博采众长,既注意汲取传统教材的精华部分,也注意兼顾最新出版的教学改革教材中的新 内容,按照循序渐进的原则,既有足够数量、充分体现“三基”训练方案的基础实验,又 有学科内部基本操作综合项目和二级学科实验内容之间的交叉、综合实验项目,同时增加 了设计性、研究性实验项目,通过让学生自行设计实验方案,实施实验过程,培养学生进 行多学科化学实验的综合能力。本书对相关大型工具书、实验技术参考书及In tern et上化 学信息资源等也进行了适当介绍。为了强化学生预习环节,实验内容中增加“实验前的准 备”,以提高预习效果,这也是本书的特点之一。基础
4、化学实验(中)以有机合成为主线,强化基础知识、基本操作和基本技能训 练,将有机化合物物性测定、定性分析和分离方法融于其中。内容包括实验基本技能、经典有机实验、合成与应用性实验、研究性实验等。参加本书编写的教师有江苏工业学院的孟启、韩国防、席海涛、罗士平和江苏科技 大学的汪方明,江苏工业学院周国平、陈勇等同志参加了部分工作,全书由孟启、罗士 平统稿。在编写过程中,参考了本校和国内诸家教材,在此向教材的作者们表示感谢。基础化学实验教学改革是一项十分艰巨的工作,编写基础化学实验教材涉及广泛的 理论和实践知识,需要丰富的实践经验,限于编者学识水平和经验,书中难免存在不妥 之处,恳请同行和读者批评指正。
5、目 录第一章实验室基本知识.1第一节实验室安全知识.1第二节常见玻璃仪器简介.3第三节 常用的工具书与In tern et上的化学数据库.8第二章实验基本技能.10第一节有机反应基本操作.10第二节分离提纯基本操作.15实验2-1含酚环己烷的提纯.42第三节常用分析测试手段.43实验2-2熔点的测定.43实验2-3 沸点的测定.46实验2-4折射率的测定.49实验2-5 相对密度的测定.52实验2-6乙酸乙酯的测定.56实验2-7吠喃甲醇和峡喃甲酸结构测定.64第三章经典有机实验.73第一节亲核取代反应.73实验3-1正丁基苯基酸的合成(相转移催化法).73实验3-2正丁雄的合成.75实验3-
6、3乙酸正丁酯的合成.76实验3-4乙酸乙酯的制备.78实验3-5水杨酸甲酯(冬青油)的合成.79实验3-6乙酰苯胺的合成.81实验3-7粗乙酰苯胺的精制、熔点测定.82实验3-8 阿司匹林的合成.84实验3-9浸乙烷的制备(取代反应).86实验3-10 1,臭丁烷的合成.88实验3-11间硝基苯胺的制备.91实验3-12氯化三乙基节基俊.92第二节芳环上的取代反应.93实验3-13澳苯的合成.93实验3-14 2,4-二氯苯氧乙酸(植物生长素).94实验3-15对漠乙酰苯胺的合成.96实验3-16硝基苯的合成.98实验3-17 2,4-二硝基氯苯.100实验3-18间二硝基苯的制备与其精制.1
7、01实验3-19自蔡磺酸钠的合成.103实验3-20 对甲苯磺酸的制备.105实验3-21 二苯酮的合成.106实验3-22 苯乙酮的制备.108实验3-23 2-叔丁基-对苯二酚(食用抗氧剂)的合成.110实验3-24 对氯甲苯的合成.112实验3-25氯苯的制备.114第三节加成与消除反应.117实验3-26三苯甲醇的合成.117实验3-27 4-苯基-3-丁烯2酮的合成(交叉羟醛缩合反应).118实验3-28 环己烯的合成.119第四节氧化与还原.121实验3-29正丁醛的合成.121实验3-30 环己酮的合成.123实验3-31肉桂酸的制备.125实验3-32 正戊酸的合成.127实验
