应用化学专业实验讲义Word文档格式.docx

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在光学异构体的分子中，相应的键角和键长都相同，只是由于分子原子的空间排列方式不同，使偏振光的振动平面旋转方向不同，这是光学异构体在性质上的最特征的差别。

理论和实践都证明，只有不具有对称中心、对称面和反轴（但可以有对称轴）的分子才可能有光学异构体。

因为三个原子本身可以组成一个对称平面，所以有光学活性的分子至少必须包括四个原子。

光学异构体在有机化学中是常见的。

在有机化合物的分子中，常常依据是否有非对称碳原子来判别光学异构体。

但必须指出，含有非对称碳原子的分子中，不一定都具有光学活性，因为有的分子内部的另一部分含有排列方向相反的不对称碳原子，存在对称面的内消旋物，而使右旋构型和左旋构型的旋光性两者自行抵销（3-1a）;

另外还有不易分离的相同数量的右旋和左旋分子组成的混合物，其旋光能力也相互抵销，被称为外消旋物（图3-1b）。

图3-1内消旋和外消旋（a内消旋酒石酸,b外消旋酒石酸）

1912年A.Werner制备和离析出第一个过渡金属配合物[Co（en）3]3+]的两种光学异体，其构型如图3-2所示。

其中一种异构体使偏振光的振动平面向右旋转，而另一种异构体使偏振光的振动平面向左旋转，通常以d或（+）表示右旋，而以l（-）表示左旋。

物质使偏光的振动平面旋转的能力可以用比旋光度

来表示。

在某一波长λ和温度t时每mL溶液中所含物质为1g的测定长度为1dm时所产生的旋转角度，它对某一物质是一定值，可用下式表示：

式中l为样品的测定长度以分米表示,c为每mL溶液中所含样品的g数，α为旋转角度读数。

化学中，常用摩尔光度[αM]λ来表示物质的旋光能力。

光学活性物质的旋光度随着波长的不同而变化，一种光学异构体可以在某一波长下使偏振光的振动平面右旋，而在另一波长时使偏振光的振动平面左旋。

所以近年来常用旋光色散（ORD）和园二色（CD）曲线来表示物质的光学活性，光学活性物质的摩尔旋光光度[αM]λ与波长λ的关系图，称为旋光色散（ORD）曲线；

光学活性物质的左旋偏振光和右旋偏振光的摩尔吸收系数的差εl－εd（Δε）与波长λ的关系图，称为园二色（CD）曲线（图3-3）。

曲线有极大值，而ORD曲线在极大吸收位置出现转折点，互为对映体的旋光度[αM]λ值相等，但符号相反。

旋光色散和园二色曲线及有关现象，总称为科顿效应，正科顿效应相应于ORD曲线上[αM]λ随波长增加而由负值向正值改变、CD曲线上的Δε为正值，负科顿效应正好相反。

图3-3旋光色散曲线（上）和园二色曲线（下）习惯上通常规定[α]λ为正值时是右旋异构体，[α]λ为负值时是左旋异构体。

在ORD曲线中较短波长[αM]λ为负值（对应于CD曲线上Δε为负值）时是右旋异构体，而在较短波长[αM]λ为正值（对应于CD曲线上Δε为负值）时是左旋异构体。

但右旋和左旋异构体只是反映物质对偏振光有两种不同的旋光性质，并没有指出那一种旋光异构体的真正立体几何构型。

如d-[Co（en）3]3+异构体究竟是图3-2中左边的还是右边的几何构型，直到1954年日本人利用特殊的X射线技术才确定d-[Co（en）3]3+异构体是图3-2左边的那种立体几何构型。

虽然在光学活性物质的对映体和它的绝对构型之间有必然的关系，但由于光学

活性的理论很复杂，同时用X射线测定的真正几何构型又很少。

因此，现在还不能利用ORD曲线或CD曲线来确定光学异构体的绝对构型，目前只能与具有相类似结构而已知其绝对构型的光学异构体的ORD或CD曲线相比较，若有相同的符号的科顿效应，则两者具有相同的绝对构型。

