(浙江专用)2018年高中化学专题7物质的制备与合成课题2阿司匹林的合成教学案苏教版选修6.doc
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1、1课题 2 阿司匹林的合成浙江选考加试要求1阿司匹林的合成原理、方法及流程。2粗产品中杂质的检验。3.晶体洗涤方法1阿司匹林简介及合成原理阿司匹林为解热镇痛药,用于治疗伤风、感冒、头痛、发烧、神经痛、关节痛及风湿病等。近年来,又证明它具有抑制血小板凝聚的作用,其治疗范围又进一步扩大到预防血栓形成,治疗心血管疾病。阿司匹林化学名为乙酰水杨酸,化学结构式如图:阿司匹林为白色针状或板状结晶,易溶于乙醇,可溶于氯仿、乙醚,难溶于水。合成反应如下:2乙酰水杨酸(阿司匹林)含量的测定(1)实验原理乙酰水杨酸结构中有一个羧基,呈酸性。在 25 时 Ka3.2710 4 ,可用 NaOH 标准溶液在乙醇溶液中
2、直接滴定测其含量。直接滴定时,溶液呈微碱性,可选用酚酞作指示剂。1.学会设计用化学方法合成阿司匹林的实验方案,能根据实验条件比较方案的优劣。2学会阿司匹林的制备方法。实验要素先知道2(2)实验方法准确称取约 0.4 g 乙酰水杨酸三份,分别置于 250 mL 锥形瓶中,加约 10 的中性乙醇 20 mL,溶解后,加酚酞指示液 2 滴,在不超过 10 温度下,用 0.1 molL1 的 NaOH标准溶液滴定至溶液呈浅粉红色即为终点。乙酰水杨酸含量计算:w(C9H8O4) ,c(NaOH)V(NaOH)M(C9H8O4)m样取三次测定平均值。器材与原理 相关器材 150 mL 锥形瓶、 5 mL
3、吸量管 (干燥,附洗耳球)、烧杯(100 mL、250 mL、500 mL 各一只)、加热器、橡胶塞、温度计、玻璃棒、布氏漏斗、表面皿、药匙、 50 mL 量筒、烘箱。 相关原理阿司匹林(乙酰水杨酸)是由水杨酸和乙酸酐合成的。在生成乙酰水杨酸的同时,水杨酸分子间也能发生缩合反应,生成少量聚合物(副产物)。该副产物不溶于碳酸氢钠溶液,乙酰水杨酸能与碳酸氢钠溶液反应生成可溶性钠盐,可据此提纯阿司匹林。实验与拓展 实验流程1乙酰水杨酸的制备实验步骤 注意事项、实验改进(1)称取水杨酸 1.98 g 于锥形瓶(150 mL),在通风条件下用吸量管取乙酸酐 5 mL,加入锥形瓶,滴入 5 滴浓硫酸,摇动
4、使固体全部溶解,盖上带玻璃管的胶塞,在事先预热的水浴中加热 510 min。水浴装置:500 mL 烧杯中加 100 mL 水、沸石,用温度计控制温度 85 90 。若用 3 mL 乙酸酐可减少副反应发生,易于晶体析出,提高产率。 n(水杨酸) n(乙酸酐)123 较为合适。浓硫酸作用在于破坏水杨酸分子内氢键,降低反应温度(150 160 )到 85 90 发生,避免高温副反应发生,提高产品纯度、产率。浓硫酸用量要控制( V0.2 mL)。乙酰水杨酸分解温度:126 135 。水杨酸与乙酸酐混合后若不及时加硫酸并加热,会发生较多副反应。(2)取出锥形瓶,将液体转移至 250 mL 烧 该步搅拌
5、要激烈,否则会析出块状物体,影响实验过程详剖析 3杯并冷却至室温(可能会没有晶体析出)。加入 50 mL 水,同时剧烈搅拌;冰水中冷却 10 min,晶体完全析出。后续实验。(3)抽滤。冷水洗涤几次,尽量抽干,固体转移至表面皿,风干。准备干燥、干净的抽滤瓶,用母液洗烧杯二至三次,尽量将固体都转移至漏斗。2乙酰水杨酸的提纯实验步骤 注意事项、实验改进(1)粗产品置于 100 mL 烧杯中缓慢加入饱和NaHCO3溶液,产生大量气体,固体大部分溶解。共加入约 5 mL 饱和 NaHCO3(aq)搅拌至无气体产生。饱和 NaHCO3溶液溶解乙酰水杨酸,不溶解水杨酸聚合物,以此提纯乙酰水杨酸。(2)用干
