環己酮制備實驗的微型化論析

柯 楊

（安順學院，貴州 安順 561000）

在我國化學實驗教學改革領域中，于20世紀90年代初新發展起了一類微型化學實驗，已引起國內化學教育界極大關注［1］。微型化學實驗是指用微量化學試劑在微型儀器裝置中進行的化學實驗，是以盡可能少的化學試劑來獲取所需化學信息的實驗方法與技術［2］。雖然微型實驗的化學試劑用量一般只為常量實驗用量的十分之一，但實驗效果卻依然十分明顯，可以達到防止環境污染的目的［3］。目前全國各類院校開設的有機化學實驗大多以常量為主，由于有機化學實驗中所用有機試劑大多易燃、易揮發、有毒，對環境污染較嚴重，因而常量實驗的微型化研究是當前有機化學實驗教學改革的趨勢所在［4］。目前已有一些有機合成實驗進行了微型化的教學改革，如乙酰苯胺的制備［5］、肉桂酸的制備等［6］。環己酮的制備實驗是高校有機化學實驗必修實驗之一，實驗產物環己酮具有強烈的刺鼻臭味和致癌作用，實驗原料環己醇有毒性和刺激性，實驗所用試劑乙醚易揮發，易燃、有毒，將環己酮的制備實驗進行微量化設計和改革，能在保證實驗效果的同時，有效減少有毒試劑的使用量和有毒產物的生成量，也能顯著降低實驗費用。

一、實驗部分

1、實驗原理

實驗室中常用重鉻酸鉀和硫酸作用生成鉻酸，鉻酸進一步與環己醇發生氧化作用生成環己酮。反應式如下：

2、儀器和藥品

儀器：圓底燒瓶，球形冷凝管，分液漏斗，分餾頭，錐形瓶，溫度計，量筒，溫度計套管藥品：重鉻酸鉀，環己醇，濃硫酸，乙醚，無水硫酸鎂，氯化鈉；化學純。

3、實驗方法

在微型實驗的教學改革中，既要盡量減少試劑的用量，又要取得和常量實驗相差不多的實驗效果，這是微型實驗研究的關鍵［7］。分別用常量、半微量、1/4微量、1/6微量、1/8微量5種方法進行實驗，把實驗的學生分成5大組，每大組分為4小組，每大組用一種方法進行實驗，要求學生嚴格按照實驗步驟完成實驗。

4、實驗步驟

將1.4g（4.71mmol）重鉻酸鉀溶于2.2mL水中，待全溶后冷卻到室溫，另將1.1mL濃硫酸稀釋至7mL，冷卻至0℃后慢慢滴加到重鉻酸鉀溶液中，得鉻酸溶液。在燒瓶中加入0.9mL（8.33mmol）環己醇，冰水浴冷卻，攪拌下將鉻酸慢慢滴入，滴完后溫度保持在50℃繼續攪拌30min。反應完畢后，于燒瓶中加入5mL水，進行水蒸氣蒸餾，將產品和水一同蒸出，直到餾出液澄清為止。將餾出液靜置分層，水層用適量氯化鈉飽和，轉入分液漏斗中，分出有機層。水層用2mL乙醚分別萃取3次，合并有機層，用無水硫酸鎂干燥。將有機層置于干燥的圓底燒瓶中，水浴蒸出乙醚，蒸餾燒瓶中剩余物，收集152～155℃的餾分。稱重，測沸點和折光率，計算產率［8］。

二、結果與討論

1、常量實驗與微量實驗比較

從常量開始試驗，然后減量到半微量，1/4微量，1/6微量，1/8微量，對常量與微量實驗的試劑用量、反應時間、反應溫度等條件進行研究，從中選擇一個最佳條件作為實驗的反應條件。實驗對比結果見表1。

由表1可知：1/8微量實驗由于用料過少，產率下降較多，導致產品量極少，實驗現象不明顯，實驗操作難度明顯增大；1/6微量實驗與常量實驗和半微量實驗相比，產率沒有明顯的下降，現象較明顯；常量和半微量實驗操作較簡單，但用料較多，對環境產生較大的污染，因而選用1/6微量反應條件進行實驗。

