1、1三氯化铁合成乙酸异戊酯及香水配制组员：王逸航、胡伟、欧俊峰1实验目的（1）根据实验内容，学习自主设计实验方案，掌握实验方法的选择与实验方案制定，实验仪器与装置的选用和正确安装；（2）通过调研工业上和实验室中实现有关反应的具体方法，分析各种方法的优缺点，掌握文献资料的查阅方法；（3）学习香料知识和香水配制方法，掌握酯化反应及酯的纯化等相关基本操作；2. 实验原理(1)物理性质乙酸异戊酯：分子式 C7H14O2，相对分子质量 130.19，沸点 142( 纯品)，闪点 25；乙酸异戊酯是无色透明的液体，又称香焦油，具有水果香气。它是香蕉、生梨等果实的芳香成分，也存在于酒等饮料和酱油等调味品中。在
2、许多水果型特别是梨和香蕉香精中，大量使用乙酸异戊酯。也常用于配制酒和烟叶用香精。乙酸异戊酯易溶于乙醇、乙醚、苯，难溶于水，不容于甘油，易燃，毒性小，刺激眼睛和气管黏膜。它更大的应用是涂料、皮革等工业中作为溶剂使用。冰醋酸：分子式 C2H4O2，熔点为 16.6，沸点 117 .9，相对密度为 1.0492.乙酸是食醋的主要成分（普通的醋约含 6%-8%的乙酸） 。易挥发，是一种具有强烈刺激性气味的无色液体。当温度低于它的熔点时，就凝结成冰状晶体，所以又叫冰醋酸。乙酸易溶于水和乙醇及其他有机溶剂。冰醋酸的浓度为 17mol/L，一般的乙酸浓度为 6mol/L。异戊醇：分子式 C5H12O，无色液
3、体，有不愉快的气味。微溶于水，可混溶于醇、醚等有机溶剂。熔点-117.2 ，费电 132.5。相对密度（水=1）：0.81,饱和蒸汽压（kpa）：0.27（20） 。微溶于水，可混溶于醇、醚。(2)乙酸异戊酯的合成条件与方法本次采用三氯化铁为催化剂，乙酸和异戊醇为原料合成乙酸异戊酯，反应式如下：酯化反应是可逆的，本实验采取加入过量冰醋酸，并除去反应中生成的水，使反应不断向右进行，提高乙酸异戊酯的产率。异戊醇：冰醋酸=1 : 1.2 ，145 士 2下回流1.0h，生成的乙酸异戊酯中混有过量的冰醋酸、未完全转化的异戊醇、及副产物醚类，经过洗涤、干燥和蒸馏予以除去。3. 仪器药品仪器：铁架台、三口
4、烧瓶(250mL)、球形冷凝管、分水器、蒸馏烧瓶(100mL)、直形冷凝管、接液管、分液漏斗(100mL)、量筒（25mL） 、温度计（200） 、锥形瓶(100mL)、电热套、沸石、天平。药品：异戊醇（0. 3mol） 、冰醋酸（0. 36 mol） 、三氯化铁 FeCl3（0. 53g ） 、饱和2碳酸钠溶液（10） 、饱和氯化钠溶液、饱和氯化钙溶液、硫酸镁（无水） 。4实验步骤称取 0. 3mol 异戊醇和 0. 36 mol 乙酸,置于三口梨形烧瓶中, 加入 0.53g FeCl3和几粒沸石, 装上温度计和分水器, 145 士 2回流分水 1h , 稍冷后将分水装置改为蒸馏装置,加入几
5、粒沸石, 收集 136 142间的馏份。反应结束后分别用 10mL 饱和食盐水洗涤一次，20mL10%碳酸钠溶液和 20mL 水分别洗涤两次，弃去水层。以 2g 无水硫酸镁干燥，蒸馏，收集 136 -142馏分，得到乙酸异戊酯。5.实验操作步骤试验流程如下：0.36mol 的乙酸250ml三口烧瓶按图 1 装置连接开启搅拌器反应混合液快速加热到145 士 2之间，保持温度回流反应 1.0h含乙酸异戊酯的混合液冷却，加 20ml 饱和 Na2CO3溶液除去乙酸，洗涤去水层混合液 1 15ml 饱和 NaCl溶液洗涤 2 次（1） 酯化 检查装置气密性后，在干燥的三颈烧瓶中加入 0.36mol 冰
6、醋酸、0.3mol 异戊醇及 0.53g 催化剂三氯化铁，混匀后放入 12 粒沸石。安装带分水器的回流装置，三颈瓶中口安装分水器，分水器中事先充水至支管口处。一侧口安装温度计（温度计应浸入液面以下） ，另一侧口用磨口塞塞住。用电热套缓缓加热，当温度升至约 136时，三颈瓶中的液体开始沸腾。继续升温，控制回流速度，使蒸气浸润面不超过冷凝管下端的第一个球，当分水器充满水时放出使其低于支管口，控制反应温度在 145 士 2之间，大约需 1h 反应搅拌磁子 0.3mol异戊醇混合液 2去水层 加入 15ml 饱和 CaCl2 溶液，洗涤，去水层 混合液 3 转移 100ml锥形瓶加入 2g 无水 Mg
7、SO4干燥，然后将液体移入圆底烧瓶 按图 2 装置连接，常压蒸馏收集 136142的馏分，即产品乙酸异戊酯称量 干燥的锥形瓶质量为 m1该锥形瓶盛产品后的质量 m2产品质量 m=m2-m10.53gFeCl33基本完成。（2） 洗涤 停止加热，稍冷后拆除回流装置。将烧瓶中的反应液倒入分液漏斗中，用15mL 冷水淋洗烧瓶内壁，洗涤液并入分液漏斗。充分振摇，接通大气静置，待分界面清晰后，分去水层。再用 15mL 冷水重复操作一次。然后酯层用 20mL10碳酸钠溶液分两次洗涤，然后用 15mL 饱和食盐水洗涤一次，最后再用饱和氯化钙溶液洗涤一次，去水层。（3）干燥 经过水洗、碱洗、食盐水和氯化钙溶液
