學(xué)生在Perkin法制備肉桂酸實(shí)驗(yàn)中常犯的操作錯(cuò)誤糾正

蔣衛(wèi)華 孟啟 楊廣花 朱曄 羅士平

(常州大學(xué)石油化工學(xué)院 江蘇常州213264)

肉桂酸的制備是很多高?；A(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的必選實(shí)驗(yàn)，通過該實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅能夠掌握芳醛與酸酐制備肉桂酸的原理，加深對加成-消除的理解，而且能夠初步掌握回流反應(yīng)、水蒸氣蒸餾和重結(jié)晶等技術(shù)。肉桂酸是一種重要的化工中間體，廣泛用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料、塑料和感光材料等精細(xì)化工產(chǎn)品的制備，特別是近年來隨著一種新型甜味劑阿巴斯甜的開發(fā)生產(chǎn)，使得肉桂酸市場前景極為廣闊［1-3］。

Perkin法制備肉桂酸具有原料易得，產(chǎn)物純度高等優(yōu)點(diǎn)。但多年來的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該法制備肉桂酸不僅反應(yīng)溫度較高，反應(yīng)時(shí)間長，最終的收率低，而且學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣也不大［4-7］。針對以上問題，我們課題組一方面對反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化，另一方面對影響收率的實(shí)驗(yàn)過程做了詳細(xì)的剖析，找出了問題所在，并提出了解決問題的策略。下面就實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生易產(chǎn)生錯(cuò)誤的地方和解決的策略進(jìn)行歸納。

1 藥品取用

苯甲醛在空氣中易被氧化，乙酸酐在空氣中易揮發(fā)、水解，而乙酸鉀在空氣中會吸水。過去我們發(fā)現(xiàn)一般第一組學(xué)生實(shí)驗(yàn)收率還好，但是接下來幾組實(shí)驗(yàn)往往是一次不如一次，究其原因是有的學(xué)生取樣后不能及時(shí)把瓶蓋蓋上，造成原料揮發(fā)、吸水或氧化，影響下一組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)收率。因此，教師應(yīng)在實(shí)驗(yàn)之前強(qiáng)調(diào)迅速取樣并及時(shí)關(guān)緊瓶塞的意義，并要及時(shí)反復(fù)地督促學(xué)生。

2 溫度控制

該反應(yīng)溫度一般在150～170℃，但部分學(xué)生由于不能很好控制油溫導(dǎo)致最終影響收率。究其原因主要有以下兩點(diǎn)，一是有些學(xué)生害怕溫度過高而把調(diào)壓器調(diào)得很小，這不僅使油溫達(dá)不到所需的溫度，而且也會延長反應(yīng)時(shí)間;另外，也有部分學(xué)生把調(diào)壓器一直調(diào)在最高位，油溫升得很快，但到150℃時(shí)無法使其穩(wěn)定在所需要的溫度，使溫度一直上升，導(dǎo)致副反應(yīng)明顯增多，且部分原料也會從冷凝管中揮發(fā)出去，影響最終的收率。對此，教師應(yīng)及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生如何通過調(diào)壓器控制油溫。我們要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)可以將溫度升得稍快，當(dāng)溫度達(dá)110℃后，要控制好油溫升高的速度(約5℃/min)。

3 時(shí)間控制

反應(yīng)時(shí)間過短會使反應(yīng)不完全，而時(shí)間太長副反應(yīng)會增多。過去我們一般要求學(xué)生控制反應(yīng)時(shí)間1h，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)延長反應(yīng)時(shí)間會使收率有一定提高，1.5h能使反應(yīng)基本完成。但實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生為了趕實(shí)驗(yàn)故意縮短加熱時(shí)間，也有的學(xué)生計(jì)時(shí)是從開始加熱算起，這些都會導(dǎo)致收率偏低。

4 滴加碳酸鈉

實(shí)驗(yàn)中用飽和的碳酸鈉溶液將肉桂酸轉(zhuǎn)化成易溶于水的肉桂酸鈉鹽，以避免在水蒸氣蒸餾時(shí)蒸出肉桂酸。但有的學(xué)生為省事而一次性地加入飽和碳酸鈉溶液，結(jié)果劇烈產(chǎn)生的氣泡把液體也沖出瓶外，造成部分產(chǎn)品損失，收率降低。對此，教師應(yīng)及時(shí)強(qiáng)調(diào)在滴加碳酸鈉溶液時(shí)要慢慢滴加并不斷攪拌，以免液體沖出燒瓶影響收率;也有的學(xué)生在溶液pH未調(diào)節(jié)到9左右就匆忙去做水蒸氣蒸餾，使得部分肉桂酸未能成鹽而隨著水蒸氣蒸出，導(dǎo)致收率較低;此外，蒸餾液的量一般不超過燒瓶的1/3，如其量已達(dá)1/3而pH仍未調(diào)到9，可加入適量的固體碳酸鈉，避免蒸餾液的量過多而沖料。