表1 常量與微量實驗比較結果

2、重鉻酸鉀用量對實驗結果的影響

在1/6微量反應條件下進行實驗，環己醇用量為8.33mmol，反應時間30min，改變重鉻酸鉀的用量，探討重鉻酸鉀用量對微型實驗產率的影響，結果如表2所示。

表2 重鉻酸鉀用量對微型實驗產率的影響

在微型實驗中，重鉻酸鉀適當過量對產品有利，而當重鉻酸鉀的用量不足時，產率偏低，原因是重鉻酸鉀用量不足會導致氧化不完全，但當重鉻酸鉀用量太多時，會使已生成的環己酮繼續被氧化，導致產率降低。因而在微型實驗的條件下，投料比n（環己醇）：n（重鉻酸鉀）＝1∶1.8，重鉻酸鉀的最佳用量為4.71mmol。

3、反應時間對微型實驗的影響

為了探討微型實驗反應的最佳反應時間，在1/6微量反應條件下，即環己醇用量為8.33mmol，重鉻酸鉀用量為4.71mmol的條件下進行實驗，分別計算在不同反應時間下的產率，實驗結果如表3所示。

表3 反應時間對微型實驗產率的影響

由表3可以看出，反應時間為30min時產率較高，繼續延長反應時間產率升高不多，因而最佳反應時間為30min。

4、反應溫度對微型實驗的影響

為了探討微型實驗反應的最佳反應溫度，在1/6微量反應條件下，即環己醇用量為8.33mmol，重鉻酸鉀用量為4.71mmol的條件下進行實驗，改變反應溫度，分別計算不同反應時間下的產率，實驗結果如表4所示。

表4 反應溫度對微型實驗產率的影響

由表4看出，反應溫度不高于50℃時，產率變化不大，因而最佳反應溫度為50℃。此反應是放熱反應，控制反應溫度不高于50℃，可獲得較為滿意的產率，溫度過高會導致產率降低，原因是過高的溫度將導致環己酮被進一步氧化。

結論

通過實驗發現，1/6微量制備環己酮的方法具有試劑用量少、反應時間短、現象明顯的特點，進一步減少試劑的用量將導致現象不明顯，操作難度過大，因而采用1/6微量法制備環己酮比較合適。制備環己酮的微型實驗的最佳條件是：環己醇用量為8.33mmol，重鉻酸鉀用量為4.71mmol，投料比n（環己醇）：n（重鉻酸鉀）＝1：1.8，反應時間30min，反應溫度50℃，在此條件下，產率可達52.8%，實驗現象明顯，1/6微量實驗的產率與常量反應的產率相差不大，實驗現象依然明顯，但實驗試劑的用量比常量實驗減少了83%，實驗操作所需時間也有所減少。制備環己酮的微量實驗具有實驗效果好，污染小的特點。

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［1］高旭紅，李炳奇等·有機合成實驗微型化改革的實踐［J］.實驗室研究與探索，1999，01：71－73.

［2］周寧懷，吳連斌·微型實驗與化學創新教育［J］.廣西師范大學學報（自然科學版），2002，S1：1－3.

［3］王敏，蔣炳英，李軍等·有機化學實驗微型法教學改革的探索［J］.實驗室科學，2012，03：12－14.

［4］翁晴·微型實驗在高校有機化學實驗教學中的實踐與思考［J］.化學工程與裝備，2013，11：212－213.

［5］楊吉芳·乙酰苯胺制備的微型實驗探討［J］.齊齊哈爾醫學院學報，2003，12：1396－1397.

［6］丁虹，林世靜，劉長領·肉桂酸制備的微型實驗研究［J］.北京石油化工學院學報，2005，03：14－16.

［7］高巖，朱鶴，邱雪飛等·農業院校有機化學微型實驗研究［J］.吉林農業大學學報，1997，S1：155－157.

［8］昭瓊·有機化學實驗［M］.北京：高等教育出版社，2011.109－110.