乙酰乙酸乙酯在《有机化学实验技术（第2版）》中的制备方法

【实验目的】

（1）了解克莱森（Claisen）酯缩合反应的机理和应用。

（2）掌握在酯缩合反应中金属钠的作用和操作。

（3）掌握无水操作及减压蒸馏等操作。

【实验原理】

含α-活泼氢的酯在强碱性试剂（如Na、NaNH2、NaH、三苯甲基钠或格氏试剂）存在下，能与另一分子酯发生Claisen酯缩合反应，生成β-羰基酸酯。乙酰乙酸乙酯就是通过这一反应制备的。虽然反应中使用金属钠作为缩合试剂，但真正的催化剂是钠与乙酸乙酯中残留的少量乙醇作用产生的乙醇钠。

乙酰乙酸乙酯的酮式与烯醇式是互变异构（或动态异构）现象的一个典型例子。在室温时含92%的酮式和8%的烯醇式。单个异构体具有不同的性质并能分离为纯态，但在微量酸（碱）催化下，迅速转化为两者的平衡混合物。

凡含α-活泼氢的酯在碱性催化剂存在下，都能与另一分子的酯发生缩合反应。

【仪器及药品】

1.仪器

减压蒸馏装置、无水干燥回流装置等。

2.药品

金属钠、乙酸乙酯、二甲苯、醋酸、饱和氯化钠溶液、无水硫酸钠等。

【实验内容】

在干燥［1］的100 mL圆底烧瓶中加入2.5 g新切成小薄片的金属钠［2］和12.5 mL二甲苯，装上冷凝管，在石棉网上小心加热使钠熔融。立即拆去冷凝管，用橡皮塞塞紧圆底烧瓶，用力来回振摇［3］，即得细粒状钠珠。稍经放置后钠珠即沉于瓶底，将二甲苯倾滗后倒入公用回收瓶（切勿倒入水槽或废物缸，以免引起火灾）。迅速向瓶中加入27.5 mL乙酸乙酯［4］，重新装上冷凝管，并在其顶端装一氯化钙干燥管（图2-2-3）。反应随即开始，并有氢气逸出。如反应很慢，可稍加热。待激烈的反应过后，置反应瓶于石棉网上小火加热，保持微沸状态，直至所有金属钠全部作用完为止［5］。反应约需1.5 h。此时生成的乙酰乙酸乙酯钠盐为橘红色透明溶液（有时析出黄白色沉淀）［6］。

待反应物稍冷后，将圆底烧瓶取下，在摇荡下加入50%醋酸，直到反应液呈弱酸性（约需15 mL）［7］。此时，所有的固体物质均已溶解。将反应液转移到分液漏斗中，加入等体积的饱和氯化钠溶液，用力振摇片刻。静置分层，分出酯，倒入100 mL锥形瓶内，用无水硫酸钠干燥后滤入干燥的100 mL圆底烧瓶，先在沸水浴上蒸馏，蒸去未作用的乙酸乙酯（必要时用真空泵减压蒸馏），然后改装成减压蒸馏装置（图2-3-8）进行减压蒸馏［8］，减压蒸馏时须缓慢加热，待残留的低沸点物质蒸出后，再升高温度，收集乙酰乙酸乙酯。产量约为1.1 g（产率［9］约40%）。

【主要技术与注意事项】

［1］本实验的关键是所用仪器必须是干燥的，所用的乙酸乙酯必须是无水的。金属钠易与水反应放出氢气及大量的热，易导致燃烧和爆炸。NaOH的存在易使乙酸乙酯水解成醋酸钠，更重要的是水会消耗金属钠，难以形成碳负离子中间体，导致实验失败。

［2］金属钠遇水易燃烧爆炸，在空气中易氧化，故在称量压丝和切成片的过程中，操作要迅速。金属钠的颗粒大小，直接影响酯缩合反应的速度，最好将压丝机出口的钠丝直接装入盛有乙酸乙酯的烧瓶内。

［3］振摇钠为本实验的关键步骤，因为钠珠的大小决定着反应的快慢。钠珠越细越好，应呈小米状细粒。否则，应重新熔融再摇。摇钠时应用干抹布包住瓶颈，快速而有力地来回振摇，往往用力振摇数下即达到要求。切勿对着人摇，也勿靠近实验桌摇，以防意外。

［4］所用乙酸乙酯的品质对反应进程影响很大，它应是绝对无水的，同时乙醇的含量应少于2%，为达到此要求，可将普通乙酸乙酯用饱和氯化钙溶液洗涤两次，再用熔焙过的无水碳酸钾干燥，在水浴上蒸馏，收集76～78℃的馏分。

［5］一般不应该有固体金属钠，但很少量未反应的金属钠并不妨碍进一步操作。

［6］这种黄白色固体即是饱和后析出的乙酰乙酸乙酯钠盐。(www.xing528.com)

［7］用醋酸中和时，开始有固体析出，继续加酸并不断振摇，固体会逐渐消失，最后得到澄清的液体。如尚有少量固体未溶解，可加少许水使之溶解。但应避免加过量的醋酸，否则会增加酯在水中的溶解度而降低产量。

［8］乙酰乙酸乙酯在常压蒸馏时很易分解，其分解产物为“失水醋酸”，这样会影响产率，故采用减压蒸馏法。

［9］本实验的产率通常根据金属钠的用量来计算，尽可能在1～2天内完成实验，如果间隔时间太长，会因醋酸的生成而降低产量。

【参考学时】

6～8学时。

【预习要求】

（1）复习Claisen酯缩合反应的机理和应用。

（2）预习在酯缩合反应中金属钠的作用和操作步骤。

（3）学习无水操作及减压蒸馏等操作。

【实验思考题】

（1）什么是Claisen酯缩合反应中的催化剂？本实验为什么可以用金属钠代替？为什么计算产率时要以金属钠为基准？

（2）本实验中加入50%醋酸和饱和氯化钠溶液有何作用？

（3）为什么使用二甲苯作溶剂，而不用苯或甲苯？

（4）为什么要做钠珠？

（5）为什么用醋酸酸化，而不用稀盐酸或稀硫酸酸化？为什么要调到弱酸性，而不是中性？

（6）加入饱和食盐水的目的是什么？

（7）中和过程开始析出的少量固体是什么？

（8）乙酰乙酸乙酯沸点并不高，为什么要用减压蒸馏的方式？

（9）乙酰乙酸乙酯在合成上有什么用途？烷基取代乙酰乙酸乙酯与稀碱和浓碱作用将分别得到什么产物？

【附注】

主要试剂及产物的物理常数见表3-15-1。

表3-15-1　主要试剂及产物的物理常数