实验17 纤维素的乙酰化

一、实验目的

（1）加深对聚合物化学反应原理的理解。

（2）了解纤维素乙酰化的反应历程。

（3）掌握制备醋酸纤维素的实验技术。

二、实验原理

纤维素是由葡萄糖分子缩合而成的高分子化合物，葡萄糖是一种六碳糖，其第五个碳原子上的羟基与醛基形成半缩醛，产生两种构型：

纤维素分子间由于有众多羟基，因氢键使大分子链间有很强的作用力，从而不溶于有机溶剂，加热也不能使其熔化，从而限制了它多方面的应用。若将纤维素分子上的羟基乙酰化，减小大分子间氢键作用，根据酰化的程度，使它可溶于丙酮或其他有机溶剂，从而使纤维素的应用范围大大扩展。

构成纤维素的每个葡萄糖分子上有三个羟基，若都被酰化，就是三醋酸纤维素。纤维素酯化时每100个葡萄糖残基中被酯化的羟基数称为酯化度，它表征纤维素被酯化的程度。三醋酸纤维素的酯化度为280～300。大部分被酯化的称二醋酸纤维素，酯化度为200～260。不同酯化度的醋酸纤维素的溶解性及用途见表17-1。

表17-1 不同醋化度醋酸纤维素的用途

本实验以脱脂棉为原料、硫酸为催化剂，用乙酸酐进行纤维素的乙酰化生成醋酸纤维素，达到三醋酸纤维素所要求的酯化度而分离出来，或再加入醋酸溶液使醋酸纤维素水解到二醋酸纤维素所要求的酯化度并沉淀出来。产物以丙酮、甲醇、苯、二氯甲烷为溶剂进行溶解试验。

三、实验材料和仪器

1.主要实验材料

脱脂棉、冰醋酸、乙酸酐、浓硫酸、丙酮、苯、甲醇、二氯甲烷。

2.主要实验仪器

烧杯、吸滤瓶、瓷漏斗、铜水浴。

四、实验步骤

1.纤维素的乙酰化

向400mL烧杯中加入10g脱脂棉、70mL冰醋酸、0.3mL（6～10滴）浓硫酸、50mL乙酸酐，盖上培养皿（或表面皿），于50℃水浴加热。每隔一段时间用玻璃棒搅拌，使纤维素乙酰化。1.2～2h后，反应物成糊状物，纤维素的全部羟基均被乙酸酐酰化，用它分离出三醋酸纤维素和制备二醋酸纤维素。

2.三醋酸纤维素的分离

取上面制得的糊状物的一半倒入另一400mL烧杯，加热至60℃，搅拌下慢慢加入25mL80%乙酸（已预热至60℃），以破坏过量的乙酸酐。维持60℃15min后，于搅拌下慢慢加入25mL水，再以较快的速度加入200mL水，白色松散的三醋酸纤维素即沉淀出来。将沉淀出的三醋酸纤维素在瓷漏斗吸滤后分散，倾去上层水并反复洗至中性。再滤出三醋酸纤维素，用瓶盖将水压干，于105℃干燥，产量约7g。

3.二醋酸纤维素的制备

将另一半糊状物于60℃、搅拌下慢慢倒入50mL70%乙酸（已预热至60℃）及0.14mL（3～5滴）浓硫酸的混合物中，于80℃水浴加热2h，使三醋酸纤维素部分水解。之后加水、洗涤，吸滤等操作与三醋酸纤维素的制备相同。产量约6g。

注意事项：

①加入浓硫酸时不得直接加到脱脂棉上。

②80%乙酸加入盛有糊状物的烧杯时不能加得太快。

五、实验结果分析与讨论

（1）计算本实验中纤维素羟基与乙酸酐的摩尔比。乙酸酐过量多少?破坏这些乙酸酐需用多少水?

（2）计算本实验醋酸纤维素的产率。

（3）将三醋酸纤维素用9：1（体积比）二氯甲烷与甲醇混合溶剂、丙酮及沸腾的1：1（体积比）苯—甲醇混合物进行溶解实验。

（4）将二醋酸纤维素用丙酮及1：1（体积比）苯—甲醇混合溶剂溶解实验。

（5）浓硫酸为什么不能直接加到脱脂棉上？

（6）80%乙酸加入盛有糊状物的烧杯时为什么不能加得太快？

（李青山 张振琳）