6、净的抽滤瓶抽滤,用 510 mL 水洗(可先转移溶液,后洗)。将滤液和洗涤液合并并转移至 100 mL 烧杯中,缓缓加入 15 mL 4 molL1 的盐酸。边加边搅拌,有大量气泡产生。加入盐酸时要滴加,加入过快会导致析出过大的晶粒影响干燥。(3)用冰水冷却 10 min 后抽滤,23 mL 冷水洗涤几次,抽干;干燥;称量。干燥步骤未取得较好方法,烘箱中 80 1 h 以上会烧焦,本次用 55 min。产品称量:1.57 g,理论:2.58 g。产率60.85%。(4)取几粒结晶,加 5 mL 水,滴加 1% FeCl3溶液。检验纯度。为增加水杨酸和乙酰水杨酸在水中溶解度,可加入乙醇少许。 对
7、点集训1某有机物溶解于 NaOH 溶液(滴有酚酞)中,开始溶液呈红色,煮沸 5 分钟后,溶液褪色,加入盐酸至酸性时,沉淀出白色的结晶体,该结晶体溶于水加入 FeCl3溶液呈紫色,该有机物可能是( )解析:选 A 该结晶物溶于水,加入 FeCl3溶液为紫色,说明原化合物中一定存在酚羟4基;原化合物与 NaOH 作用,生成的物质能使 NaOH 消耗掉,且使溶液褪色,说明原化合物含有酯基,水解使碱消耗。综合分析,该化合物中只有酚羟基(OH)和酯基( ),所以应选 A。2阿司匹林的一种同分异构体的结构简式为 ,则 1 mol该有机物和足量的 NaOH 溶液充分反应,消耗 NaOH 的物质的量为( )A
8、1 mol B2 mol C3 mol D4 mol解析:选 C 酯基水解后得到的酚羟基也能与 NaOH 反应。3下列测定阿司匹林药剂中乙酰水杨酸的含量的实验方案中,你认为可行的是( )A.阿 司 匹 林 加 水 溶 解 浊 液 加 入 指 示 剂 滴 定B.阿 司 匹 林 加 水 溶 解 浊 液 过 滤 溶 液 加 入 指 示 剂 滴 定C.阿 司 匹 林 加 已 知 量 的 NaOH溶 液 溶 解 浊 液 加 入 指 示 剂 滴 定D.阿 司 匹 林 加 酸 溶 解 浊 液 加 入 指 示 剂 滴 定解析:选 C 阿司匹林药片中一般都添有一定量的辅料如硬脂酸镁、淀粉等难溶物质,因此直接滴定
9、现象不明显,且反应缓慢,故采取返滴定法测定阿司匹林的含量。先将阿司匹林在已知量的过量的 NaOH 溶液作用下充分水解;再用盐酸标准溶液滴定过量的 NaOH 进行测定。4下列检验阿司匹林有效成分中所含官能团的方案正确的是( )A阿司匹林清液 酯基水解 检验酯基 加 入 NaOH溶 液 加 入 溴 水 B阿司匹林清液 酯基水解 检验酯基 加 入 盐 酸 FeCl3溶 液 C阿司匹林清液 检验羧基 加 入 酚 酞 溶 液 D阿司匹林清液 酯基水解 振荡 检验酯基 加 入 盐 酸 Na2CO3溶 液 FeCl3溶 液 解析:选 D 阿司匹林在碱性条件下水解产物为 无法鉴别其官能团。在酸性条件下水解产物
10、为 可以通过 FeCl3溶液鉴定酚羟基的存在从而说明酯基的存在,但紫色的铁络合物只有在中性或弱酸性条件下才能显现紫色,需加入Na2CO3溶液或 NaOH 溶液调节溶液的酸碱性后,使酚羧基发生显色反应。羧基的特征反应为酯化反应及使指示剂变色,与碱反应等,但酯化反应由于反应速率慢且无明显现象,不适宜做鉴定反应。本实验不能用酚酞检验羧基的存在,故选 D。55阿司匹林(aspirin)的有效成分是乙酰水杨酸,它是 19 世纪末合成的,作为一个有效的解热止痛、治疗感冒的药物,至今仍广泛使用。乙酰水杨酸是由水杨酸(邻羟基苯甲酸)与乙酸酐进行酯化反应制得的。(1)乙酰水杨酸的含氧官能团分别是_和酯基。(2)
11、乙酰水杨酸能在稀酸和 NaOH 溶液中水解。写出乙酰水杨酸与稀 NaOH 溶液共热的化学方程式:_。(3)已知酚羟基遇 FeCl3溶液显紫色,但显色反应要在中性或弱酸性溶液中进行。现要求运用已有的知识检验出乙酰水杨酸水解的某些产物中存在酚羟基。有人设计了如下的实验方案。取一支洁净的试管,向其中加入 2 mL 阿司匹林清液,然后再滴入 2 滴稀硫酸,将溶液在酒精灯上加热片刻后,滴入 2 滴 FeCl3溶液,振荡,无明显现象;再向其中逐滴加入Na2CO3溶液,振荡,出现了紫色。你认为逐滴加入 Na2CO3溶液的目的是_。解析:乙酰水杨酸在氢氧化钠溶液中水解时,由于酚羟基、羧基都被氢氧化钠溶液中和,