8、3-33 己二酸的制备.129实验3-34二苯甲醇的合成.132实验3-35吠喃甲醇和吠喃甲酸的合成.133实验3-36苯甲醇和苯甲酸的合成.135实验3-37对甲苯胺的合成.137实验3-38 氢化肉桂酸的合成.139第四章合成与应用性实验.142第一节多步骤有机合成反应.142实验4-1均三嗅苯的合成.142实验4-2二苯乙快的合成.143实验4-3 磺胺比咤.144实验4-4 苯佐卡因.145实验4-5 1,1-二苯基丁烯-3-酮.147实验4-6以甲苯为原料的多步骤合成.150实验4-7 2-庚酮.153第二节天然化合物的提取和分离.154实验4-8 咖啡因提取.154实验4-9黄连素
9、的提取.156实验4-10绿色植物色素的提取及色谱分离.157实验4-11青蒿素系列实验.158实验4-12烟碱的提取.160实验4-13 肉桂醛的提取.161第五章研究性实验.163实验5-1对氯苯乙酮的制备及其结构的证明.163实验5-2 1-澳丁烷的制备中2-澳丁烷生成机理的探讨.165附录.168一、常用有机溶剂的纯化.168二、部分二元及三元共沸混合物的性质.171三、常见有机化合物的物理常数.172四、常用干燥剂.175五、一些有机反应的通法操作.176第一章实验室基本知识第一节实验室安全知识有机合成实验所用药品种类繁多,多数具有易燃、易爆、剧毒和腐蚀性强的特点,一旦 使用不当,就
10、有可能发生着火、中毒、烧伤、爆炸等事故。如果实验人员具有实验基本常 识,掌握正确的操作规程,事故是完全可以避免发生的。因此,了解一些常用化学危险物品 的性能、特点、防护知识和消防安全措施,对于预防和减少因没有掌握化学物品的性能而可 能引起的各种火灾爆炸事故有着重要的意义。我国现制定和颁布的有关化学品管理的主要法规和标准有:化学危险物品安全管理条例化学危险物品安全管理条例实施细则易燃易爆化学品消防安全监督管理办法化学品安全技术说明书编写规定(GB 16483)化学品安全标签编写规定(GB 152581999)常用危险化学品的分类及标志(GB 1369092)危险货物分类与品名编号(GB 6944
11、86)危险货物品名表(GB 1226890)常用化学危险品贮存通则(GB 1560395)这些法规和标准主要是以常用危险化学品为监控对象和目标,对于一些特殊的危险化学 品,如爆炸品、放射性物品等,国家还颁布了一系列专业性更强的法规和标准进行监管。一、化学品危险类别及标志根据常用危险化学品的分类及标志(GB 1369092)国家标准,危险化学品按其危 险性被划分为8类共21项,分别为爆炸品、压缩气体和液化气体(包括易燃气体、不燃气 体和有毒气体3项)、易燃液体(包括低闪点液体、中闪点液体和高闪点液体3项)、易燃固 体、自燃物品和遇湿易燃物品(包括易燃固体、自燃物品和遇湿易燃物品3项)、氧化剂和