毫无疑问，利用ODR或CD曲线来确定光学异构体的绝对构型将是未来研究的任务。

光学异构体的化学性质相同，用普通的方法不能直接制得光学异构体，而总是得到它们的外消旋混合物。

要得到每种纯的对映体，必须用一定的方法来把外消旋混合物分开，这种方法叫做外消旋体的离析。

常用的一种方法是化学离析法，就是使混合物的外消旋离子与另一种带相反电荷的光学活性化合物作用得到非对映异构体，根据它们溶解度的不同，选择适当的溶剂用分步结晶的方法把它们拆分开，得到某一种纯的非对映体，最后再用非光学活性物质处理，可使一对光学活性盐恢复成原来的组成。

本实验欲制备和离析光学异构体[Co（en）3]3+，在它们的外消旋混合物中，加入D-酒石酸盐（用D-tart表示）而使光学异构体分离：

[d-Co（en）3][D-tart]Cl·

5H2O与NaI反应转为[d-Co（en）3]I3·

H2O，这个产物的比旋光度[a]20D为+89°

。

在沉淀出[Co（en）3][D-tart]Cl·

5H2O以后的溶液中，加入NaI,有[d-Co（en）3]I3·

H2O与[l-Co（en）3]I3·

H2O的混合物析出，因[l-Co（en）3]I3·

H2O在温水中的溶解度比其对映体大得多，因此重结晶可以得到较纯的[l-Co（en）3]I3，这个产物的比旋光度[a]20D为-89°

由实验测得各异构体的比旋光度与理论值相较，就可求得样品中异构体的纯度。

三、实验步骤

（一）具体操作方法

1.酒石酸钡的制备

在250mL烧杯中，把5gD-酒石酸溶于50mL水中，边搅动边缓慢地加入13g碳酸钡，加热并连续搅动0.5h以确保反应完全，滤出沉淀并用冷水洗涤，随后在110℃烘干。

2.[Co（en）3]3+的制备

在一只250mL吸滤瓶上装一只橡皮塞，塞上带一根玻璃管伸入到瓶底，瓶中加入20mL24％的乙二胺溶液和5mL浓盐酸，再加入硫酸钴溶液（7g硫酸钴溶于15mL水中）和1g活性炭，通急空气流2h（如图3-4所示），使Co2+氧化到Co3+，这时有[Co（en）3]3+生成。

图3-4[Co（en）3]3+的制备装备

当氧化完成时，用稀盐酸和稀乙二胺调节pH到7.0～7.5，把此溶液转入到100mL烧杯中，在蒸汽浴上加热15min，使反应完全，溶液冷却后过滤以除去活性炭。

在所得的[Co（en）3]3+的溶液中，加入7gD-酒石酸钡，充分搅动并在蒸汽浴上加热0.5h，抽滤出硫酸钡沉淀，用少量热水冲洗沉淀，蒸发滤液到约15mL，冷却浓缩液，有橙红的[d-Co（en）3][D-tart]Cl·

5H2O晶体析出，过滤。

保留滤液为离析.l异构体用。

橙红色晶体用约10mL热水重结晶，用乙醇洗涤晶体并晾干。

3.[d-Co（en）3]I3·

H2O的制备

在100mL烧杯中用10mL热水溶解[d-Co（en）3][D-tart]Cl·

5H2O晶体，并注入0.5mL浓氨水，在充分搅动下，再注入碘化钠溶液（9gNaI溶解于8mL热水中）。

在冰水中冷却此溶液，过滤得橙红的[d-Co（en）3]I3·

H2O针状晶体，并用10mL30%NaI溶液洗涤，最后再用少量无水乙醇和丙酮洗涤，晾干，记录产量。

4.[l-Co（en）3]I3·

在上面保留的滤液中，注入0.5mL浓氨水，加热到80℃，在搅动下，加入9g碘化钠固体，在冰水中冷却有晶体析出，过滤得到不纯的[l-Co（en）3]I3·

H2O异构体，用冷却的10mL30％NaI溶液洗涤，然后再用无水乙醇洗涤。

产物中含有一些外消旋酒石酸盐，将它溶解在15mL50℃的水中，滤出不溶的外消旋酒石酸盐，加入3g碘化钠固体于50℃的滤液中，在冰水中冷却，有橙黄色的[l-Co（en）3]I3·

