綜合實(shí)驗(yàn)二茂鐵的綠色合成

1、華南師范大學(xué)二茂鐵的綠色合成一、前言二茂鐵又叫雙環(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)鐵陽離子組成的夾心型化合物。其分子式為 (C 5 H52Fe, 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、?；⑼榛?/p>

2、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。 1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。 2-3化學(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 3-6: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

3、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 , 并增加其鐵含量。二茂鐵的衍生物可作為殺蟲劑。 二茂鐵可作潤滑油抗負(fù)荷添加劑 , 耐磨材料的促進(jìn)劑等。 總之 . 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)?zāi)康膶W(xué)會(huì)通過熔點(diǎn)的測定、紅外光譜等手段來分析鑒定二茂鐵。掌握用微型合成裝置合成、

4、提純二茂鐵的操作技術(shù)。了解一些易對(duì)環(huán)境造成污染的化合物的綠色合成方案, 力求把對(duì)環(huán)境的影 響降到最低限度,培養(yǎng)在從事科研與生產(chǎn)活動(dòng)中的綠色、環(huán)保理念。三、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。 化學(xué)合成法的應(yīng)用較多, 國內(nèi)主要有醇鈉法、 有機(jī)胺法, 但存在試劑要求多、 反應(yīng)時(shí)間長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)采用以二甲基亞砜為溶劑, 以環(huán)戊二烯、 氯化亞鐵和氫氧化鉀為原料 進(jìn)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。8NaOH+2C 2 H6+FeCl2·4H 2O=(

5、C2H 5 2Fe+2NaCl+6NaOH·H 2O該方法的有點(diǎn)是簡化了環(huán)戊二烯脫質(zhì)子步驟。 在本法中, 氫氧化鈉不僅用作 脫質(zhì)子試劑,還可作為干燥劑脫去原料中的水。四、儀器與試劑(1儀器:微型實(shí)驗(yàn)裝置一套、熔點(diǎn)儀、氮?dú)獯?、磁力攪拌子、磁力加熱攪拌器、?空干燥箱(2試劑:氮?dú)怃撈俊?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、 FeCl4·H 2O(A.R、 HCl (A.R 五、實(shí)驗(yàn)裝置圖六、實(shí)驗(yàn)步驟(1二茂鐵的制備安裝好實(shí)驗(yàn)裝置后, 在 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

6、瓶相連。 現(xiàn)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下加入 1.3ml 環(huán)戊二烯。 繼續(xù)通入氮 氣,并控制氮?dú)獾耐ㄈ肓?硅油中氮?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 四水合氯化亞鐵在 5ml 二甲基亞砜,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?鐵的 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), 緩慢加入幾滴 HCl , 再加入

7、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 3 4次,收 集產(chǎn)物,鋪在表面皿上,置于真空干燥器內(nèi)干燥,稱重并計(jì)算產(chǎn)率。(3產(chǎn)物的熔點(diǎn)測定用熔點(diǎn)儀測定產(chǎn)物二茂鐵的熔點(diǎn)。七、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果 八、結(jié)果與討論文獻(xiàn)中二茂鐵為熔點(diǎn) 172-174的橙色晶體,在 100以上會(huì)升華。本實(shí)驗(yàn) 未能成功合成產(chǎn)品,分析原因如下:1. 通氮?dú)鈺r(shí), 耗完一袋氮?dú)夂髶Q氮?dú)獯倪^程有漏氣現(xiàn)象, 使氧氣進(jìn)入了反 應(yīng)體系,發(fā)生副反應(yīng),導(dǎo)致產(chǎn)物未能合成。2. 可能與反應(yīng)的條件有關(guān)系, 因?yàn)樵摲磻?yīng)需在無水無氧的條件下進(jìn)行, 而反 應(yīng)中的 KOH ,很容易潮解,極有可能在反應(yīng)前 KO

8、H 已潮解,導(dǎo)致無法保證無水條 件。3. 在加入四水合氯化亞鐵溶于二甲基亞砜時(shí), 由于一開始溶解得很慢, 因?yàn)?加入的的固體本身比較大塊, 用了一定的時(shí)間去溶解它, 在這個(gè)過程中, 有不少 的氧氣已經(jīng)把氯化亞鐵氧化掉了, 使得該顏色本來為綠色變?yōu)榱顺壬? 并且在加 入分液漏斗后出現(xiàn)了分層,這些細(xì)節(jié)方面都對(duì)該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了一定的影響。4. 滴入氯化亞鐵的 DMSO 溶液的速度太快,導(dǎo)致反應(yīng)不充分,產(chǎn)物過少,無 法提純產(chǎn)物。5. 思考題1 你認(rèn)為影響二茂鐵產(chǎn)率和純度最關(guān)鍵的是哪一步?為什么?答:最關(guān)鍵一步是反應(yīng)要保持無氧無水,因?yàn)樗乃下然瘉嗚F易氧化, DMSO 易水解,最終會(huì)造成差率低,產(chǎn)品不純。2 合成二茂鐵為什么要在惰性氣氛中進(jìn)行?答:因?yàn)榉磻?yīng)物有氯化亞鐵,最終所要生成的二茂鐵中的鐵也是亞鐵離子, 反應(yīng)必須在防止氧化的條件下進(jìn)行,通入 N2等惰性氣體就是為了防止亞鐵離子 氧化。九、參考文獻(xiàn)1徐兆瑜 . 二茂鐵的合成與應(yīng)用 . 杭州化工 . 2001, 31(4: 34-38.2崔小明 . 二茂鐵的合成及應(yīng)用 . 化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù) . 2000, 21(6: 21-23.3趙宏升 . 二茂鐵的合成 . 四川化工與腐蝕控制 . 1998, 1(3: 46-47.4吳海霞 , 朱曉苓 . 二茂