12、有机过氧化物(包括氧化剂和有机过氧化物2项)、毒害品和感染性物品(毒害品和感染性 物品2项)、放射性物品以及腐蚀品(酸性腐蚀品、碱性腐蚀品和其他腐蚀品3项),其标志 见图l-l o二、有毒化学品对人体的危害化学品对健康的影响从轻微的皮疹到一些急、慢性伤害甚至癌症,危害更严重的是一些 引人注目的化学灾难事故。因此,了解化学物质对人体危害的基本知识,对于加强化学品管 理、防止中毒事故的发生是十分必要的。11.毒物进入人体的途径毒物可经呼吸道、消化道和皮肤进入体内。凡是以气体、蒸气、雾、烟和粉尘形式存在 的毒物,均可经呼吸道侵入体内。脂溶性毒物经表皮吸收后,还需有一定的水溶性,才能进 一步扩散和吸收
13、,所以水、脂皆溶的物质(如苯胺)易被皮肤吸收。2.毒物在体内的过程毒物在体内通常经过分布、生物转化、排出和蓄积4个过程。毒物被吸收后,随血液循 环(部分随淋巴液)分布全身。当在某部位达到一定浓度时,就可发生中毒。有些毒物相对 集中于某组织或器官中,如铅、氟主要集中在骨质,苯多分布于骨髓及类脂质。毒物在体内 经生物转化后或不经转化而排出,毒物进入体内的总量超过转化和排出总量时,会发生毒物 的蓄积,这是发生慢性中毒的基础。3.对人体的危害化学品对人体的危害主要为引起中毒,临床类型有:引起刺激、过敏、缺氧、昏迷和麻 醉、全身中毒、致癌、致畸、尘肺等。例如,甲醛易被鼻咽部湿润的表面所吸收,会导致火 辣
14、辣的感觉;二氧化硫、光气等对气管有强烈的刺激,会出现咳嗽、呼吸困难、痰多等症 状;环氧树脂、胺类硬化剂、偶氮染料、煤焦油衍生物和倍酸等与皮肤接触后,会引起皮肤 过敏。但化学毒物引起的中毒往往是多器官、多系统的损害,例如,苯急性中毒主要表现为 对中枢神经系统的麻醉作用,苯慢性中毒主要表现为对造血系统的损害;三硝基甲苯中毒可 出现白内障、中毒性肝病、贫血等。三、化学品的火灾与爆炸危害化学品的燃烧与爆炸需要三要素:可燃物、助燃物和点火源。它们必须有正确的比例和 在合适的状态下才能燃烧或爆炸。1.可燃气体、可燃蒸气、可燃粉尘的爆炸危险性可燃气体、可燃蒸气、可燃粉尘与空气组成的混合物,当遇点火源时,极易
15、发生燃烧或 爆炸,但并非在任何混合比例下都能发生,而是有固定的浓度范围。在火源作用下,可燃气 体、可燃蒸气或粉尘在空气中足以使火焰蔓延的最低浓度称为该气体、蒸气或粉尘的爆炸下 限;同理,足以使火焰蔓延的最高浓度称为爆炸上限。例如,乙醇的爆炸范围为4.3%19.0%,4.3%称为爆炸下限,19.0%称为爆炸上限。部分可燃气体、蒸气的爆炸极限见表1-1。2表1-1部分可燃气体、蒸气的爆炸极限可燃气体、蒸气爆炸极限7%可燃气体、蒸气爆炸极限7%下限上限下限k限甲烷5.314环氧乙烷3.080乙烷3.012.5乙醛1.948乙烯3.132乙酹4.155苯1.47.1丙酮3.011甲苯1.46.7乙酸乙
16、酯2.592.液体的燃爆危险性液体的表面有一定数量的蒸气存在,在一定温度下,可燃液体表面上的蒸气和空气的混 合物与火焰接触时能闪出火花,但随即熄灭,这种瞬间燃烧的过程叫闪燃。液体能发生闪燃 的最低温度叫闪点。闪点是液体可以引起火灾危险的最低温度,液体的闪点越低,它的火灾 危险性越大。常见易燃、可燃液体的闪点见表1-2。表1-2常见易燃、可燃液体的闪点液体名称闪点/液体名称闪点/液体名称闪点甲醇9辛烷-16乙酸乙酯1乙醇13乙二醇100石油酸-50丁醇29甲苯4原油-35丙酮-17苯-1 1煤油30-70乙醛-38氯苯29重油80130乙醛-453.固体的燃爆危险性有些固体对摩擦、撞击特别敏感,