H2O晶体析出，过滤。

产物用少量无水乙醇和丙醇洗涤，晾干，记录产量。

5.异构体旋光度α的测定

称取1.00g[d-Co（en）3]I3·

H2O和[l-Co（en）3]I3·

H2O异构体，分别倒入50mL容量瓶中，用蒸馏水稀释到刻度。

分别在旋光仪上用1dm长的样品管测定其旋光度α（若有旋光色散光度计，可测定不同波长的摩尔旋光度[αM]λ）。

（二）注意事项

1.制备中溶剂的量不要太多；

2.取乙二胺时要戴橡胶手套。

四总结

（一）数据处理

4.计算产率。

（二）讨论

1.根据实验结果对影响异构体纯度的原因进行解释。

2.光学异构体的拆分方法有哪些。

四、思考题

1.如何判别配合物是否具有光学异构体？

若测定了它的ORD曲线CD曲线，能否出它的立体构型？

2.在纯化异构体中，为何要用NaI的溶液来洗涤？

实验三、苯并三氮唑的合成及熔点的测定

光稳定剂是能提高高分子材料光稳定性的一种物质，它能屏蔽紫外线，或者强烈地吸收紫外线后再通过能量转换，把吸收的紫外线转化为热能或无害的较长波长的光释放出来，从而使高分子材料免受紫外线破坏，避免了光氧老化。

光稳定剂具有良好的光稳定性、热稳定性、无毒性和低发挥性。

作为一种光稳定剂的BTA，具有良好的紫外线吸收能力，因此可以保护对紫外光敏感的制品，例如，它可能防止重氮染料褪色，防止纸、编织物、胶片、金属硬币等变色。

BTA别名连三氮茚、苯并三氮杂茂、苯三唑。

它是白色或浅粉色针状晶体，在空气中逐渐氧化变为红色。

它微溶于水，溶于醇、苯、甲苯、三氯甲烷和二甲基甲酰胺，熔点98.5℃，沸点201-204℃/15毫米汞柱。

一、实验目的

1.掌握BTA的合成方法。

2.掌握紫外光谱的测定方法。

3.掌握熔点测定仪的使用方法。

二、实验原理

1.邻苯二胺与亚硝酸发生重氮化反应，生成邻氨基重氮苯醋酸盐，再进一步发生同环偶合反应，生成苯并三氮唑。

为了稳定重氮盐，加入了过量的醋酸。

2.高效的紫外线吸收剂，对290-400毫米的紫外线应有尽可能高的吸收系数或尽可能低的透过率。

常以吸收曲线来衡量紫外吸收剂的优劣，实验时把试样溶于溶剂中，利用分光光度计或紫外光谱仪作出紫外光谱图，测量光稳定剂的最大吸收波长及吸收系数，作出吸收曲线，即可判断光稳定性能优劣。

三、实验试剂及仪器

1.试剂：

邻苯二胺，冰乙酸，亚硝酸钠，正己烷，乙醇。

2.仪器：

电子恒速搅拌器，电热套，减压装置一套。

四、实验步骤

1.制备

在500ml四口烧瓶中加入27克邻苯二胺、30克冰乙酸（即29ml），再加入75ml水，加热、搅拌使之溶解后，将烧瓶置冰浴中，当温度降至5℃时，搅拌的同时慢慢加入19克亚硝酸钠和30ml水配成的冷溶液，反应物发生重氮化反应，渐渐变暗绿色，当溶液变为桔红色时撤去冰浴，于室温下搅拌1小时，然后将装有粗产品的烧杯置冰水浴中，不断搅拌，油状物渐渐固化，冷却3小时后滤出结晶，用200ml冰水洗涤，抽干，在45-50℃下干燥后计算初产率。

