苯乙酮的制備

苯乙酮的制備

【實驗目的】

1.學習利用Friedel-Crafts酰基化反應制備芳香酮的原理和方法；

2.了解無水實驗的操作要點；

3.初步掌握電磁攪拌器的使用；

4.學習安裝尾氣吸收裝置和使用空氣冷凝管的實驗操作；

5.掌握分液漏鬥的使用和萃取操作。

【實驗原理】

Friedel-Crafts酰基化反應制備芳香酮的最重要和最常用的方法之一，可用FeCl3、AlCl3、ZnCl2等Lewis酸作催化劑。酰鹵和酸酐是常用的酰化試劑，常用過量的液體芳烴等作為反應的溶劑。

Friedel-Crafts酰基化反應是一個放熱反應，通常将酰基化試劑配成溶液後慢慢滴加到盛有芳烴溶液的反應瓶中，并需密切注意反應溫度的變化。

由于芳香酮可與AlCl3形成配合物，故與烷基化反應相比，酰基化反應的催化劑用量要大得多。烷基化反應中AlCl3/RX（摩爾比）是0.1，酰基化反應中兩者摩爾比為1.1。由于芳烴與酸酐反應産生的有機酸會與AlCl3反應，所以AlCl3/RCOX（摩爾比）是2.2。

【實驗裝置】

  無水苯（16 mL，約14 g，0.18 mol，過量）；無水AlCl₃（13 g，0.097 mol）；乙酐（4mL，約4.3 g，0.04 mol）。

【實驗步驟】

按實驗裝置圖1搭好裝置^[1-3]，尾氣HCl用稀NaOH溶液吸收。加料^[4]，加入攪拌子，開動電磁攪拌器^[5]。冷水浴冷卻，通過恒壓滴液漏鬥滴加乙酐，約10 min滴完。以95 ^oC的熱水浴保持反應液（草綠色）回流至無HCl為止，約50min^[6]。

冷卻，攪拌下将産物緩慢倒入20 mL濃鹽酸和30-40 g碎冰中^[7]。分液取上層，下層用苯^[8]萃取2 次，8 mL/次，合并萃取液。用10％NaOH中和至pH值約為7，分液；再用9 mL水洗滌，分液。上層粗産品用無水MgSO₄幹燥。

小火常壓蒸餾，除盡苯^[9]。換空氣冷凝管和接收瓶，收集195-202°C的餾分，稱重，産量約2.5 g（産率50％左右）。

純苯乙酮為無色透明油狀液體，沸點為202 ^oC，20 ^oC的折光率1.5372。

【實驗操作流程圖】

【注釋】

[1] Friedel-Crafts酰基化反應制備芳香酮是一個無水反應，要求儀器無水，試劑無水，反應過程中隔絕水汽。因而，本實驗前一天要通知學生烘儀器：100 mL三頸瓶，14*19塞，球形冷凝管，幹燥管，恒壓滴液漏鬥，3個空心塞，25 mL和10 mL量筒各一個。以上儀器全部放在一個600 mL大燒杯中烘幹。苯以分析純為佳，最好用鈉絲幹燥24小時以上再用。

[2] 滴加苯乙酮和乙酐混合物的時間以10min為宜，滴的太快溫度不易控制。為了撤換外浴方便，不用攪拌器自帶的鐵杆固定整個裝置，而改用鐵架台固定。

[3] 反應過程中隔絕水汽：幹燥管中要裝填塊狀的無水CaCl₂，通過一個單孔塞和一段玻管連接尾氣吸收部分。用單孔塞固定一個倒置的短頸漏鬥，懸于燒杯中稀NaOH（學生自己用固體NaOH配置）液面上，高度為離液面約0.5 cm左右。吸收裝置：約20％氫氧化鈉溶液，自配，200mL，特别注意防止倒吸。

[4] 試劑無水：無水純苯；無水AlCl₃必須随用随開封，選用亮晶晶的，稱量、敲碎和加料都要迅速。無水三氯化鋁的質量是本實驗成敗的關鍵，以白色粉末打開蓋冒大量的煙，無結塊現象為好。若大部分變黃則表明已水解，不可用。

[5] 電磁攪拌器的使用：先将調速開關調至最低，然後開啟電源，再将攪拌速度調至合适的速度。防止因突然開啟時由于攪拌過快，引起攪拌子劇烈跳動而撞碎三頸瓶。

[6] 利用這個時間段，安排學生再烘一套蒸餾用儀器，包括空氣冷凝管和2 個接收瓶。

[7] 用冰的稀鹽酸終止催化反應，因此過程劇烈放熱，所以要加冰，且在通風櫥中進行。如果催化劑多了，可以再滴加HCl以溶解。加入稀HCl時，開始慢滴，後漸快；稀HCl（1：1，已配）用量約為140ml。

[8] 用普通苯萃取，原則是少量多次。

[9] 蒸餾過程中，當苯已經除盡，溫度計的示數會快速上升，超過130 ^oC時，暫時停止加熱。稍冷，換上空氣冷凝管，繼續加熱。當溫度再次急劇上升超過130^oC，換下接收苯的三角燒瓶，換上一個潔淨的、幹燥的接收瓶收集苯乙酮。粗産物中的少量水，在蒸餾時與苯以共沸物形式蒸出，其共沸點為69.4℃。