8、洗涤后的酯层由分液漏斗上口倒入干燥的锥形瓶中，加入 2g 无水硫酸镁，配上塞子，充分振摇后，放置 10min。（4）安装一套普通蒸馏装置。将干燥好的粗酯小心滤入干燥的蒸馏烧瓶中，放入 12 粒沸石，加热蒸馏。用干燥的锥形瓶收集 136142馏分，称取质量并计算产率。6.实验装置图图 1：反应装置 图 2：蒸馏装置乙酸异戊酯的红外光谱的特征如下：1740cm -1的强峰是酯羰基伸缩振动引起的。除甲基甲酯外，大多数饱和酯的 Uc=0都出现在这个峰位。1240cm -1的谱带是乙酸酯基中 C-O 单键伸缩振动产生的，强度同羰基峰相当，形状略宽。由此峰位置可以确定酯的类型，非常特征。1380cm -1
9、的附近分裂的双峰是两个甲基同一个碳原子相连时，由于振动的偶合效应使 1380cm-1峰发生裂分引起的。两峰距小于 15cm-1.另外，1170cm -1处尖锐的弱吸收，更加证实了异丙端基的存在。对生成的乙酸异戊酯作气相色谱分析，记录乙酸异戊酯的红外光谱并于图 1 香比较。47.注意事项（1）实验前应先检查装置的气密性。（2）回流酯化时，要缓慢均匀加热，以防止碳化并确保完全反应。（3）反应温度应控制适宜，否则会发生副反应，产生过多的副产物。（4）碱洗时放出大量热并有二氧化碳产生，因此洗涤时要不断放气，防止分液漏斗内 的液体冲出来。（5）最后蒸馏时仪器要干燥，不得将干燥剂倒入蒸馏瓶内。（6）冰醋酸
10、具有强烈刺激性，要在通风橱内取用。8.原始数据及产量产率计算产率=实际产量/理论产量*100%原料 产品乙酸 异戊醇 催化剂 理论产量 实际产量 产率0.36mol 0.3mol 0.53g 57.614g9.香水配方 香水加工过程中应该注意的注意事项（1）香水加工时香水不能摇，因为防止香水变质。香蕉香水配方组分 用量/g 组分 用量/g乙酸异戊酯 8.250 香兰素 0.075 丁酸异戊酯 2.250 甘油 5.00 乙酸丁酯 1.500 95%乙醇 70.00 丁酸乙酯 1.500 蒸馏水 10.00 乙酸乙酯 0.375 橙叶油 0.075 丁香油 0.225 甜橙油 0.75 总量 1
11、00.0 紫罗兰香水配方组分 用量/g苯乙醇 20香叶醇 3 紫罗兰酮 50苯乙醛 2羟基香草醇 7醋酸异戊酯 5二甲苯麝香 13总量 1005（2）因为香水瓶内并不是真空的，总会残留一些空气。而且随着你每次喷（或者开盖） ，就会有少量空气进入瓶内。（3）香水遇到这些空气会与其中的氧气发生化学反应。这种氧化反应是一个很缓慢的过程，可能几个月或者几年后你才会感觉到明显的变化。但等到我们有感觉的时候，香水通常已经变质了。静置香水可以最大程度上减缓这种氧化反应。香水的质量评定标准（1）香水液体清澈透明，无沉淀物、悬浮物和混合现象。（2）香气扩散性好，并能保持一定时间，没有丝毫酒精气味或其他不良气味。
12、（3）在 38温度下，经 24 小时不变色。（4）瓶盖严密不漏气，防止酒精挥发、香气散发以及进入空气将香水氧化。（5）包装完整，图案清晰，瓶外观无疵点。实验讨论和实验思考：根据三氯化铁催化乙酸异戊酯的合成反应，控制反应温度需要在 145左右，是为了此时的催化剂的活性最大，催化合成的乙酸异戊酯的效率最高；另外反应时间需要保持 1h，意在让催化合成反应充分进行，提高乙酸异戊酯的产率。思考题：（1）收集馏分应注意哪些问题？答：分馏一定要缓慢进行，要控制好恒定的蒸馏速度；要使有相当量的液体自柱流回烧瓶中，即要选择合适的回流比；必须减少分馏柱的热量散失和波动，可以用石棉绳把柱的外围包住。（2）乙酸异戊酯
13、酯化过程中要快速加热到 145？答：因为在这个温度下，反应物才会在催化剂的作用下酯化生成乙酸异戊酯，此时催化剂活性最高，产率也最大。如果不快速加热到所需的反应温度，那么可能在反应过程中生成其他不需要的有机副产物而严重干扰实验结果的准确度，所以应快速加热到 145左右。参考文献：1氯化铁催化合成乙酸异戊酯新工艺研究。许凌 何节玉 廖德仲，1995 年 12 月2三氯化铁催化合成乙酸异戊酯。张伟光，2006 年 4 月3氯化铁催化合成乙酸异戊酯新工艺研究。许凌 廖德仲，1996 年 9 月。4化工实验技术。重庆大学出版社 张承红 陈国华，2009 年 8 月。 5实用香精配方。北京 中国轻工业出版社;王建新 1995 年。