对粗产品减压蒸馏，将收集的201-204℃/15mmHg的馏分倒入42.5ml苯中，冷却2小时，析出结晶后抽滤，干燥，得产品并计算产率。

2．测熔点（见附录）。

3．光稳定剂的特性试验。

取少量产品溶于正己烷中，利用分光光度计或紫外光谱仪作出紫外光谱图，测定BTA的最大吸收波长及吸收系数。

五、思考题

1．本实验中，冰醋酸有什么作用？

2．影响重氮化反应的因素有哪些？

3．以BTA为例说明光稳定剂的光稳定原理？

六、附注

1、重氮化、偶合过程中，应严格控制反应在规定温度下进行。

2、熔点的测定

1）方法概述

熔点的测定通常采用显微熔点测定仪。

采用此法测得的不是一个温度点，而是样品从开始熔化到完全熔化为液体，这个过程的温度范围。

纯净的物质通常都有固定的熔点，但如果混有其它物质，则熔点有显著的变化，使得熔化时温度范围（即熔距）增大，而且熔距与纯物质的熔点相比，常常是降低的，因此，可以用测定熔点的方法鉴别物质，定性的检验物质的纯度。

2）仪器与试剂

仪器：

显微熔点测定仪、脱脂棉、载玻片。

试剂：

丙酮。

3）实验步骤见有机化学实验书

实验四、食品防腐剂丙酸钙的合成

水溶性食品防腐剂丙酸钙是白色结晶,无臭,微溶于乙醇易溶于水,虽其防腐作用较弱,但因为它是人体正常代谢中间物,故使用安全.丙酸钙主要用于面包和糕点的防霉.

一、实验目的

熟悉防腐剂丙酸钙的制备方法，掌握利用减压浓缩方法获得水溶性固体的操作。

二、实验原理

将丙酸与氧化钙或碳酸钙反应即可得丙酸钙，本实验按以下反应制备：

三、实验药品丙酸氧化钙

四、实验步骤

1．在装有搅拌器、回流冷凝管和滴液漏斗的100mL三口烧瓶中，加入6mL蒸馏水和5.6g（0.1mol）氧化钙，搅拌使反应完全，然后在搅拌下由滴液漏斗缓慢滴加15g（0.2mol）丙酸。

