实验8　减压蒸馏精制N，N-二甲基甲酰胺

【实验目的】

1.了解减压蒸馏的原理和应用范围。

2.认识减压蒸馏的主要仪器设备及用途。

3.掌握减压蒸馏装置的安装和操作技术。

【实验原理】

减压蒸馏是分离和提纯有机化合物的一种重要方法。它特别适用于那些在常压蒸馏时未达到沸点即已受热分解、氧化或聚合的物质。

液体的沸点是指它的蒸气压等于外界大气压时的温度，所以液体沸腾的温度是随外界压力的降低而降低的。因而如用真空泵连接盛有液体的容器，使液体表面上的压力降低，即可降低液体的沸点。这种在较低压力下进行蒸馏的操作就称为减压蒸馏。

减压蒸馏时物质的沸点与压力有关。有时在文献中查不到减压蒸馏选择的压力与相应的沸点，则可根据图2-27的经验曲线找出近似值。对于一般的高沸点有机物，当压力降低到2.67kPa（20mmHg）时，其沸点要比常压下的沸点低100～120℃。当减压蒸馏在1.33～3.33kPa（10～25mmHg）之间进行时，大体上压力每相差0.133kPa（1mmHg），沸点约相差1℃。当要进行减压蒸馏时，预先粗略地估计出相应的沸点，对具体操作和选择合适的温度计与热浴都有一定的参考价值。

【实验装置】

减压蒸馏装置（见2.2.6节）。

【实验用品】

仪器：圆底烧瓶，克氏蒸馏头，毛细管，温度计，直形冷凝管，燕尾管，缓冲瓶，冷阱，压力计，干燥塔，真空泵等。

试剂：N，N-二甲基甲酰胺。

【实验步骤】

1.安装减压蒸馏装置。按照图示装好仪器，安装完毕，检查装置的气密性：首先关闭安全瓶上的旋塞，拧紧蒸馏头上毛细管的螺旋夹，用真空泵抽气，观察能否达到要求的真空度，如果真空保持情况良好，说明系统密封性好。然后慢慢旋开安全瓶上的活塞，放入空气，直到内外压力相等。

2.加料。在烧瓶中加入占其容量1/3～1/2的N，N-二甲基甲酰胺。

3.减压蒸馏。旋紧毛细管上的螺旋夹，打开安全瓶上的两通活塞，然后开启真空泵，开始抽气，逐渐关闭活塞，从压力计上观察系统内压力大小，如果压力过低，小心旋转活塞，慢慢引进少量空气，使系统达到所要求的压力。调节毛细管上螺旋夹，使液体中有连续平稳的小气泡产生（如果没有气泡，可能是毛细管阻塞，应予更换）。当达到所要求压力且压力稳定后，通入冷却水，开始加热，热浴的温度一般比液体的沸点高出20～30℃。慢慢升温，液体沸腾时，调节热源控制蒸馏速度维持在1～2滴/秒，蒸馏过程中密切注意温度计和压力计的读数，记录压力与温度数值。

4.蒸馏结束时，应先停止加热，撤去热浴，慢慢旋开毛细管螺旋夹和安全瓶上的活塞（一定要慢慢地旋开，切勿快速打开），平衡内外压力，然后关闭真空泵（防止泵中油倒吸），停止通冷却水，最后拆卸仪器。

【思考题】

1.在怎样的情况下采用减压蒸馏？

2.使用油泵减压时，要有哪些吸收和保护装置？其作用是什么？

3.进行减压蒸馏时，为什么必须用热浴加热，而不能直接用火加热？为什么进行减压蒸馏时须先抽气才能加热？

4.当减压蒸完所要的化合物后，应如何停止减压蒸馏？为什么？

2.2.7　水蒸气蒸馏

水蒸气蒸馏是分离和提纯液态或固态有机物的一种方法。常用于下面几种情况：①从大量树脂状杂质或不挥发物质中分离有机物；②除去不挥发性的有机杂质；③从固体多的反应混合物中分离被吸附的液体产物；④某些沸点高于100℃的有机物在其自身的沸点温度时容易被破坏，用水蒸气蒸馏可以在100℃以下的温度蒸出。