17、如爆炸品、有机过氧化物,当受到外来撞击或摩擦 时,很容易引起燃烧或爆炸;某些固体在常温或稍高温度下即能发生自燃,如白磷若暴露在 空气中会很快燃烧,再如在合成橡胶干燥工段,若橡胶长期积聚在蒸气加热管附近,则极易 引起橡胶的自燃。四、化学品危害预防与控制基本原则化学品是有害的,但人类的生活已离不开化学品,如何预防与控制化学品的危害,防止 火灾爆炸、中毒与职业病的发生,就成为必须解决的问题。化学品危害预防与控制的基本原则一般包括两个方面:操作控制和管理控制。1.操作控制操作控制的目的是通过采取适当的措施,消除或降低工作场所的危害,防止操作人员在 正常工作时受到有害物质的侵害。采取的主要措施是替代、变
18、更工艺、隔离、通风、个体防 护和卫生。2.管理控制管理控制是指按照国家法律和标准建立起来的管理程序和措施,是预防工作场所中化学 品危害的一个重要方面。管理控制主要包括:危害识别、安全标签、安全技术说明书、安全 贮存、安全传送、安全处理与使用、废物处理、接触监测、医学监督和培训教育。第二节常见玻璃仪器简介一、常见玻璃仪器简介有机合成实验常用的玻璃仪器,可分为普通仪器和标准磨口仪器两大类。普通仪器有试 3管、烧杯、烧瓶、容量仪器、布氏漏斗、玻璃漏斗、吸滤瓶等;而标准磨口仪器有圆底烧 瓶、三口烧瓶、分液漏斗、滴液漏斗、冷凝管、蒸储头、接引管等。目前普通仪器中大部分 已被标准磨口仪器所取代,因此这里主
19、要介绍标准磨口仪器。在有机合成实验及有机半微量分析、制备及分离中,常用带有标准磨口的玻璃仪器,总 称为标准磨口仪器。常用标准磨口仪器的形状、用途与普通仪器基本相同,只是具有国际通 用的标准磨口和磨塞。常用的一些标准磨口仪器见图1-2。里彩瓶 园底烧粮图1-2各种标准磨口仪器标准磨口仪器根据容量的大小及用途有不同编号,按磨口最大端直径分为10mm,14mm,19mm,24mm,29mm,34mm,40mm,50mm等八种。也有用两个数字表示磨口 大小的,如1。19表示此磨口最大直径为10mm,磨口面长度为19mm。相同编号的磨口 和磨塞可以紧密相接,因此可按需要选配和组装各种形式的配套仪器进行实
20、验。这样既可免 去配塞子及钻孔等手续,又能避免反应物或产物被软木塞或橡皮塞所沾污。使用标准磨口仪器时必须注意以下事项。4磨口处必须洁净,若粘有固体物质,则使磨口对接不紧密,导致漏气,甚至损坏 磨口。用后应拆卸洗净,否则放置后磨口连接处常会粘住,难以拆开。一般使用时磨口无需涂润滑剂,以免沾污反应物或产物。若反应物中有强碱,则应 涂润滑剂,以免磨口连接处因碱腐蚀而粘住,无法拆开。安装时,应注意磨口编号,装配要正确、整齐,使磨口连接处不受应力,否则仪器 易折断或破裂,特别在受热时,应力更大。二、玻璃仪器的清洗与使用有机合成实验使用的各种玻璃仪器的性能不同,所以必须掌握它们的性能、洗涤方法和 使用方法
21、,才能保证实验效果,避免不必要的损失。1.玻璃仪器的清洗如基础化学实验(上)所述,可根据玻璃仪器污染情况,采用相应的倍酸洗液、盐酸溶 液、碱液、合成洗涤液、有机溶剂洗涤液或超声波等来进行清洗。2.主要玻璃仪器的使用注意事项(1)烧瓶烧瓶的加热应在石棉网上、水浴中或油浴中进行。平底烧瓶:适于配制和贮存溶液,但不能用于减压实验。圆底烧瓶:能耐热和承受反应物(或溶液)沸腾以后所发生的冲击震动。在有机化 合物的合成和蒸储实验中最常使用,也常用作减压蒸镭的接收器。梨形烧瓶:性能和用途与圆底烧瓶相似。它的特点是在合成少量有机化合物时在烧 瓶内保持较高的液面,蒸储时残留在烧瓶中的液体少。三口烧瓶:适用于需要