滴加完毕，取下滴液漏斗并装上温度计，温度计下端没入液面。

升温到80~100℃并保温反应3~3.5h（当反应液pH值为7~8时即为反应终点）。

趁热过滤，得到丙酸钙水溶液。

将丙酸钙水溶液移入圆底烧瓶中并组成减压蒸馏装置，加热减压浓缩到有大量细小晶粒析出为止，冷却，抽滤，烘干，得到白色结晶的丙酸钙约15g，产率约80%。

2．实验时间5h。

五、注意事项

1丙酸的滴加速度要缓慢

2称取丙酸时如不小心溅到皮肤上要快速用水冲洗

六、思考题

1反应的终点如何控制？

2理论产量，产率，转化率有何区别？

实验五、酪蛋白的制备

学习从牛奶中制备酪蛋白的原理和方法。

实验原理：

牛乳中的主要的蛋白质是酪蛋白，含量约为35g/L。

酪蛋白是一些含磷蛋白质的混合物，等电点为4.7。

利用等电点时溶解度最低的原理，将牛乳的pH调至4.7时，酪蛋白就沉淀出来。

用乙醇洗涤沉淀物，除去脂类杂质后便可得到纯酪蛋白。

材料、试剂与器具：

（一）材料：

新鲜牛奶

（二）试剂：

1、95%乙醇 

1200mL2、无水乙醚 

1200mL

3、0.2mol/L 

pH4.7醋酸——醋酸钠缓冲液 

300ml 

先配A液与B液

A液：

0.2mol/L醋酸钠溶液 

称NaAC·

3H2O 

54.44g，定容至2000ml。

B液：

0.2mol/L醋酸溶液，称优 

纯醋酸（含量大于99.8%）12.0g定容至1000ml。

取A液1770ml，B液1230ml混合即得Ph4.7的醋酸——醋酸钠缓冲液3000ml。

4、乙醇——乙醚混合液乙醇：

乙醚=1 

：

1（V/V）

（三）器具：

1、离心机 

2、抽滤装置3、精密pH试纸或酸度计 

4、 

电炉

5、烧杯 

6、温度计

操作步骤

（一）酪蛋白的粗提

100mL牛奶加热至40℃。

在搅拌下慢慢加入预热至40℃、pH4.7的醋酸缓冲液100mL.用精密pH试纸或酸度计调pH至4.7。

将上述悬浮液冷却至室温。

离心15分钟（3000 

r 

/min）。

弃去清液，得酪蛋白粗制品。

（二）酪蛋白的纯化

1、用水洗涤沉淀 

3次，离心10分钟（3 

000r/min），弃去上清液。

2、在沉淀中加入30mL乙醇，搅拌片刻，将全部悬浊液转移至布氏漏斗中抽滤。

用乙醇—乙醚混合液洗沉淀2次。

最后用乙醚洗沉淀2次，抽干。

3、将沉淀摊开在表面 

上，风干；

得酪蛋白纯品。

（三）准确称重，计算含量和得率。

含量：

酪蛋白g/100 

mL牛乳（g%）

式中理论含量为3.5g/100mL牛乳。

注意事项

1、由于本法是应用等电点沉淀法来制备蛋白质，故调节牛奶液的等电点一定要准确。

最好用酸度计测定。

2、精制过程用乙醚是挥发性、有毒的有机溶剂，最好在通风橱内操作。

3、目前市面上出售的牛奶是经加工的奶制品，不是纯净牛奶，所以计算时应按产品的相应指标计算。

实验六、水热合成EDTACu的配合物

1、掌握水热合成的合成技术和方法。

水热合成法

1、乙二胺四乙酸铜配合物的制备

乙二胺四乙酸，两个结晶水的氯化铜，氢氧化钠，甲醇均为分析纯，未经纯化处理，蒸馏水为二次蒸馏并经钠纯水处理器处理。

烘箱水热釜烧杯滴管玻璃棒

IR（KBr）1720（s）,1634（s）,1466（m）,1398（s）,1214（s）1118（m）,908（m）,761（s）,634（s）,439（w）

实验七甲基丙烯酸甲酯的本体聚合

1、用本体聚合的方法制备有机玻璃（PMMA），了解聚合原理和特点，特别是了解温度对产品性能的影响。

2、掌握有机玻璃制备技术，要求制备品无气泡、无损缺、透明光洁。

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）俗称有机玻璃，因它具有优良的光学性能，比重小，在低温下仍能保持其独特的物理性能而广泛的应用于建材、民用制品，尤其是航空工业上。

因此它是较重要的合成材料之一。

甲基丙烯酸甲酯单体既可进行自由基聚合，又可进行阴离子聚合。

本实验是过氧化二苯甲酰为引发剂进行自由基聚合。

应用MMA本体聚合的引发剂主要是偶氮类与过氧化物类油溶性引发剂。

以过氧化二苯甲酰（BPO）引发聚合反应为例：

由以上反应历程可知，所用过氧化物在加热时产生自由基，它们参与组成聚合物。

由此，称所用过氧化物为“引发剂”而不是催化剂。

聚合反应是一个连锁反应，反应速度较快，随着聚合产物增加出现自动加速现象，并且甲基丙烯酸甲酯并不是聚合物的良溶剂，长链自由基有一定程度的卷曲，自动加速效应更加明显，因为引发是通过小分子的单分子分解发生的，而生长只需要单体移动到生长链的末端，所有这两个过程的速率在聚合初期不特别依赖于相应反应物在介质中扩散的能力。

另一方面，双分子终止需要在粘度增加到一定程度后，终止速率将为扩散速率所控制，而引发和生长速率仍不受影响。

这种在速率上的不连续性突然破坏了连锁反应的稳定状态；

终止的链数将少于开始生长的链数，导致聚合速率与放热速率随反应进行反而增加。

这种由于聚合物浓度增加、粘度增加而产生的效应称之为特罗姆斯多沃-诺里什（Trommsdorff-Norrish）即自动加速效应。

由于粘度增加，散热困难，有时会产生激烈的爆炸。

本体聚合又称块状聚合，它是在没有任何介质存在下，单体本身在微量引发剂下聚合或者直接用热与光、辐射线照射引发聚合。

此法优点是生产过程比较简单，成品无需后处理，产品也比较纯净，这个优点对要求透明度或电性能好的聚合物是重要的。

各种规格的板棒、管材等制品均可直接聚合而成。

但是自由基本体聚合中存在自动加速效应，聚合热不易排出，故造成局部过热，使聚合物分子量分布宽，产品变黄并产生气泡，使聚合物破损，在灌模聚合中若控温不好，体积收缩不均，还有使聚合物光折射率不均匀和产生局部皱纹之弊。

