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1、2006 年全国高中学生化学竞赛实验试题 上海化学化工学会 ? 复旦大学化学系 L?(- )?3?苯基乳酸的制备及纯度分析 一. 实验内容 1. 通过 L?苯丙氨酸的重氮化及水解反应制备 L?(- )?3 ?苯基乳酸, 产品用重结晶法纯化。测定上交产品的熔点( 由竞赛工作 人员用自动熔点测定仪测定)。 2. 通过酸碱滴定法测定 L?( - )?3 ?苯基乳酸标准样品的纯度和选手自制产品的纯度。 3. 完成实验报告(包括简要记录重要的实验现象及实验条件,记录实验数据, 计算反应收率, 进行必要的数据处理和回答思考 题等)。 二. 有关物质的性质 物质相对分子质量性质 L?苯丙氨酸165. 2白色
2、固体, 溶于水, 熔点: 270? 275? , ? 20 D? - 33. 7 - 35. 2 (c = 2, H2O) 亚硝酸钠69. 0固体, 溶于水, 误食有毒 L?(- )?3?苯基乳酸166. 2白色针状结晶,微溶于水,熔点:122? 124? ,? 20 D? - 18.50 (c= 1,CH3CO OH ) 乙酸乙酯88. 1沸点: 76. 5? 77. 5? , 比重:0. 90, 易燃, 低毒 正己烷86. 2沸点: 69? , 比重: 0. 66, 易燃,低毒 邻苯二甲酸氢钾204. 2白色晶体, 溶于水 装置示意图 三. L?(- )?3 ?苯基乳酸的制备 1. 实验原
3、理 ? ?氨基酸与亚硝酸反应生成相应的重氮盐, 后者进一步水解生成 ? ?羟基酸。由于重氮基邻位羧基的邻基参与效应, 所得产物 ? ?羟基酸 保持了原有? ?氨基酸的构型。 2. 实验步骤 在 150mL 三颈瓶中加入 6. 0g ( 36. 3mmol) L?苯丙氨酸( 定量发 给), 再加入 70mL 0. 52mol? L- 1硫酸溶液, 置于磁力搅拌器上搅拌使 固体溶解。按下面示意图在三颈瓶上分别插上温度计、 50mL 滴液漏 斗和气体吸收装置1。在滴液漏斗中加入由 5.0g (72. 5mmol)亚硝酸钠( 定量发给)与 30mL 水配成的溶液。将三颈瓶中溶液 冷却至 5? 1? ,
4、然后边搅拌边滴加亚硝酸钠溶液,滴加速度以反应体系温度维持在 5? 7? 为宜,加完后在此温度下继续搅 拌 50min,然后改换成温水浴 2再搅拌 10min, 此时瓶内温度为 20? 25? 。 通过滴液漏斗向三颈瓶中加入 25mL 乙酸乙酯, 搅拌使固体溶解。将反应液移至分液漏斗中 3, 分出水相,有机相转移至 干燥的 100mL 具塞锥形瓶中,水相再用 25mL 乙酸乙酯萃取。合并有机相, 加入适量无水硫酸镁干燥 10min 以上。用塞有棉 花的小漏斗过滤,除去干燥剂, 滤液滤入 100mL 茄形瓶中。用旋转蒸发仪蒸除溶剂 4, 得粗产品。 粗产品用乙酸乙酯/正己烷混合溶剂( 体积比为 1
5、? 1) 重结晶(用水浴加热, 最后用冰水冷却使结晶完全)。用 Hirsch漏斗 抽滤,再用适量经冷却的溶剂洗涤, 再抽干。将产品收集于培养皿中,标明营号,置于 85? 烘箱中干燥 20min 5。产品干燥后, 记录产品的外观、 称重, 交由监考人员签字后,用于下步纯度分析。 分析实验结束后,将剩余产品分 2 份装入 2 个小塑料自封袋中, 标明营号,并分别标上 A 和 B,将 B 袋样品装入小信封中, 封口并签名,与 A 袋一并交监考人员, 用于产品熔点的测定。 附注: 1 气体吸收装置已事先为选手准备好, 使用时只要将其与反应体系连接即可。吸收瓶内液体为 FeSO4溶液。气体吸收瓶中 的玻
6、璃管管口应正好接触液面,不要过多插入吸收液中,以免倒吸。 2 温水浴需约 35? 的温水 350mL 400mL,请自己准备。 3 注意:打开瓶口时,有少量 NO2逸出。 4 提示:盛放溶液的茄形瓶请作好标记,以免搞错。旋转蒸发仪有专人操作,协助选手使用。 5 若此时实验时间已超过 5h, 不必再将产品放入烘箱烘干,请直接称重, 并在重量数据旁注明? 未干燥?。 四. 产品纯度分析 ? ? ? 每组试样平行测定 2 份,如有必要可补测 1份, 但将扣除一定分数。 ?62?化? 学? 教? 育? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2006年第 3期 ? 基准物质和标准样品用过后