1.基本原理

水蒸气蒸馏操作是将水蒸气通入含有不溶或难溶于水但有一定挥发性的有机物质的混合物中，使该有机物在低于100℃的温度下随水蒸气一起蒸馏出来。

当与水不互溶的有机物与水混合共热时，根据Dalton分压定律，整个体系的蒸气压为各组分之和。即：p总=pA+p水，其中p总为总的蒸气压，pA为与水不相溶的有机物的蒸气压，p水为水的蒸气压。如果水的蒸气压和有机物的蒸气压之和等于大气压，混合物就会沸腾，显然，此时的温度低于其中任一组分的沸点。在含有不溶于水且有一定挥发性的有机物质的混合物中，通入水蒸气进行水蒸气蒸馏时，在低于该物质的沸点及水的沸点（100℃）的某一温度下可使该物质和水一起被蒸馏出来，从而使该物质与混合物分离。因此，水蒸气蒸馏常用于蒸馏那些沸点很高且在接近或达到沸点温度时易分解、氧化、聚合的挥发性液体或固体有机物，除去不挥发性的杂质。但使用这种方法，被提纯化合物应具备下列条件：①不溶或难溶于水，如溶于水则蒸气压显著下降，例如丁酸比甲酸在水中的溶解度小，所以丁酸比甲酸易被水蒸气蒸馏出来，虽然纯甲酸的沸点（101℃）较丁酸的沸点（162℃）低得多；②在沸腾下与水不起化学反应；③在100℃左右该化合物应具有一定的蒸气压（一般不小于1333Pa，10mmHg）。

2.水蒸气蒸馏装置

常用的水蒸气蒸馏装置如图2-32所示，由水蒸气发生器、三口烧瓶、蒸馏头、直形冷凝管、接引管和接收器等组成。在水蒸气导出管与导气管之间由一T形管相连接，T形管用来除去水蒸气中冷凝下来的水，在实验异常时可使水蒸气发生器与大气相通。被蒸馏液体的量不能超过圆底烧瓶容积的1/3，导气管应正对圆底烧瓶底中央，距瓶底8～10mm，以利于提高蒸馏效率。水蒸气发生器中一定要配置安全管，选用一根长玻璃管作安全管，管子下端要接近水蒸气发生器底部。使用时，注入的水不要过多，一般不要超出其容积的2/3。水蒸气发生器与烧瓶之间的连接管路应尽可能短，以减少水蒸气在导入过程中的热损耗。

在水蒸气发生器中加入约占容器2/3的水，把待分离物放入三口烧瓶中，按图2-32安装好。将T形管的弹簧夹打开，加热水蒸气发生器使水沸腾，当有水蒸气从T形管中冲出时，关紧弹簧夹，使水蒸气通入烧瓶中。蒸馏过程中如果安全管内水柱上升或从顶端喷出，说明蒸馏系统内压力增高，应立即打开弹簧夹，移走热源，停止蒸馏。检查管道有无堵塞。如果蒸馏瓶内压力大于水蒸气发生器内的压力，将发生液体倒吸，也应立即打开弹簧夹。

如待蒸馏物的熔点高，冷凝后析出固体，则应调小冷凝水的流速或停止冷凝水流入，甚至将冷凝水放出，待物质熔化后再小心而缓慢地通入冷却水。

如由于水蒸气的冷凝而使蒸馏瓶内液体的量增加，可适当加热烧瓶，以减少水蒸气大量被冷凝，并可加快蒸馏速度。但要控制蒸馏速度，以2～3滴/秒为宜，以免发生意外。当馏出液澄清透明，不再含有油珠状的有机物时，就可停止蒸馏。停止蒸馏时，一定要先打开T形管，然后停止加热，如果先停止加热，水蒸气发生器因冷却而产生负压，会使烧瓶内的混合液发生倒吸。最后将收集馏出液转入分液漏斗，静置分层，除去水层，即得粗分离产物。

如仅需5mL以下水量就可完成的水蒸气蒸馏，则可用简易水蒸气蒸馏装置，如图2-33所示，即将5mL水加入烧瓶中，煮沸蒸馏就可达到很好的效果。对于需要5～10mL以上水量才能完成的水蒸气蒸馏，可用常量水蒸气蒸馏的微缩装置，如图2-34所示。

3.水蒸气蒸馏的操作要点

（1）蒸馏瓶可选用圆底烧瓶，也可用三口烧瓶。被蒸馏液体的体积不应超过蒸馏瓶容积的1/3。将混合液加入蒸馏瓶后，打开三通下方的螺旋夹。开始加热水蒸气发生器，使水沸腾。当有水从三通下面喷出时，将弹簧夹夹紧，使蒸汽进入蒸馏系统。调节进汽量，保证蒸汽在冷凝管中全部冷凝下来。

（2）在蒸馏过程中，若安全管中水柱突然上升至几乎喷出，说明蒸馏系统内压增高，可能系统内发生堵塞。应立刻打开T形管上的弹簧，移走热源，停止蒸馏，待故障排除后方可继续蒸馏。当蒸馏瓶内的压力大于水蒸气发生器内的压力时，将发生液体倒吸现象，此时，应打开T形管上的弹簧或对蒸馏瓶进行保温，加快蒸馏速度。

（3）当馏出液不再浑浊时，用表面皿取少量馏出液，在日光或灯光下观察是否有油珠状物质，如果没有，可停止蒸馏。

（4）停止蒸馏时先打开T形管上的弹簧夹，移走热源，待稍冷却后，将水蒸气发生器与蒸馏系统断开。收集馏出物或残液（有时残液是产物），最后拆除仪器。