孔雪 周亞峰 劉冰 李娟
摘 要 對(duì)影響正丁醚產(chǎn)率的因素進(jìn)行探究。通過(guò)觀察制備過(guò)程中的細(xì)節(jié)得出影響正丁醚產(chǎn)率的因素:反應(yīng)物必須混合均勻;反應(yīng)溫度須嚴(yán)格控溫在130℃-140℃。通過(guò)制備方法的稍加改進(jìn)得出影響正丁醚產(chǎn)率的因素:原料正丁醇的加料方式由一次加入改進(jìn)為多次加入后產(chǎn)率有所提高;選擇V正丁醇∶V濃硫酸=8∶1的比例進(jìn)行反應(yīng)能獲得較高產(chǎn)率;改變分水器的使用方法為多次放水能獲得較高產(chǎn)率;50%濃硫酸洗滌液的濃度過(guò)高,降低濃度為40%后產(chǎn)物損失減少。
關(guān)鍵詞 正丁醚的制備;混合;溫度;分水器;加料方式;比例;濃度
正丁醚的制備是大學(xué)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中非常重要的實(shí)驗(yàn)[1],由于該實(shí)驗(yàn)涉及分水器的使用,常作為各高校典型的教學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)開(kāi)展。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下:將12.5g正丁醇和濃硫酸一次性放入三頸燒瓶中進(jìn)行分水回流,當(dāng)分水器中預(yù)留的1.5ml全部被水充滿時(shí),即可停止反應(yīng)。分離提純的方法為:先用水洗滌一次,再用50%的硫酸分兩次洗滌,再用水洗滌,最后用無(wú)水氯化鈣干燥。最終蒸餾收集餾分,產(chǎn)率45%~54%。但在實(shí)際操作過(guò)程中學(xué)生們的最終產(chǎn)率與教材相比會(huì)低很多,現(xiàn)對(duì)影響正丁醚產(chǎn)率的因素進(jìn)行探究。
1制備過(guò)程中的細(xì)節(jié)處理對(duì)正丁醚產(chǎn)率的影響
1.1 反應(yīng)物混合均勻程度對(duì)產(chǎn)率的影響
濃硫酸在加入過(guò)程中如果混合不均勻,易導(dǎo)致局部濃度過(guò)高,加熱過(guò)程中易發(fā)生碳化,產(chǎn)生額外的副產(chǎn)物,導(dǎo)致產(chǎn)率不高。所以加入濃硫酸要分批多次加入,并不斷攪拌,保證反應(yīng)物混合均勻才能得到較高產(chǎn)率的產(chǎn)物。
1.2 反應(yīng)溫度的控制對(duì)產(chǎn)率的影響
由于恒沸物的存在該反應(yīng)開(kāi)始回流時(shí)的溫度大概在110℃,隨著分水量的增加,溫度逐漸上升至130℃,控制溫度在130~140℃一段時(shí)間,可得較高產(chǎn)率,若低于130℃則產(chǎn)率不高[2]。按教材上的實(shí)驗(yàn)方法不同反應(yīng)溫度下得到的產(chǎn)率見(jiàn)下表1。
2制備方法的改進(jìn)對(duì)正丁醚產(chǎn)率的影響
2.1 正丁醇的加料方式對(duì)產(chǎn)率的影響
通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料[3]得知,正丁醇與濃硫酸先生成硫酸氫丁酯,使一定量的正丁醇留在酸液中,導(dǎo)致產(chǎn)率不高?,F(xiàn)通過(guò)改變正丁醇的加料方式來(lái)影響產(chǎn)率,實(shí)際操作如下:在其他操作一致的基礎(chǔ)上,將正丁醇的加料方式分為兩種,一種按教材上的方法一次性加入,一種為先加入一半在反應(yīng)瓶中,剩下的一半在反應(yīng)溫度升至130℃左右時(shí)由恒壓滴液漏斗多次加入。
改變正丁醇的加料方式為多次加入,可使更多的硫酸氫丁酯轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物,以提高正丁醇的利用率,產(chǎn)率可提高到47.1%。由此可見(jiàn),正丁醇的加料方式影響了正丁醚的產(chǎn)率。
2.2 正丁醇與濃硫酸的體積比對(duì)產(chǎn)率的影響
在正丁醇的加料方式為多次加入的前提下,選擇反應(yīng)物不同的體積比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
