刘　美　山东省新泰市翟镇初级中学　271204
&&&&&&& 正丁醚,又名二丁醚,是一种性能良好的有机溶剂,其蒸汽压低,且基本不溶于水,对有机化合物的溶解能力强,所以它是较乙醚更为良好的萃取剂,可作为有机合成中的惰性介质及溶剂。同时作为液态醚类,在提高柴油十六烷值(CN)的同时,也可促进柴油完全燃烧,降低尾气烟度,是一类较理想的柴油机含氧燃料。微波技术以其特有的优点受到各国化学工作者的关注。与常规加热法相比,微波辐射促进合成方法具有显著的节能、提高反应速率、缩短反应时间、减少污染且能实现一些常规方法难以实现的反应等优点。由美国CEM公司研制的Discover微波精确有机合成系统,是世界上唯一无需机械转动的单模微波有机合成系统,也是唯一的通过内置系统软件控制所有条件和系统参数的微波合成系统,在专业微波合成反应方面已经显示了它的优越性。Discover采用专利环形腔设计,单模微波,自动变频输出,普通的微波辐射更集中,使反应更快速。
&&&&&&& 正丁醚，又名二丁醚，是一种性能良好的有机溶剂，对许多有机化合物都有很强的溶解力。正丁醚同水的分离性好，在贮存时生成过氧化物毒性和危险性少，是安全性很高的溶剂。正丁醚是对称醚，在酸催化下醇分子间失水是制备对称醚的传统制备方法。制备正丁醚的实验方法都是采用一次把正丁醇和浓硫酸原料加进反应瓶，混合均匀后加热回流，将生成的水分出，温度控制在135℃以下，产率都在32%～36%左右。曾有人研究认为正丁醚产率受分水量影响，随着分出水量的增加产率提高可达50%。采用正丁醚的传统制备方法时有机物易碳化，副产物多，且产品难分离提纯，催化剂不可重复使用，污染较大，有待进一步改进，将催化剂改为固体超强酸可有效解决这些问题。
&&&&&&& 本文采用固体超强酸做催化剂，对超强酸催化制备正丁醚的工艺条件进行了研究。
&&&&&&& 一、实验部分
&&&&&&& 1.仪器与试剂。
&&&&&&& 正丁醇(CP 天津市天大化工实验厂)&&
&&&&&&& 管式固定床反应系统（北京卫星制造厂）
&&&&&&& HPGC/6890/MS5973气-质联用仪，美国；色谱条件：弹性石英毛细管柱、载气He、气化室280℃、接口温度280℃、柱温80℃、以15℃/min升温至150℃，再以20℃/min升温至240℃；质谱条件：电离源EI、电子能量70ev、离子源温度230℃、质量范围30-500v、电压1.40kv。NEXUS-470型傅立叶红外变换仪Niclet公司(KBr压片法)。
&&&&&&& 2.催化剂的制备。
&&&&&&& 将Al2O3或SiO2颗粒型基础载体置于3～5%的Zr或Ti、Sn的盐溶液中浸渍，加氨水并调节PH=8～10，经洗涤、干燥、稀硫酸溶液浸渍，在500-600℃条件下焙烧而成。
&&&&&&& 其酸强度用Hammett指示剂2，4-二硝基甲苯(Ho=-13.75)，2，4-二硝基氟苯(H0=-14.52)，1，3，5-三硝基苯(H0=-16.02)变色反应测定，测试结果表明该催化剂能使2，4-二硝基甲苯指示剂显著变色，使2，4-二硝基氟苯变色，但使1，3，5-三硝基苯变色不明显，所以该催化剂的酸强度为-16.02 &H0&-14.520。催化剂的制备见专利，一种新型固体超强酸催化剂的制备方法。
&&&&&&& 3.反应原理。&&
&&&&&&& 在超强酸的催化下正丁醇发生发生分子间脱水反应生成丁醚，方程式为：
&&&&&&& 2CH3CH2CH2CH2OH&CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3+H2O
&&&&&&& 另外，实验的副反应有正丁醇发生分子内脱水反应生成丁烯。方程式为：
&&&&&&& CH3CH2CH2CH3OH&CH3CH2CH=CH2+H2O
&&&&&&& 4.催化合成。
&&&&&&& 启动管式固定床反应系统中的加热装置，待温度加热到180℃-280℃时，打开平流泵，控制反应物的进料速度为0.4ml/min，反应物由精密计量泵输送到装有固体超强酸的管中进行反应，在超强酸的催化作用下，正丁醇进行分子间脱水反应，产物在载气的压力作用下流出，经冷凝，提纯后得到产品。&
&&&&&&& 5.产品提纯及分析。
&&&&&&& 将所得到的产物倒入分液漏斗中，静置，产物分层，上为油层，下为水层，除水后将所得到的油层有机物蒸馏，收取140℃的馏分，产品为无色油状液体。
&&&&&&& 正丁醚：m/z=130，115，101，87，73，57，41，27.
