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化學(xué)實(shí)驗(yàn)——幾種纖維素酯的制備


實(shí)驗(yàn)室k / 2018-08-30

第一次

       一級(jí)乙酸纖維素    對(duì)加工成不同形態(tài)的三種纖維素樣品(棉)進(jìn)行乙酰化,來(lái)測(cè)定物理結(jié)構(gòu)對(duì)反應(yīng)速率的影響.

       1.預(yù)溶脹的棉  稱約1克樣品棉放入試管里,內(nèi)裝足夠的冰乙酸使棉花完全浸沒(méi).放一小時(shí)后,從乙酸中取出樣品,擠去多余的液體,然后放入125毫升錐形瓶中.將錐形瓶置于冰水浴中,加入10克乙酸酐、10克冰乙酸和1滴濃硫酸.用溫度計(jì)攪拌反應(yīng)混合物.在放熱反應(yīng)過(guò)去后,用橡皮塞將瓶塞上,放在實(shí)驗(yàn)室振蕩器上振蕩,在實(shí)驗(yàn)時(shí)間的末尾從振蕩器上取下錐形瓶,放在室溫靜置.混合物放置過(guò)夜后,進(jìn)行稀釋,可直接用于制備二級(jí)乙酸酯.
       2.未處理的棉  取約1克棉放入125毫升錐形瓶中,將錐形瓶置于冰水浴中,加入10毫升乙酸酐,10毫升冰乙酸和一滴濃硫酸.重復(fù)處理預(yù)溶脹的棉花的方法來(lái)測(cè)定乙酰化反應(yīng)的相對(duì)速率.

       3.再生纖維素  取0.5克樣品棉放入試管中.將無(wú)水氨在干冰-丙酮的冷阱里冷凝,以提供一定量的液氨,使與棉混合時(shí),可將棉完全濕潤(rùn).棉花在液氨里放置兩分鐘后,用鑷子把棉夾出,轉(zhuǎn)入裝有25毫升銅-乙二胺氫氧化物溶液*的試管里.用玻璃棒攪拌混合物幾分鐘,直到溶解為止.
       在配有電磁攪拌的燒杯中,加入200毫升水,倒入纖維素溶液.加稀硫酸到攪拌著的水溶液中,直到絡(luò)合物特征的藍(lán)色消失為止.

       把沉淀的纖維素粉末在玻璃砂漏斗上抽濾.從斗中取出沉淀物,將其分散于20毫升乙醇中,然后過(guò)濾,將沉淀物放入250毫升燒杯里,再次用10毫升乙醚將其分散.

       在纖維素的乙醚懸浮液中加入含約0.5克無(wú)水氯化鋅的乙酸酐20克.雖然未分析反應(yīng)混合物,但卡勒已證明,上述方法可在4-5分鐘內(nèi)就產(chǎn)生三乙酸酯.

       二級(jí)乙酸酯    讓預(yù)溶脹的棉樣品反應(yīng)過(guò)夜后,加入5毫升50%的乙酸水溶液作為水解液.將反應(yīng)混合物放置到第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)間.

 

第二次
       在這次實(shí)驗(yàn)期間內(nèi),將運(yùn)用三個(gè)重要的操作:(1)利用溶解度的差別區(qū)分一級(jí)和二級(jí)乙酸酯.(2)制備二級(jí)乙酸酯的薄膜.(3)制備硝酸纖維素.

       在一個(gè)大燒杯中,加入1000毫升水,裝上機(jī)械攪拌,使能進(jìn)行激烈攪拌.開(kāi)動(dòng)攪拌,將二級(jí)乙酸酯的反應(yīng)混合物緩慢倒入水中.用傾析法將聚合物沉淀用水洗幾遍,直到洗出液不再是酸性或不再有乙酸味道.用玻璃砂漏斗過(guò)濾聚合物,在50℃烘箱中干燥.

       為了證實(shí)一級(jí)乙酸酯是否已水解了,檢驗(yàn)一級(jí)和二級(jí)乙酸酯與棉花在氯仿和丙酮中的溶解度.

       制備約20%濃度的二級(jí)乙酸酯的丙酮溶液,將此溶液在400毫升燒杯的水面上罩上一層薄膜,可用壓縮空氣流微微地橫向吹過(guò)薄膜來(lái)加速除去溶劑.溶劑揮發(fā)后可以從表面取出薄膜.
       硝酸纖維素    硝化混合酸是在250毫升燒杯中,用4毫升水與30毫升濃硝酸混合后,在冰中冷卻,再加30毫升濃硫酸制備的.用溫度計(jì)攪拌混合物使溫度降至17℃,然后將燒杯放到水浴中維持在17℃.
       用于制備硝酸纖維素的混合酸易于滲入高聚物進(jìn)行硝酸酯化.為了證實(shí)這一點(diǎn),要求學(xué)生測(cè)定被硝化的樣品棉在兩份乙醚和一份乙醇(按體積比)的混合溶劑中溶解所需的硝化時(shí)間.若在混合溶劑中有明顯溶解,則硝酸纖維素必然含有10-12.5%的氮,相當(dāng)于每個(gè)脫水葡萄糖單元有1.5-2.5個(gè)硝酸酯基.

       用兩根玻璃棒像筷子一樣夾住一小塊棉(小于0.5克),將其浸入冷卻的硝化混合酸中.在反應(yīng)期間用人工攪拌混合物,然后從反應(yīng)混合物中取出棉,投入到300毫升水中,測(cè)定從把棉放到硝化混合酸開(kāi)始到將棉浸入水中為止所用的時(shí)間作為反應(yīng)時(shí)間.第一個(gè)樣品反應(yīng)時(shí)間為1分鐘,接著每一新的棉花樣品在同樣的混合酸中硝化要比前一樣品增加1分鐘.這步驟一直繼續(xù)到純化的硝酸纖維素溶于15毫升乙醚/乙醇中為止.
       將開(kāi)始時(shí)制備的、并在17℃下放置的硝化棉用傾析法水洗幾遍,直到洗后的水不顯強(qiáng)酸性.將濕的硝化棉懸浮在10毫升乙醇中,傾去乙醇;重復(fù)用醇懸浮的過(guò)程.然后從乙中取出硝酸纖維素,將它盡可能壓干,并檢驗(yàn)在乙醚/乙醇中的溶解度.

       實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,小心并慢慢地將硝化混合酸倒入放在水槽里的容器中,并用自來(lái)水沖走.在報(bào)告中應(yīng)記下纖維素達(dá)到10%氮含量所需的時(shí)間.

       儀器    試管,錐形瓶,水浴,實(shí)驗(yàn)室振蕩器,CO2-丙酮冷阱,鑷子,電磁攪拌器,玻璃砂漏斗,燒杯,濾紙,攪拌和玻璃棒.
       化學(xué)試劑    乙酸,乙酸酐,
丙酮,氨,銅-乙二胺氫氧化物的溶液,棉,N,N-二甲基甲酰胺,乙醇,乙醚,硝酸,硫酸,水與氯化鋅


       * 市場(chǎng)上售的1M濃度的銅-乙二胺氫氧化物溶液是可用的;為延長(zhǎng)溶液壽命應(yīng)冷凍保存.


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