5 活性炭用量

在用活性炭進(jìn)行脫色時(shí)，有的學(xué)生為了使有色物質(zhì)完全被脫去，加入了過多的活性炭。然而活性炭不僅會吸附有色的雜質(zhì)，同時(shí)也會吸附部分產(chǎn)品。因此教師在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)強(qiáng)調(diào)活性炭的用量，既要節(jié)約藥品又要保證實(shí)驗(yàn)的效果，并非多多益善。

6 減壓抽濾

肉桂酸鈉鹽在低溫時(shí)的溶解度不高，因此活性炭脫色后需趁熱過濾。我們要求學(xué)生在抽濾之前先將布氏漏斗放在烘箱或熱水中烘熱，然后趁熱抽濾，以防產(chǎn)品在冷的漏斗中結(jié)晶堵塞濾紙。此外，趁熱抽濾時(shí)濾液易暴沸而被抽進(jìn)泵里，為此，我們在水泵和抽濾瓶之間增加了一個(gè)安全瓶，并要求學(xué)生抽濾時(shí)適當(dāng)降低真空度，以防濾液被抽進(jìn)水泵而影響收率。

7 酸化

酸化導(dǎo)致收率偏低的原因主要有3方面，一是有的學(xué)生加鹽酸過快，迅速產(chǎn)生的大量氣泡將液體帶出燒杯，損失了部分產(chǎn)品;二是有的學(xué)生加入的酸量不夠，使部分肉桂酸鈉未能轉(zhuǎn)化成肉桂酸;三是有的學(xué)生未充分冷卻就抽濾，而這時(shí)還有部分肉桂酸晶體尚未析出。教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生控制滴加鹽酸的速度并不斷攪拌，調(diào)節(jié)pH≈1，然后用冰水充分冷卻，使晶體完全析出。

8 洗滌

減壓過濾后收集的晶體需用溶劑洗滌，以除去結(jié)晶表面的母液。實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生在洗滌時(shí)直接在減壓抽氣條件下加入大量冷水進(jìn)行沖洗，而過量的溶劑在洗滌晶體時(shí)會增加產(chǎn)品在水中的溶解量。正確的做法是先關(guān)閉抽氣泵，加入少量溶劑，使全部結(jié)晶剛好被覆蓋，再開啟抽氣泵抽去溶劑，重復(fù)2次上述操作，就可以把濾餅洗凈了。

9 重結(jié)晶

一般1g的晶體先加2～5mL溶劑，加熱看其是否能夠全部溶解，如不能全溶可以再適當(dāng)加入少量溶劑，直至晶體全部溶解為止。本實(shí)驗(yàn)一般用水或乙醇-水混合溶液做溶劑。無論使用哪種溶劑重結(jié)晶，產(chǎn)品都難免因溶解而部分損失。適量的溶劑能減少產(chǎn)品的損失，因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)教師要強(qiáng)調(diào)溶劑的用量，以減少損失，從而提高收率。

錯(cuò)誤或不規(guī)范的操作不僅影響實(shí)驗(yàn)效果而且會嚴(yán)重影響學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。在實(shí)驗(yàn)過程中，如果教師能及時(shí)、正確地引導(dǎo)和示范，不僅可避免錯(cuò)誤和失敗，而且對提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)他們的科學(xué)素養(yǎng)有重要的意義［8-10］?，F(xiàn)在我校的肉桂酸制備實(shí)驗(yàn)通過教師的指導(dǎo)示范，收率明顯提高(一般能達(dá)到50%～70%)，而且學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)興趣也大大提高。

［1］強(qiáng)根榮，孫莉，王海濱.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005，24(12):87

［2］張海軍，施磊，陳建村.精細(xì)石油化工進(jìn)展，2006，7(4):42

［3］滕業(yè)方.石油化工應(yīng)用，2008，27(3):8

［4］楊新宇，陳大茴，手建光.化學(xué)研究與應(yīng)用，2006，18(9):1135

［5］安紅，何錫鳳，付婧.化工時(shí)刊，2005，19(7):32

［6］周金梅，林敏，徐炳渠，等.大學(xué)化學(xué)，2005，20(3):43

［7］于麗穎，李占英，王冰.天津化工，2005，19(6):27

［8］李雪彗，劉軍，徐朋，等.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，25(8):28

［9］祖國胤.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28(1):22

［10］蘇春梅，楊紅，姚金鳳，等.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30(4):117