22、进行搅拌的实验中。中间瓶口装搅拌器,两个侧口装回流冷 凝管和滴液漏斗或温度计等。锥形烧瓶(锥形瓶):常用于滴定以及有机溶剂进行重结晶的操作,或有固体产物生 成的合成实验中,因为生成的固体物容易从锥形烧瓶中取出来;也常用作常压蒸馈实验的接 受器,但切不可用作减压蒸储实验的接受器。克氏(Cl a isen)蒸储烧瓶:常用于减压蒸储,正口安装毛细管,带支管的侧口插温 度计。(2)冷凝管直形冷凝管:主要用于蒸储物质的沸点在140以下,使用时要在套管内通水冷却,但超过140C时-,它的内管与外管的接合处容易炸裂。空气冷凝管:当蒸馈物质的沸点高于140C时,常用它代替通冷却水的直形冷凝管。球形冷凝管:其内
23、管的冷却面积较大,对蒸气的冷凝有较好的效果,适用于加热回 流的实验。蛇形:其内管的冷却面积最大,冷却效果更好。冷凝管通水后很重,所以安装冷凝管时应将夹子夹在冷凝管的重心处,以免翻倒。洗刷冷凝管时要用特制的长毛刷,如用洗涤液或有机溶液洗涤时,则用软木塞塞住一 端。冷凝管不用时,应直立放置,使之干燥。(3)漏斗三角漏斗:在普通过滤时使用。分液漏斗:用于液体的萃取、洗涤和分离,有时也可用于滴加试剂。滴液漏斗:能把液体逐滴地加入反应器中,即使漏斗的下端浸没在液面下,也能够 5明显地看清滴加的速度。恒压滴液漏斗:用于合成反应实验的液体加料操作,也可用于简单的连续萃取操作。热滤漏斗:也称保温漏斗,用于需要
24、保温的过滤。它是在普通漏斗的外面装上一个 铜质的外壳,外壳与漏斗之间装热水,或者用煤气灯加热侧面的支管,以保持所需要的 温度。安全漏斗:便于随时加入液体,常用于气体的制备。布氏(Bu c h n er)漏斗:是瓷质的多孔板漏斗,在减压抽滤时使用。若减压过滤少量 物质可用赫氏漏斗或玻璃钉漏斗。砂芯玻璃漏斗:用于过滤具有强氧化性或强酸性的物质,但不适用于过滤碱性溶液。分液漏斗的活塞和盖子都是磨砂口的,若非原配的,就可能不严密,所以,使用时要注意保 护它;各个分液漏斗之间也不要相互调换。用后一定要在活塞或盖子与磨砂口之间垫上纸 片,以免日后难于打开。砂芯漏斗在使用后应立即用水冲洗,否则难于洗净。玻璃
25、砂滤板孔径不是太小的可用强 烈的水流冲洗;孔径较小的则用抽滤方法冲洗。各种漏斗的形状可见图l-3o砂芯玻璃漏斗 布氏品斗 热滤漏+林氏漏斗 玻璃灯漏斗图1-3各种漏斗三、仪器的安装与使用1.仪器的连接在有机合成实验装置中,所用玻璃仪器相互间的连接一般采用两种形式:一种是靠橡皮 塞或木塞相连接;另一种是靠仪器本身的磨口相连接。(1)塞子连接 连接两件玻璃仪器的塞子有软木塞和橡皮塞两种。取用的塞子应与仪器 接口尺寸相匹配,一般以塞子的1/22/3能插入仪器接口内为宜。塞子质料的选择应取决 于被处理物质的性质(如腐蚀性、溶解性等)以及仪器的使用情况(如在低温还是高温、在 6常压下还是减压下进行操作)
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