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己二酸制备

实验报告

尼龙66前体的制备

一、实验目的

1、学习由环己醇氧化制备环几酮和由环几酮氧化制备己二酸的基本原理。

2、掌握由环己醇氧化制备环己酮和由环己酮氧化制备己二酸的实验操作。

3、进一步了解盐析效应及萃取在分离有机化合物中的应用。

4、综合训练并掌握控温、减压抽滤、蒸馏、重结晶等操作技能。

二、实验原理

实验室制备脂肪和脂环醛、酮最常用的方法是将伯醇和仲醇用铬酸氧化。铬酸是重铬酸盐与40-50%硫酸的混合液。制备相对分子量低的醛,可以将铬酸滴加到热的酸性醇溶液中,以防止反应混合物中有过量的氧化剂存在,同时将较低沸点的醛不断蒸出,可以达到中等产率。尽管如此,仍有部分醛被进一步氧化成羧酸,并生成少量的酯。用此法制备酮,酮对氧化剂比较稳定,不易进一步被氧化。铬酸氧化醇是放热反应,必须严格控制反应温度以免反应过于剧烈。

本实验反应方程式为:

己二酸制备

羧酸常用烯烃、醇、醛、酮等经硝酸、重铬酸钾的硫酸溶液或高锰酸钾等氧化来制备。本实验以环己酮为原料,在碱性条件下以高锰酸钾为氧化剂来制备己二酸,反应方程式:

C6H10O+MnO4-+2OH-→HOOC(CH2)4COOH+MnO2+H2O

三、实验试剂和仪器装置:

1、仪器:

圆底烧瓶(250ml,100ml),烧杯(250ml,100ml) ,量筒(100ml ,10ml),,直型冷凝管,尾接管,蒸馏头,温度计,电热套,抽滤瓶,布氏漏斗,真空泵,蒸发皿,表面皿,分液漏斗,玻璃棒,石棉网,铁架台,酒精灯。

2、主要试剂:

浓H2SO4,Na2Cr2O7,H2C2O4,NaCl,无水MgSO4,KMnO4,NaOH10%,Na2SO3

3、主要实验装置:

己二酸制备

四.实验步骤

(一)环己酮的制备步骤:

1、在250 ml圆底烧瓶中加入56 ml H2O,慢慢加入9.3 ml 浓H2SO4。充分混合后,搅拌下慢慢加入9.8 ml环己醇。(必要时用水冲洗),混匀,然后冷却至30℃以下。

2、将11.5g Na2Cr2O7溶于盛有6 ml H2O的100 ml烧杯中,搅拌使之充分溶解。

3、分批(3-4次)将②加至①中,并不断振摇使之充分混合。氧化反应开始后,混合液迅速变热,溶液由橙红色变为墨绿色后,再加下一批:全程控温在60-65℃范围内。加完后离浴,继续振摇至温度有自动下降的趋势,此时温度63℃开始计时,10min后加,0.8g草酸,充分振摇使之溶解。

4、然后往烧瓶中加入60 ml H2O,改为蒸馏装置。将环己酮和水一起蒸馏出来,直到馏出液澄清后再多蒸10 ml。

5、在馏分中加入10g食盐(盐析),充分搅拌,将液体倾至分液漏斗,分离出有机层。

6、在分离出的有机层中加入分三次加入适量MgSO4,干燥后,蒸馏得产品。

7、称得所制环己酮的质量。

(二)己二酸的制备步骤:

投料比:环己酮:KMnO4:10%NaOH: H2SO4=1g:3g:0.25mL:2.5mL

1、在250 ml烧杯中加入6.1g制得的环己酮,将18.3g KMnO4溶于约147 ml水中,然后将此溶液加入到烧杯中,放在水浴中控制反应温度为30℃。

2、加入10﹪NaOH溶液1.5 ml,搅匀,然后控制温度在45℃下反应一小时。

3、将烧杯从水浴中取出,擦干烧杯外的水,直接放在电热套中加热,使之沸腾5min(目的是聚集MnO2)。

4、用玻璃棒沾1d反应液于滤纸上,观察滤纸上棕黑色的斑周围有无紫红色的圆环,若有,则往溶液中加少量的Na2SO3,搅拌。

5、重复4步骤至无紫红色环现象为止。

6、然后进行减压抽滤,用温水洗涤沉淀,一到两次。

7、将母液倾入蒸发皿中,使之浓缩至体积的40 ml,然后趁热在不断搅拌下分次缓慢加入15 ml的浓H2SO4。

8、将反应液冷却至室温,然后再进行减压抽滤,然后将所得产品从布氏漏斗中转移至表面皿中,最后放在垫有石棉网的电热套上干燥至恒重。

9、将产品包装,整理仪器,老师签字验收。

五、实验现象与数据记录:

(一)实验现象:

1、将Na2Cr2O7溶液分批加入到酸性环己醇中后,溶液由橙红色变为墨绿色;溶

液温度升高,温度计示数上升。此过程实际操作温度在60-70℃。

2、待Na2Cr2O7溶液加完后离浴,温度会明显的自动下降,开始计时时温度为

63℃。

3、观察溶液还是有点橙黄色,往溶液中加入草酸后,溶液为墨绿色。

4、向有机层中加入无水MgSO4先结块,再加入适量时MgSO4成粉末状,说明环己酮已干燥。

5、用玻璃棒沾1d反应液于滤纸上,观察滤纸上棕黑色的斑周围无紫红色的圆环,说明高锰酸钾未过量。

6、第一次抽滤时,固体颜色为浓咖啡色。

7、趁热在不断搅拌下分次缓慢加入15 ml的浓H2SO4,由于操作不正确,使得局部过热,液体暴沸。

8、蒸馏后得淡黄色油状液体。

9、制得的产品为棕黄色粉末。(二)数据记录:

环己酮制备:

试剂名称环己醇浓硫酸水重铬酸

草酸NaCl 无水

MgSO

4

用量9.8ml 9.3ml 56 ml 11.5g 0.8 g 10.0g 0.7g 己二酸制备:

名称环己酮高锰酸钾10%NaOH浓硫酸

用量 6.1g 18.3g 1.5ml 15ml

六、数据处理

(一)分步产率计算:

1.由反应方程式知:

己二酸制备

理论环己酮的质量M1=98.14*(9.8*1.017)/100.16=9.766g

实际制得的环己酮的质量M2=6.1g

环己酮的产率W1=(6.1g/9.766g)*100%=62.46%

2.理论己二酸的质量M3=6.1/98.14*146.15=9.08g

实际制得的己二酸的质量M4=7.5g

己二酸的产率W2=7.5/9.08*100%=82.60%

(二)总产率计算:

由于环己醇:己二酸=1:1

则直接用环己醇制得的己二酸的质量M5=9.8*1.017*146.15/100.16=15.75g 己二酸的总产率W3=7.5g/15.75g*100%=47.62%

(三)按该实验的产率计算生产1t己二酸需要的消耗定额:

环己醇:9.8*1.017/7.5*103=1328kg

Na

2Cr

2

O

7

:11.5/7.5*103=1533kg

高锰酸钾:18.3/7.5*103=2440kg

浓硫酸:(15+9.3)*1.84/7.5*103=5962kg

环己醇重铬酸钠浓硫酸氢氧化钠高锰酸钾

上海金锦实业公司天齐伟业吴江永利化工

公司

济南长志商贸

公司

上海新凯化工

公司

13800元/吨15000/吨950/吨2000/吨10000/吨

1.328*13800+1.533*15000+0.1818*2000+

2.440*10000+5.962*950=71714.5元

产品己二酸山东货源报价在11000元/吨左右,假如我公司每月净产己二酸为50吨,也即我公司毛利为55万左右。但若把实际生产的问题考虑进去后,纯利润也就几万元而已,这肯定在市场中是站不住脚的。因此,要根据实际情况,市场需求,工艺设备,操作流程等多方面入手,才能实现更大产值与利润。

七、注意事项

1、使用分液漏斗前一定要检漏,蒸馏前一定检查装置的气密性。

2、环己醇的滴加速度是制备己二酸实验的关键。因为此反应是一个强放热的反应,所以必须等先加入反应瓶中的少量环己醇作用完全后才能继续滴加。若滴加太快,反应过于剧烈,无法控制,会使反应液冲出烧瓶造成事故。滴加太慢,反应进行的缓慢,需要的时间太长。所以操作时应控制滴加环己醇的速度,维持反应液处于微沸状态。

3、蒸馏环己酮粗产品时,水的馏出量不宜过多,否则即使使用盐析,也不可避

免有少量环己酮溶于水而损失。

4、己二酸的制备中步骤一定应有④⑤用以检查KMnO4是否过量,若滤纸上棕黑斑周围有紫红色环出现说明KMnO4过量,要加Na2S2O3。

5、控制控制好反应温度和液体添加速度,防止反应过于剧烈引起液体飞溅或爆炸。

6、在电热套上干燥己二酸产品时,温度要从低到高依次增加,防止局部过热,造成产品部分溶解。

八、结果讨论与分析

1、分步产率较高,而总体产率较低,这说明产品在二次转移时有损失。在抽滤时,水洗沉淀的量没有控制好,环己醇的滴加速度若控制不合理,使得反应不完全等,均会造成产品损失。

2、实验过程中,要求控温的步骤较多,本实验没能严格控制好反应温度,导致反应不完全或反应产生其他产物。

3、本实验产品最终颜色为淡黄色粉末,而己二酸理论上应为白色单斜晶棱柱体。原因如下:蒸发皿上有淡黄色不明物质,洗刷时,未洗去,在浓缩加酸时,液体变为淡黄色;加热浓缩时,反应温度过高,肯能产生了副产物,影响产品外观。如果是第一种原因,可加活性炭进行脱色。

4、在浓缩加硫酸时,由于操作不当,致使温度局部过高,液体爆沸溅出,使产品有损失。

5、由数据分析知,结合本实验实际产率,如果能把各方面的损失减小到最低,并且优化生产流程及工艺设备,提高生产效率,洞悉市场需求,实现企业获利应该还是能实现的。

九、实验分工

杨克利:药品称量,产品干燥,实验操作等。

尹克君:实验操作,抽滤,分液等。

袁群:实验操作,实验过程记录,洗刷仪器等。

张洪超: 实验操作,抽滤,浓缩等。

十、实验总结

通过本次实验掌握了由环己醇氧化制备环己酮和由环己酮氧化制备己二酸的原理和操作方法;综合训练并掌握了控温、减压抽滤、蒸馏、萃取等实验操作,这些操作也是我们必须掌握的实验基础操作;且进一步了解了盐析效应及萃取在分离有机化合物中的应用。另一方面在实验中要认真观察反应现象,并一定要做好实验记录,对每一个要求都需严谨的去完成才可成功完成实验,并得到较高的产率。对于试验具体操作,我们在实验前把实验操作弄清楚,使得实验中各成员分工明确,争取快速有条不紊的完成实验。最后,对赵老师和其他同学的帮助一并表示感谢。