Tổng hợp isoamyl axetat

1 BÁO CÁO THỰC HÀNH BÀI 3: TỔNG HỢP ISOAMYL AXETAT 2 1. Cơ sở lý thuyết. Phản ứng ester hóa thực chất là sự axyl hóa nhóm hidroxi, hay nói cách khác là sự thế H của nhóm hidroxi bằng nhóm axyl. Tác nhân axyl hóa trong trường hợp này có thể là bản thân axit cacboxylic (R-COOH), anhidrit axit ( (R-CO)2O) hay halogenua axit ( R-COX). Phản ứng giữa ancol và axit cacboxylic để tạo ester xảy ra như sau: Phản ứng ester hóa là phản ứng thuận nghịch. Vì vậy bình thường khi đạt tới trạng thái cân bằng, hiệu suất ester không vượt quá 66.7%. Để tăng hiệu suất, ta có thể chuyển dịch cân bằng theo chiều thuận, bằng các cách sau:  Dùng dư một trong các chất tham gia phản ứng. Giảm nồng độ chất tạo thành trong phản ứng: nếu ester tạo ra có nhiệt độ sôi thấp, ta cất lấy ester ngay trong quá trình phản ứng. Còn nếu ester có nhiệt độ sôi cao, ta loại nước ra khỏi môi trường phản ứng. Lượng nước loại ra có thể được hút bởi H2SO4; ngoài ra có thể loại nước theo phương pháp chưng cất, nhưng phương pháp này khó áp dụng vì một phần nguyên liệu bị cuốn theo. Ở nhiệt độ thường phản ứng ester hóa hóa xảy ra chậm. Vì vậy, để tăng nhanh tốc độ phản ứng, ta phải đun hỗn hợp phản ứng đến nhiệt độ thích hợp. Đặc biệt, ta có thể dùng các chất xúc tác thúc đẩy phản ứng ester hóa như: axit H2SO4 hay khí HCl khô, nhựa trao đổi ion, các muối hoặc oxit kim loại. Cơ chế phản ứng ester hóa với xúc tác axit có thể như sau: 3 Từ cơ chế trên, ta có những nhận xét sau: Các axit vô cơ như axit H2SO4 có tác dụng xúc tác phản ứng ester hóa, nhưng nếu nồng độ quá cao thì lại có thể làm giảm khả năng phản ứng, vì khi đó xảy ra quá trình tạo ra ion oxoni của ancol, mà ion oxoni này không có khả năng kết hợp với nguyên tử C của nhóm cacboxyl: Nếu độ phân cực của nhóm cacboxyl trong tác nhân axyl càng lớn thì phản ứng càng ester càng cao. Vì vậy, phản ứng ester hóa bởi tác nhân anhđrit axit và clorua axit xảy ra dễ dàng hơn nhiều so với bản thân axit cacboxylic: Yếu tố không gian cũng ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ phản ứng ester hóa. Khả năng phản ứng của các ancol có thể sắp xếp theo trật tự sau: 4 Ancol bậc 1 > ancol bậc 2 > ancol bậc 3. Phản ứng tạo ester giữa axit axetic và ancol isoamylic tạo ester isoamylaxetat xảy ra theo phương trình sau: Sản phẩm là chất lỏng không màu có mùi hương của chuối, ít tan trong nước, tan trong axeton, chloroform, tan vô hạn trong ete, etanol, etylaxetat. Sản phẩm có mùi ổn định, bền hóa học, thường dùng trong thực phẩm và dược phẩm. Ester tạo ra có nhiệt độ sôi là 142,5oC ở 760mmHg, tỉ trọng d=0,87615. 