二茂鐵制備實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

華 南 師 范 大 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告學(xué)生姓名 吳健華 學(xué) 號(hào) 20102401046 專 業(yè) 化學(xué)(師范) 班 級(jí) 10化學(xué)五班 課程名稱 化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類型： 驗(yàn)證設(shè)計(jì)綜合 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 2014 年 3 月 27 日 指導(dǎo)老師 鄭盛潤(rùn)老師 預(yù)習(xí)碼： 54074 實(shí)驗(yàn)評(píng)分 二茂鐵的綠色合成一、前言1.1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解一些易對(duì)環(huán)境造成污染的化合物的綠色合成方法，力求把對(duì)環(huán)境的影響降到最低限度，培養(yǎng)學(xué)生在從事科研與生產(chǎn)活動(dòng)中綠色、環(huán)保理念。(2)掌握用微型合成裝置合成、提取二茂鐵的操作技術(shù)。(3)學(xué)會(huì)通過熔點(diǎn)的測(cè)定、紅外光譜等手段來分析鑒定二茂鐵。 1.2.背景知識(shí)二茂鐵又叫雙環(huán)戊二烯基鐵,學(xué)名二環(huán)戊二烯基鐵,是由兩個(gè)環(huán)戊二烯基陰離子和一個(gè)二價(jià)鐵陽(yáng)離子組成的夾心型化合物。其分子式為(C5H5)2Fe,分子量為186,外觀為橙黃色針狀或粉末狀結(jié)晶,具有類似樟腦的氣味，不溶于水,溶于甲醇、乙醇、乙醚、石油醚、汽油、煤油、柴油、二氯甲烷、苯等有機(jī)溶劑。其分子呈極性,具有高度熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐輻射性,溶于濃硫酸中,在沸騰的燒堿溶液和鹽酸中不溶解,不分解。在化學(xué)性質(zhì)上,二茂鐵與芳香族化合物相似,不容易發(fā)生加成反應(yīng),容易發(fā)生親電取代反應(yīng),可進(jìn)行金屬化、?；?、烷基化、磺化、甲?；约芭浜象w交換等反應(yīng),從而可制備一系列用途廣泛的衍生物。目前,二茂鐵的制備方法主要可分化學(xué)合成法和電解合成法兩大類?；瘜W(xué)合成法：化學(xué)合成法主要有環(huán)戊二烯鈉法、二乙胺法、相轉(zhuǎn)移催化法、二甲基亞砜法等。電解合成法：在直流電的作用下,用恒電流法或恒電壓法,以鐵板和鎳板作電極。隨著各種合成技術(shù)的出現(xiàn)，其衍生物也多達(dá)數(shù)百種,因此其用途越來也越來越廣。二茂鐵及其衍生物在生活的應(yīng)用非常廣泛，概括的來講，主要有以下幾個(gè)方面：作燃料的添加劑，將二茂鐵加到燃料中可能起到助燃、消煙以及抗震的作用；作催化劑，二茂鐵可作為合成氨以及高分子過氧化物分解的催化劑；在生化和分析上的應(yīng)用，二茂鐵可用于銀、釩、汞、鉛、金等元素的安培滴定法分析中；作塑料、橡膠等高分子聚合物的添加劑，將二茂鐵加到聚乙烯中可以改善聚乙烯電穩(wěn)定器涂層的效果；此外, 二茂鐵還可用于農(nóng)業(yè)、機(jī)械等。如二茂鐵作為鐵肥料, 能使作物較快生長(zhǎng), 并增加其鐵含量。二茂鐵的衍生物可作為殺蟲劑。二茂鐵可作潤(rùn)滑油抗負(fù)荷添加劑, 耐磨材料的促進(jìn)劑等?？傊?，二茂鐵的用途極為廣泛, 開發(fā)二茂鐵產(chǎn)品, 對(duì)燃料、高分子、催化、生化等領(lǐng)域都有很重要的意義。二、實(shí)驗(yàn)部分2.1.實(shí)驗(yàn)原理二茂鐵的合成方法可分為電解合成法和化學(xué)合成法。電解合成法能連續(xù)操作，但產(chǎn)率低，操作復(fù)雜，污染大?；瘜W(xué)合成法的應(yīng)用較多，國(guó)內(nèi)主要有醇鈉法、有機(jī)胺法，但存在試劑要求高、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)和有污染等方法自身的缺點(diǎn)，不利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。本實(shí)驗(yàn)采用二甲基亞砜為溶劑，以環(huán)戊二烯、氯化亞鐵和氫氧化鉀為原料經(jīng)一步反應(yīng)得到粗產(chǎn)物，然后用石油醚萃取混合液來提純二茂鐵?；瘜W(xué)方程式為：8KOH+2C5H6+FeCl24H2O=Fe(C5H5)2+2KCl+6KOHH2O該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了環(huán)戊二烯脫質(zhì)子步驟。本法中，氫氧化鉀不僅用作脫質(zhì)子試劑，還可作為干燥劑脫去原料中的水。2.2.儀器與藥品(1)主要儀器：氮?dú)獯?、磁力攪拌子、磁力加熱攪拌器、真空干燥箱、微型?shí)驗(yàn)裝置一套、顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀。(2)主要試劑：N2鋼瓶、乙二醇二甲醚（C.P）、二甲基亞砜（DMSO，C.P）、氫氧化鉀（A.R）、環(huán)戊二烯二聚體（工業(yè)級(jí)）、FeCl24H2O（A.R）、HCl（A.R）2.3.實(shí)驗(yàn)步驟(1)二茂鐵的制備連接安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，在一只25ml三頸燒瓶里放入磁子，一側(cè)與氮?dú)獯噙B，另一側(cè)與裝有硅油的錐形瓶相連。