&&&&&&& 图中1200cm-1为-C-O-C-的吸收峰，cm-1为-CH2-的吸收峰，cm-1为-CH3的吸收峰，cm-1为-CH3的特征峰。&
&&&&&&& 二、结果与讨论
&&&&&&& 1.反应温度对反应的影响。
&&&&&&& 正丁醇分子间脱水反应中，首先选用温度为180℃，进料速度为0.4ml/min，作参照，然后由180℃逐步升温到280℃，观察反应温度对反应的影响。结果见图3。
&&&&&&& 反应温度决定了催化剂的活性，而催化剂的活性对反应的作用至关重要，因此适当的反应温度是本实验的关键。结果表明：当温度为260℃时，产率最高，可获得最佳反应结果。温度降低或提高时，产品收率都会有所降低，其原因可能是当温度降低时，催化剂的活性没有达到。
&&&&&&& 2.进料速度对反应的影响。
&&&&&&& 在保持最佳温度不变的情况下，逐步改变反应物的进料速度，可以得到进料速度对反应的影响。结果见图4。
&&&&&&& 进料速度越小，反应物与催化剂的接触越充分，反应物的转化率也就越高，但是进料速度过小时，反应的时间也会相应地增加，直接影响到反应的进程。相反，当原料输入速度过快时，部分原料与催化剂的接触时间过少而来不及发生脱水反应就被排除反应体系。因此，适当的进料速度也是实验的关键。实验结果表明，当进料速度为0.2ml/min时，产品收率最高，过快或过慢的进料速度都会对实验产生不利的影响。最佳状态，反应物的反应并不充分，温度升高时，在超强酸的催化下，部分丁醇发生分子内脱水反应，生产丁烯，参与分子间脱水反应的丁醇的物质量减少，导致产品收率下降。
&&&&&&& 3.载气的通入速度对反应的影响。
&&&&&&& 由于反应体系的温度很高，丁醇以及反应产物丁醚和水的沸点都远低于此温度，那么反应物及生成物在反应体系中都以气体形式存在，若要保证反应能够顺利进行，则需要载气及时将反应完毕的反应物和生成物压出反应体系。载气的通入速度越低，反应物与催化剂接触得越充分，反应进行得也就越充分，产率也就会随之提高，但是反应的时间也会相应地增加，直接影响到反应的进程。相反，载气的通入速度过高时，反应因反应物与催化剂接触时间减少而进行得不彻底，部分丁醇还没来得及进行脱水反应就在载气的压力作用下被排出反应体系，产率也就会相应的大打折扣。总之，过高的载气通入速度会对反应带来不利的影响。在不影响反应进程的前提下，装有浓硫酸的尾气处理器中每2秒出现1个气泡时，载气达到最佳通入速度。
&&&&&&& 4.催化剂的失活与再生。
&&&&&&& 固体酸类催化剂经过多次使用或长时间使用后，表面均产生一定的结炭现象，这是导致催化剂失活的主要原因。一般说来，固体酸的酸性越强，反应温度越高，结炭越严重，失活也越快。固体超强酸较其他固体酸催化剂就有更强的酸性，因此在催化过程中结炭问题也更为突出。试验表明，SO42-/MxOy-Al2O3在2000℃-2800℃催化反应温度条件下，连续化合成400h未发现活性降低现象，说明该催化剂有良好的抗结炭能力。催化剂失活后，在马福炉中一定温度条件下焙烧30min进行活化处理，可以使其活性基本恢复到原有水平，表明该催化剂具有良好的再生能力。
&&&&&&& 5.反应机理推测。
&&&&&&& 三、结束语
&&&&&&& 以固体超强酸为催化剂，在管式固定床反应系统中，当温度为260℃，反应物进料速度为0.2ml/min时，正丁醇分子间脱水反应制备丁醚的产率最高。以固体超强酸为催化剂，管式固定床正丁醇分子间脱水反应的方法虽然产率与丁醚的传统制备方法相比产率较低，但具有产品易分离提纯，催化剂可重复使用，不产生污染的优点，是制备正丁醚的理想方法。
您可能感兴趣的其他文章
&&站长推荐
&&期刊推荐
&&原创来稿文章
&&网络读者服务
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的邮件地址:
写信给编辑
您的邮件地址:君，已阅读到文档的结尾了呢~~
化学系基础有机化学实验竞赛试题(含答案)[1]
扫扫二维码，随身浏览文档
手机或平板扫扫即可继续访问
化学系基础有机化学实验竞赛试题(含答案)[1]
举报该文档为侵权文档。
举报该文档含有违规或不良信息。
反馈该文档无法正常浏览。
举报该文档为重复文档。
推荐理由：
将文档分享至：
分享完整地址
文档地址：
粘贴到BBS或博客
flash地址：
支持嵌入FLASH地址的网站使用
html代码：
&embed src='/DocinViewer--144.swf' width='100%' height='600' type=application/x-shockwave-flash ALLOWFULLSCREEN='true' ALLOWSCRIPTACCESS='always'&&/embed&
450px*300px480px*400px650px*490px
支持嵌入HTML代码的网站使用
您的内容已经提交成功
您所提交的内容需要审核后才能发布，请您等待！
3秒自动关闭窗口浓硫酸能溶解正丁醇和正丁醚，它们都发生了什么化学反应？_百度知道
浓硫酸能溶解正丁醇和正丁醚，它们都发生了什么化学反应？
正丁醇能发生分子间或分子内脱水生成相应的醚或烯烃。醚在浓酸中生成一种盐，冷水稀释后又析出醚
其他类似问题
为您推荐：
正丁醇的相关知识
其他1条回答
等待您来回答
下载知道APP
随时随地咨询
出门在外也不愁君，已阅读到文档的结尾了呢~~
扫扫二维码，随身浏览文档
手机或平板扫扫即可继续访问
正丁醚的制备
举报该文档为侵权文档。
举报该文档含有违规或不良信息。
反馈该文档无法正常浏览。
举报该文档为重复文档。
推荐理由：
将文档分享至：
分享完整地址
文档地址：
粘贴到BBS或博客
flash地址：
支持嵌入FLASH地址的网站使用
html代码：
&embed src='/DocinViewer-4.swf' width='100%' height='600' type=application/x-shockwave-flash ALLOWFULLSCREEN='true' ALLOWSCRIPTACCESS='always'&&/embed&
450px*300px480px*400px650px*490px
支持嵌入HTML代码的网站使用
您的内容已经提交成功
您所提交的内容需要审核后才能发布，请您等待！
3秒自动关闭窗口