因此，本体聚合要求严格控制不同阶段的反应温度，随时排出反应热是十分重要的。

工业生产中在反应配方和工艺选择上必须是引发剂浓度要低，反应温度不宜过高，聚合分段进行，反应条件随不同阶段而异。

三、安全事项

本实验所用过氧化物类引发剂受到撞击、强烈研磨，极易燃烧、爆炸。

取用时，盛引发剂的容器要轻拿、轻放，每次用量少少，取用时洒落的，要及时收拾干净。

四、实验配方

MMA（新蒸）………………………约10g

BPO（精制）………………………单体量0.1%~0.3%（重量百分数）

邻苯二甲酸二丁酯…………………单体体积量的1/10五、实验步骤

1、预聚

将称好的10gMMA和引发剂放入50ml锥形瓶中摇匀，溶解，瓶口包一块玻璃纸，用橡皮圈扎紧，放在80~90℃水浴中加热，不断摇动锥形瓶，直到液体成粘稠状（此时转化率大约为10%），然后将锥形瓶用冷水冷至室温，加入邻苯二甲酸二丁酯，搅拌均匀。

2、浇铸将预聚好的物料注入试管中，灌浆时要小心，不要溢至模外，不要全灌满，稍留一点空间，以免加热膨胀而溢出，甚至将模具胀裂。

3、加热聚合将试管放入40℃的水浴或烘箱中，聚合约20小时（若用烘箱一定要注意烘箱的温度控制情况），然后在100~110℃油浴中聚合1~2小时，用冷水冷却至室温，将试管打破，得到试管形状的棒材。

若浇注时放入花鸟之类，则为市售之“人工琥珀”。

六、思考题

1、本题聚合的特点是什么？

为何要预聚？

2、聚合为什么要采取分段加热，即先高温后低温而后再高温的工艺？

3、制品中的“气泡”、“裂纹”等是如何产生的？

如何防止？

过氧化苯甲酰的精制

（1）了解过氧化苯甲酰的基本性质和保存方法；

（2）掌握过氧化苯甲酰的精制方法。

过氧化苯甲酰为白色结晶性粉末，熔点103~106摄氏度，溶于乙醚、丙酮、氯仿和苯，易燃烧，受撞击、热、摩擦会爆炸。

常用的过氧化苯甲酰由于长期保存部分分解了因此在用于聚合前要进行精制，通常采用重结晶法，在结晶过程中温度过高会爆炸，注意控制温度。

过氧化苯甲酰在不同的溶剂中的溶解度如下：

溶剂

溶解度（g/100ml）

石油醚

0.5

丙酮

14.6

甲醇

1.0

苯

16.4

乙醇

1.5

氯仿

31.6

甲苯

11.0

实验药品及仪器：

药品:

过氧化苯甲酰、氯仿、甲醇；

烧杯（2个），布什漏斗（含滤纸），玻璃棒（2只），漏斗，滴管（2只）

实验步骤及现象

步骤

现象

现象原因

室温下在100ml烧杯中加入5gBPO和20ml氯仿，慢慢搅拌，使之溶解。

加入BPO，氯仿溶液由无色变为乳白色油状液，BPO溶解完全，部分杂质不溶。

BPO在氯仿中的溶解度很高，加入氯仿后溶解，而那些杂质不溶氯仿，从而为下一步分离出BPO中的杂质。

快速将溶液过滤，滤液过滤完全时，再将滤液滴入50ml的甲醇试剂的烧杯中

过滤时，过滤嘴的下端会出线白色粉状的物质，滤纸上也有，一段时间滤液很难再滤下去。

将滤液滴入甲醇中，开始未有明显现象，一段时间在杯壁有白色针状物质生成，然后是杯底。

由于氯仿极易挥发，滤液在滤纸上和过滤器快速挥发，溶液局部过饱