影響正丁醚產(chǎn)率的因素探究

孔雪 周亞峰 劉冰 李娟

摘 要 對影響正丁醚產(chǎn)率的因素進(jìn)行探究。通過觀察制備過程中的細(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)來開展。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，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)際操作過程中學(xué)生們的最終產(chǎn)率與教材相比會低很多，現(xiàn)對影響正丁醚產(chǎn)率的因素進(jìn)行探究。

1制備過程中的細(xì)節(jié)處理對正丁醚產(chǎn)率的影響

1.1 反應(yīng)物混合均勻程度對產(chǎn)率的影響

濃硫酸在加入過程中如果混合不均勻，易導(dǎo)致局部濃度過高，加熱過程中易發(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)溫度的控制對產(chǎn)率的影響

由于恒沸物的存在該反應(yīng)開始回流時的溫度大概在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)率見下表1。

2制備方法的改進(jìn)對正丁醚產(chǎn)率的影響

2.1 正丁醇的加料方式對產(chǎn)率的影響

通過查閱文獻(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)通過改變正丁醇的加料方式來影響產(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，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：濃硫酸用量過大，不僅產(chǎn)生的副產(chǎn)物較多，也會占用更多的正丁醇生成大量的硫酸氫丁酯。濃硫酸用量過少，同一時間內(nèi)產(chǎn)物較少，所以相同的反應(yīng)時間內(nèi)選擇合適的比例能獲得較高的產(chǎn)率。由此可見，反應(yīng)物的體積比對產(chǎn)率有影響。

2.3 改變分水器的使用方法對產(chǎn)率的影響

教材上對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，而開始反應(yīng)時產(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)。現(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，改變分水器的使用方法，即使被蒸餾出來的原料更多更快地返回反應(yīng)瓶中及時參與反應(yīng)，對產(chǎn)率有影響。

2.4 洗滌除雜過程中濃硫酸的濃度對產(chǎn)率的影響

用50%的濃硫酸洗滌溶液時，同學(xué)們在實(shí)際操作過程中經(jīng)常會出現(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

通過以上分析，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：混合原料時注意多次少量地加入濃硫酸，確?；旌暇鶆?反應(yīng)溫度需要控制在130～140℃，保證產(chǎn)物的生成。其次對教材上的制備方法稍加改變也會影響正丁醚的產(chǎn)率：正丁醇和濃硫酸選擇體積比1∶8時獲得的產(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。