7、请放在分析天平旁培养皿内, 不要放回干燥器中。 ? 在步骤 3 ? 产品纯度测定?中只能使用本人制备的产品。 1. 0. 1mol? L- 1氢氧化钠溶液浓度的标定 用减量法准确称取 0.4g 0. 6g 邻苯二甲酸氢钾 2 份于 2 个 250mL 锥形瓶中, 各加入 25mL 蒸馏水使之溶解, 加入 2 3 滴酚酞指示剂,用 0.1 mol? L- 1NaOH溶液滴定至微红色, 并在 30s内不褪色, 即为终点。根据所耗 NaOH溶液的体积,计算每 次标定的 NaOH溶液的浓度、 平均浓度和相对极差。 提示: ? NaOH溶液每人 1 瓶,请标上营号, 以免与他人搞错。 ? 装邻苯二甲酸氢
8、钾的称量瓶标有符号? O ?。 2. L ?(- )?3 ?苯基乳酸标准样品纯度的测定 用减量法准确称取 0. 4 0.5g L?( - )?3 ?苯基乳酸标准样品 2 份于 2 个 250mL 锥形瓶中, 各加入 1mL 95%的乙醇,水浴 温热使固体溶解,再加入 25mL 蒸馏水、 2 3 滴酚酞指示剂,用 NaOH标准溶液滴定至微红色, 并在 30s内不褪色, 即为终点。 根据所耗 NaOH溶液的体积,计算标准样品的百分含量及其平均值( S ? ) 、 相对极差。 提示: ? 只为每人提供 1.5g 标准样品。 ? 装 L?( - )?3 ?苯基乳酸标准样品的称量瓶标有符号? S?。 3
9、. 产品纯度的测定 将部分自制产品转移至称量瓶中,按实验步骤 2方法测定其纯度。根据所耗 NaOH溶液的体积, 计算样品的百分含量及 其平均值(X ? ) 、 相对极差。 五. 思考题(请答在实验报告中指定位置上) 1. 写出本实验由 L?苯丙氨酸制备 L?(- )?3 ?苯基乳酸的反应式( 须写出反应的主要中间体, 画出原料和产物的立体结构)。 2. 为什么滴加亚硝酸钠溶液要控制在较低温度? ( 上接第 56 页) 沉淀与乙醛溶液反应生成 Cu2O红色沉淀必须在碱性介质中才 能进行;还说明 CH3CHO与 Cu (OH)2反应即就是最初能生成 CH3 CO OH,它也会与碱(NaOH)发生中
10、和反应生成 CH3COO Na 和 H2 O 。这一点也与大学化学教材 6、 7中的结论相同。 2.3对该演示实验反应式的商榷意见 通过以上实验结果分析,我们建议将这个演示实验反应 方程式写为:CuSO4+ 2NaOHCu( OH)2? + Na2SO4 CH3CHO+ 2Cu(OH)2+ NaOH ? CH3COONa+ Cu2O+ 3H2O ? ? 致谢:本文得到钱博教授的指导, 特表示感谢! 参? 考? 文? 献 1 ? 人民教育出版社化学室. 全日制普通高级中学教科书(必修加 选修). 化学(第二册). 北京: 人民教育出版社, 2003: 165 2人民教育出版社化学室. 高级中学课
11、本? 化学(必修)第二册. 第 2 版, 北京: 人民教育出版社, 2000: 171- 172 3人民教育出版社化学室. 高级中学课本? 化学(必修)第二册. 第 2 版, 北京: 人民教育出版社, 1995: 142- 143 4中小学通用教材化学编写组. 全日制十年制学校高中课本? 化 学(试用本)第二册. 北京: 人民教育出版社, 1980: 182 5严志弦. 无机化学(包括定性分析)下册. 北京: 高等教育出版 社, 1965: 443 6汪小兰. 有机化学. 北京: 高等教育出版社, 1979: 82 7恽福森,恽魁宏. 有机化学基础. 上海: 科学技术出版社, 1956: 10
12、3 8兰州大学. 复旦大学化学系有机化学教研室. 有机化学实验. 第 2 版, 北京: 高等教育出版社, 1994: 312 欢迎订阅 2006 年 化学教育 期刊 邮发代号: 2- 106? 每期定价: 8. 00元 ? 年定价: 96 元(中国化学会会员享受 7 折优惠) 2006年 化学教育 将继续报道化学学科的新成就和新发展;关注与社会、 生活紧密联系的化学知识; 提供最新 的化学教育理论、 教学策略和教学成果;反映最新的化学课程改革和高考动态;报道最新的实验教学经验, 独特的 实验改进方法和实验设计方案; 探讨化学教学中的各种问题,为高考复习提供指导和参考; 报道与化学教育有关的 国
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