12、所以 1 mol 乙酰水杨酸完全反应需 3 mol NaOH。根据题给“用氯化铁检验酚羟基时需要在中性或弱酸性条件下进行”的信息,可判断加入碳酸钠溶液的目的是中和过量的硫酸,使溶液保持弱酸性或中性。答案:(1)羧基(3)中和硫酸,使溶液呈弱酸性或中性 拓展实验对氨基苯磺酸的合成1实验操作(1)实验原理:室温下芳香胺与浓 H2SO4混合生成 N磺基化合物,然后加热转化为对氨基苯磺酸,它在常压下加热反应需要几个小时。而用微波 10 min 左右便能完成。反应式如6下: (2)实验流程(3)注意事项:操作过程中由于加入浓硫酸时,H 2SO4与苯胺激烈反应生成苯胺硫酸盐,因此先要缓慢滴加,且不断振摇,
13、当 H2SO4加至反应不是很激烈时,才可分批加入。由于苯胺有毒,稍冷可以使未反应的苯胺冷凝下来,以免苯胺受热挥发而造成损失和中毒。2相关问题乙酸异戊酯是组成蜜蜂信息素的成分之一,具有香蕉的香味。实验室制备乙酸异戊酯的反应、装置示意图和有关数据如下:实验步骤:在 A 中加入 4.4 g 异戊醇、6.0 g 乙酸、数滴浓硫酸和23 片碎瓷片。开始缓慢加热 A,回流 50 min。反应液冷至室温后倒入分液漏斗中,分别用少量水、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤;分出的产物加入少量无水 MgSO4固体,静置片刻,过滤除去 MgSO4固体,进行蒸馏纯化,收集 140143 馏分,得乙酸异戊酯 3.9 g。回答下列
14、问题:(1)仪器 B 的名称是_。(2)在洗涤操作中,第一次水洗的主要目的是_,第二次水洗的主要目的是_。(3)在洗涤、分液操作中,应充分振荡,然后静置,待分层后_(填标号)。a直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的上口倒出b直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的下口放出c先将水层从分液漏斗的下口放出,再将乙酸异戊酯从下口放出7d先将水层从分液漏斗的下口放出,再将乙酸异戊酯从上口倒出(4)本实验中加入过量乙酸的目的是_。(5)实验中加入少量无水 MgSO4的目的是_。(6)在蒸馏操作中,仪器选择及安装都正确的是_(填标号)。(7)本实验的产率是_(填标号)。a30% b40% c60% d90%(8)在进行蒸馏操
15、作时,若从 130 便开始收集馏分,会使实验的产率偏_(填“高”或“低”),其原因是_。解析:(1)仪器 B 为球形冷凝管。(2)第一次水洗的目的是除去作催化剂的硫酸和过量的乙酸,接下来用饱和碳酸氢钠溶液进一步除去残留的少量乙酸,第二次水洗的目的是除去过量的饱和碳酸氢钠溶液。(3)洗涤、分液后有机层密度小,在上面,密度大的水层在下面,需将水层从分液漏斗下口放出,然后将有机层从分液漏斗上口倒出,d 项正确。(4)制备乙酸异戊酯的反应为可逆反应,加入过量的乙酸,能提高异戊醇的转化率,从而提高乙酸异戊酯的产率。(5)加入少量无水 MgSO4能除去有机层中的少量水,起到干燥作用。(6)蒸馏实验中温度计
16、水银球需和蒸馏烧瓶支管口在同一高度,而 c 中不应该用球形冷凝管,球形冷凝管一般用于反应装置,即在反应时考虑到反应物的蒸发流失而用球形冷凝管冷凝回流,使反应更彻底,故 b 正确。(7)根据题中化学方程式及所给各物质的量,可知实验中异戊醇完全反应,理论上应生成乙酸异戊酯 6.5 g,实验中实际生成乙酸异戊酯 3.9 g,故乙酸异戊酯的产率为 3.9/6.5100%60%。(8)若从 130 便开始收集馏分,则收集得到的是乙酸异戊酯和少量未反应的异戊醇的混合物,导致所测出的实验产率偏高。答案:(1)球形冷凝管 (2)洗掉大部分硫酸和乙酸 洗掉碳酸氢钠溶液 (3)d (4)提高异戊醇的转化率 (5)
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