V正丁醇∶V濃硫酸=8∶1時(shí)獲得的產(chǎn)率最大,可達(dá)50.1%。分析原因如下:濃硫酸用量過(guò)大,不僅產(chǎn)生的副產(chǎn)物較多,也會(huì)占用更多的正丁醇生成大量的硫酸氫丁酯。濃硫酸用量過(guò)少,同一時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物較少,所以相同的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)選擇合適的比例能獲得較高的產(chǎn)率。由此可見(jiàn),反應(yīng)物的體積比對(duì)產(chǎn)率有影響。
2.3 改變分水器的使用方法對(duì)產(chǎn)率的影響
教材上對(duì)分水器的使用要求如下,反應(yīng)前在分水器中加入(V-X)mL水,V是分水器的體積,X是略大于理論分水量的水的體積。該方法由于提前放掉了一部分水,分水器中空出一些體積,而開(kāi)始反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的水量并不多,大部分為有機(jī)原料,導(dǎo)致這些原料滯留在分水器中不能迅速返回到反應(yīng)體系中參與反應(yīng)?,F(xiàn)采用多次放水的方法,即減少首次放水的量到0.5mL,等分液層到達(dá)支管口時(shí)再次放水0.5ml左右,可多次重復(fù)[4]。
改變分水器為多次放水后,產(chǎn)率可提高到53.5%。由此可見(jiàn),改變分水器的使用方法,即使被蒸餾出來(lái)的原料更多更快地返回反應(yīng)瓶中及時(shí)參與反應(yīng),對(duì)產(chǎn)率有影響。
2.4 洗滌除雜過(guò)程中濃硫酸的濃度對(duì)產(chǎn)率的影響
用50%的濃硫酸洗滌溶液時(shí),同學(xué)們?cè)趯?shí)際操作過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不分層現(xiàn)象,現(xiàn)調(diào)整濃硫酸的濃度為40%,避免了以上現(xiàn)象的發(fā)生,同時(shí)也減少了產(chǎn)物的損失,能在一定程度上提高產(chǎn)率。
3結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)以上分析,要獲得較高產(chǎn)率的正丁醚,首先要多注意細(xì)節(jié)上的處理:混合原料時(shí)注意多次少量地加入濃硫酸,確保混合均勻;反應(yīng)溫度需要控制在130~140℃,保證產(chǎn)物的生成。其次對(duì)教材上的制備方法稍加改變也會(huì)影響正丁醚的產(chǎn)率:正丁醇和濃硫酸選擇體積比1∶8時(shí)獲得的產(chǎn)率較高;改變正丁醇的加料方式,使硫酸氫丁酯更多地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物對(duì)產(chǎn)率有一定的影響;改變分水器的使用方法為多次放水使產(chǎn)率有所提高;將50%濃硫酸洗滌液的濃度降為40%后能減少產(chǎn)物的損失。以上因素都對(duì)正丁醚的產(chǎn)率有一定的影響。
參考文獻(xiàn)
[1] 曾和平.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)第四版[M].北京:高等教育出版社,2014:115-117.
[2] 秦丙昌,靳曉寧,陳永玲,等.正丁醚制備實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教育,2014,35(2):27-30.
[3] 王寶豐,王俊茹,孔琳.提高正丁醚產(chǎn)率的方法[J].天津師大學(xué)報(bào),1999,19(3):26-28.
[4] 許萌,王俊茹,王寶豐,等.分水器使用的新方法[J].化學(xué)教育,2004,(1):49-50.
作者簡(jiǎn)介
孔雪(1998-),女,河北滄州人;現(xiàn)就讀學(xué)校:河北師范大學(xué)匯華學(xué)院,專(zhuān)業(yè):化學(xué)。
李娟(1980-),女,河北石家莊人;學(xué)歷:講師,現(xiàn)就職單位:河北師范大學(xué)匯華學(xué)院,研究方向:有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。