先在燒瓶中加入10ml乙二醇二甲醚和4.5g研磨細(xì)的KOH粉末，在通入氮?dú)獠⒕徛龜嚢璧那闆r下緩慢加入1.3ml環(huán)戊二烯。繼續(xù)通入氮?dú)?，并控制氮?dú)獾耐ㄈ肓浚ㄔ诠栌椭械獨(dú)馀菀粋€(gè)接一個(gè)勻速放出），以趕走燒瓶中的空氣。同時(shí)將1.5g四水合氯化亞鐵溶在8ml二甲基亞砜（DMSO）,并轉(zhuǎn)入分液漏斗中。將混合物猛烈攪拌10min后，打開分液漏斗，控制適當(dāng)?shù)牡渭铀俣仁孤然瘉嗚F的DMSO溶液在45min左右加完。滴加完畢后，關(guān)閉分液漏斗，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下繼續(xù)攪拌反應(yīng)30min。（2）二茂鐵的分離與提純將混合液倒入100ml燒杯內(nèi)，緩慢加入HCl，調(diào)節(jié)pH23，再加入20ml 水，繼續(xù)攪拌懸浮液15min，然后用玻璃砂漏斗抽濾產(chǎn)物，并用少量水洗滌產(chǎn)物34次，收集產(chǎn)物，放在坩堝中并置于真空干燥箱內(nèi)烘干，稱重并計(jì)算產(chǎn)率。（3）產(chǎn)物熔點(diǎn)的測(cè)定用熔點(diǎn)儀測(cè)定產(chǎn)物二茂鐵的熔點(diǎn)。三、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析討論3.1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果在實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)分液漏斗加入環(huán)戊二烯、四水合氯化亞鐵和DMSO的混合溶液后，溶液從原來的無色逐漸變成黃綠色。在反應(yīng)過程中逐漸加熱，KOH逐漸溶解，溶液由黃綠色慢慢變成橙黃色，在反應(yīng)過程中，保持一直通入氮?dú)?。但隨著反應(yīng)進(jìn)行，并沒有明顯的產(chǎn)品生成。反應(yīng)結(jié)束，得到了橙黃色、粘稠狀液體，經(jīng)鹽酸的分離提純和抽濾后，濾紙上得到極微量的橙色顆粒狀二茂鐵固體。3.2.實(shí)驗(yàn)分析討論在本次實(shí)驗(yàn)中，雖然二茂鐵的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)比較穩(wěn)定，且不易與酸堿反應(yīng)，但在實(shí)驗(yàn)中難以制備得到產(chǎn)物?？赡軐?dǎo)致實(shí)驗(yàn)不成功的原因如下：（1）氯化亞鐵易被氧化，純度較低。氯化亞鐵為黃綠色固體，而在實(shí)驗(yàn)中當(dāng)將氯化亞鐵溶解于DMSO后，并經(jīng)過短時(shí)間的放置，溶液已經(jīng)從黃綠色變?yōu)槌赛S色，主要是Fe2+被氧化為三價(jià)的鐵離子Fe3+，降低二價(jià)鐵離子的含量，從而二茂鐵的產(chǎn)量降低。因此在實(shí)驗(yàn)中，可采用采用純度更高的氯化亞鐵固體，或者在實(shí)驗(yàn)過程中，保證氯化亞鐵不被氧化，可在將氯化亞鐵溶解DMSO時(shí)，同時(shí)加入足量鐵粉以抑制其氧化。（2）實(shí)驗(yàn)儀器沒有徹底干燥。在本次實(shí)驗(yàn)中，因亞鐵離子很容易水解，繼而更易會(huì)被氧化為鐵離子，因此實(shí)驗(yàn)中需要保證在無水條件下進(jìn)行，應(yīng)該采用潔凈干燥的儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（3）實(shí)驗(yàn)過程中需要無氧條件。因此需要保證實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性并且在反應(yīng)體系中通入氮?dú)鈦砀艚^氧氣。在實(shí)驗(yàn)反應(yīng)前應(yīng)仔細(xì)檢查儀器、裝置的氣密性是否良好，且先通入氮?dú)庖欢螘r(shí)間再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以保證體系處于無氧環(huán)境中。（4）反應(yīng)中需要控制滴加速率。在滴加環(huán)戊二烯、四水合氯化亞鐵以及DMSO的混合液時(shí)，若速度過快，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)率難以保證。過早將混合溶液加入容易導(dǎo)致反應(yīng)物接觸不充分，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率低，從而難以保證產(chǎn)率，實(shí)驗(yàn)容易失敗。在實(shí)驗(yàn)中可通過控制分液漏斗中液體的滴加速度，緩慢，少量多次地加入，并注意攪拌，使得加入的反應(yīng)物充分反應(yīng)。四、結(jié)論本實(shí)驗(yàn)以環(huán)戊二烯、氯化亞鐵、氫氧化鉀等原料合成二茂鐵，該方法具有操作簡(jiǎn)便快速、節(jié)省經(jīng)費(fèi)、減少污染、安全等優(yōu)點(diǎn)，符合綠色環(huán)保理念。但在實(shí)驗(yàn)中最終未能制得產(chǎn)物，考慮到實(shí)驗(yàn)操作過程，可能是由于氯化亞鐵產(chǎn)品純度不高，實(shí)驗(yàn)過程中沒能完全隔絕水和空氣，導(dǎo)致制備得不到二茂鐵產(chǎn)物。因此在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)重視實(shí)驗(yàn)失敗原因，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)環(huán)境、