2. Trình tự tiến hành thí nghiệm. Có thể tiến hành thực nghiệm theo các bước sau: - Bước 1: Thực hiện phản ứng ester hóa Thực hiện các thao tác sau: cho vào bình cầu 2 cổ lần lượt 30ml (24,4g và 0,276mol ) Ancol, 40ml ( 42g và 0,7 mol) axit, 2,5ml H2SO4 đậm đặc, cuối cùng cho vào vài viên đá bọt. Lắp hệ thống sinh hàn hồi lưu bằng ống sinh hàn thẳng (xem hình vẽ bên dưới). Sau đó, đun bình cầu trên bếp điện khoảng 1,5h. - Bước 2: Tách nước. Sau khi đun, để nguội, rót sản phẩm vào phễu chiết, thêm 50ml nước cất vào phễu, lắc đều rồi để yên trong 5p. Lúc đó, dung dịch phân lớp, tách bỏ phần không màu, giữ lại phần có màu vàng nhạt. - Bước 3: Khử axit. Sau khi loại nước, thêm vào Na2CO3 10% để trung hòa axit, cho đến khi không còn bọt khí xuất hiện, dung dịch có độ kiềm nhẹ thì dừng lại. Rửa lại bằng 40ml H2O, sau đó tiếp tục tách phần không màu ra khỏi phễu. 5 - Bước 4: Làm khan Thêm 10ml NaCl bão hòa, sau đó cho MgSO4 để làm khan sản phẩm - Bước 5: Tinh chế sản phẩm Sau khi gạn MgSO4 ra, lượng dầu được cho vào bình Wutz và lắp hệ thống chưng cất như hình vẽ. - Bước 6. Xác định lượng sản phẩm tạo thành Đem cân lượng ester thu được để tính tiệu suất của phản ứng ester hóa. Tóm tắt trình tự thí nghiệm theo sơ đồ: Hình vẽ minh họa: 6 Hệ thống sinh hàn hoàn lưu ống thẳng Hệ thống chưng cất 3. Quan sát kết quả thu được. 7 - Sau khi đun khoảng 15 phút, hỗn hợp phản ứng chuyển dần sang màu đục rồi chuyển sang vàng. Trên ống sinh hàn, hơi ngưng tụ rơi trở lại bình cầu, ngoài ra, hơi cũng được ngưng tụ trên thành bình cầu do được làm lạnh từ không khí.Các bọt khí sủi lên trong bình cầu tập trung ở 2 đầu của đá bọt. - Giai đoạn đưa vào phễu chiết, ngay lập tức có sự phân lớp - 4. Nhận xét quá trình thực hiện và kết quả - Khi cho thành phần các chất phản ứng, nên cho sư tác chất để tăng hiệu suất phản ứng, tuy nhiên ở đây chọn cho dư axit axetic nhằm tránh tạo ester vô cơ giữa rượu và axit xúc tác. - Lượng H2SO4 cho vào không nên quá nhiều ( được giải thích ở phần lý thuyết). Ngoài ra, nếu cho lượng axit quá nhiều và trong điều kiện đun sôi sẽ gây hiện tượng than hóa các rượu và axit hữu cơ. - Vài viên đá bọt là hệ thống phản ứng được sôi đều. - Khi rót vào phễu chiết, cho vào 50ml nước lạnh nhằm các mục đích sau: ester thu được ít tan gặp nước lạnh nên sẽ nổi lên trên (tỷ trọng của nó nhẹ hơn nước), ngoài ra, lượng nước này lôi cuốn các phân tử nước, axit còn lẫn trong ester dạng nhũ tương ra khỏi ester. - Việc thêm Na2CO3 nhằm trung hòa axit H2SO4 và CH3COOH còn lại sau phản ứng, để khi tinh chế ester ở giai đoạn chưng cất, không làm lẫn hơi các chất này. Ở đây, người ta không dùng bazo mạnh để dung hòa ( như NaOH) vì sẽ làm thủy phân lượng ester, đồng thời không có dấu hiệu sủi bọt khí để nhận biết. Na2CO3 + H2SO4 = Na2SO4 + CO2 + H2O Na2CO3 + CH3COOH = CH3COONa + CO2 + H2O - Sau khi trung hòa, cần rửa sạch ester bằng nước, việc cho NaCl bão hòa nhằm tăng khả năng phân tách vì NaCl bão hòa làm tang tỷ trọng của phần dung dịch trong suốt. 8 - Thêm MgSO4 để làm khan nước có trong ester còn lại. Do đó, sản phẩm lỏng khi đem đi chưng cất chỉ còn một số ít các muối còn sót lại. -