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3-α-呋喃基丙烯酸制备经验谈

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分类:chemistry
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相关说明

1999 年的实验题毫无疑问是迄今为止最出色的一套实验题,相当考验实验技术与技巧。想制备出大量纯白色产品需要非常细致的操作。三年前,我所在的高中的化学竞赛组进行了超过 300 次制备实验,总结了一整套实验需要注意的细节。

制备步骤:

在 100mL 圆底烧瓶中,依次加入 5mL 呋喃甲醛(由教师定量供给)、14mL 乙酸酐和 6g 无水碳酸钾,用电热套加热回流 1.5 小时。反应开始时应控制加热速度(由于逸出二氧化碳,最初有泡沫出现)。在搅拌下趁热将反应物倒入盛有 100mL 蒸馏水的烧杯中,用固体碳酸钠中和 3-α-呋喃基丙烯酸至弱碱性,加入活性炭后煮沸 5-10 分钟,趁热过滤,滤液在冰水浴中边搅拌边滴加浓盐酸,使 3-α-呋喃基丙烯酸析出完全,抽滤。用少量蒸馏水洗涤晶体 2 次。粗产品用适量 1:3 乙醇水溶液重结晶,抽滤,洗涤,尽量抽干,经监考教师认可后,将产品移到贴有标签的表面皿上,烘干 30 分钟后,经监考教师确认已干燥,当考生在场时,称重,并将产品的重量及外观记录在考生的实验报告上。考生当场将产品用研钵研细,装入称量瓶中供纯度测定用。

步骤分析

在 100mL 圆底烧瓶中,依次加入 5mL 呋喃甲醛(由教师定量供给)、14mL 乙酸酐和 6g 无水碳酸钾,用电热套加热回流 1.5 小时

呋喃甲醛,乙酸酐自己蒸馏一遍,注意原料放置时间越长,产品颜色越黄,新蒸馏过(1 天内)的原料才可能产生纯白色的产品。注意操作说明中的 加热回流 字样,1.5 小时的计时应当从反应混合物加热到足够程度,液体开始回流计算。

反应开始时应控制加热速度(由于逸出二氧化碳,最初有泡沫出现)

这是整个实验中的第一个难点,加热速度的控制是需要反复训练多次的。反应需较快速加热到足够温度才会发生,而一旦反应开始,则需要立即加快磁子搅拌速度并降低电热套温度,控制固体的膨胀趋势。过程中碳酸钾被二氧化碳快速撑起,并黏附在烧瓶上表面,液体吸附在碳酸钾固体表面,此时若加热温度过高,则呋喃甲醛氧化,影响产率。当固体膨胀停滞后可以适当调高温度。

当回流稳定之后,反应液的温度可以保持恒定,但是黏附在烧瓶上部内表面的固体物质可能被加热到过高的温度,通过适当摇动等方式使固体物质落回液体中可提高产率。在附着的固体物质全部掉入液相中后可以再适当提升温度。

在搅拌下趁热将反应物倒入盛有 100mL 蒸馏水的烧杯中,用固体碳酸钠中和 3-α-呋喃基丙烯酸至弱碱性

趁热将反应物倒入盛有 70mL 蒸馏水的烧杯中,并用 15mL 滚热的碳酸钠溶液分三次将烧瓶内的反应物残留洗出至烧杯内。用固体碳酸钠中和至表面黑色稠膏状物质变为黑色稀油状物质。

这一步是提高产率的关键步骤,滚热的碳酸钠溶液可以起到非常好的转移效果,黑色稠膏状物质内部包夹了大量产品,一定要充分搅拌中和,中和完全后应当只剩下黑色稀油状物质,此时反应液颜色应当澄清透明略带极浅黄绿色。

加入活性炭后煮沸 5-10 分钟,趁热过滤

由于上一步产品澄清透明,故象征性加少许活性炭吸附油状物即可,快速搅拌下加热 5-10 分钟至沸腾,务必趁热抽滤,用滤纸将导致大量产品损失,用 15mL 滚热的碳酸钠溶液分三次将抽滤瓶内的反应物残留洗出至烧杯内。

滤液在冰水浴中边搅拌边滴加浓盐酸,使 3-α-呋喃基丙烯酸析出完全,抽滤

滤液在冰水浴中持续搅拌充分冷却后再滴入浓盐酸,逐滴滴入,控制温度,中和至 pH 值为 3-5 左右即可,冰水中放置半分钟,抽滤。

用少量蒸馏水洗涤晶体 2 次

用微量极稀盐酸溶液洗涤晶体 2 次,干燥时稀盐酸挥发,不会影响测定。

粗产品用适量 1:3 乙醇水溶液重结晶,抽滤,洗涤,尽量抽干

先加入 1:3 乙醇水溶液少许,使烧瓶底能够覆盖一层薄薄的液体膜,再加入粗产品,注意升温过程不宜太快,防止未溶解的固体产品承受过高的温度。追求沸腾时恰好一滴溶解掉所有的残余物质。

冷却重结晶,抽滤,抽干压干。