微型法制備甲基叔丁基醚的可行性研究

王雪梅，晏華，喬建仙，王帥，唐皓東

（后勤工程學(xué)院 化學(xué)與材料工程系，重慶 401311）

微型法制備甲基叔丁基醚的可行性研究

王雪梅，晏華，喬建仙，王帥，唐皓東

（后勤工程學(xué)院 化學(xué)與材料工程系，重慶 401311）

針對(duì)微型實(shí)驗(yàn)產(chǎn)率較低且難以普及的現(xiàn)狀，選取甲基叔丁基醚（MTBE）的制備實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)微型化研究.通過(guò)甲基叔丁基醚制備的常規(guī)實(shí)驗(yàn)和微型實(shí)驗(yàn)在試劑用量、產(chǎn)率和實(shí)驗(yàn)時(shí)間等方面的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)微型化后試劑用量減少90％，所需時(shí)間縮短65％，而產(chǎn)率幾乎不變.該結(jié)果進(jìn)一步證明了醚制備實(shí)驗(yàn)微型化的可行性，并為今后有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化提供了依據(jù).

微型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)；甲基叔丁基醚；制備

近年來(lái)，為有效地降低實(shí)驗(yàn)成本，減少高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染，我國(guó)將微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究課題列入高校化學(xué)教育研究中心的科研規(guī)劃[1-4].許多高校在從事微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究，但由于在微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)中原料用量少，儀器粘附等損耗，使得產(chǎn)率不高，效果不明顯.特別是醇分子脫水制備醚的反應(yīng)，由于醇和醚存在分子沸點(diǎn)低，易揮發(fā)，脫水溫度不易控制等問(wèn)題，使得微型法制備醚更加困難.目前，常規(guī)實(shí)驗(yàn)制備正丁醚的產(chǎn)率相對(duì)高，其微型化實(shí)驗(yàn)的研究較多且取得了很好的進(jìn)展[5-8]，但甲基叔丁基醚（MTBE）的微型法制備實(shí)驗(yàn)研究卻很少.為了在有機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中全面實(shí)現(xiàn)微型化，本文按照相關(guān)文獻(xiàn)[9-10]中MTBE的常規(guī)實(shí)驗(yàn)制備方法，同樣以硫酸為脫水劑，以甲醇和叔丁醇為原料，只是減少各反應(yīng)試劑和脫水劑用量，采用配套微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，研究其制備實(shí)驗(yàn)微型化的可行性.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

6700型衰減全反射紅外光譜儀（美國(guó)Nicolet公司，含ATR附件）；WYA-2S型數(shù)字阿貝折射儀（南寧桑力公司）；可調(diào)電加熱套，成套的微型玻璃儀器（南京金正教學(xué)儀器有限公司）等.甲醇，叔丁醇，無(wú)水氯化鈣（以上試劑均為分析純），金屬鈉，15％的稀硫酸（去離子水與濃硫酸按濃度配制）.

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

在裝有滴液漏斗、溫度計(jì)以及維氏分餾柱的25 mL三頸圓底燒瓶中，加入15％的稀硫酸10 mL，甲醇3.2 mL（0.08 mol），叔丁醇0.8 mL（0.008 mol）.加入2顆沸石，逐漸加熱升溫，控制反應(yīng)溫度在80～85 ℃之間，使得餾出物溫度保持在40～60 ℃之間，粗產(chǎn)物緩慢蒸出并收集.10 min后，從滴液漏斗中逐滴加入另外3 mL叔丁醇（0.032 mol），在20 min內(nèi)滴加完畢，繼續(xù)收集餾出物，直至無(wú)餾出物為止.將餾出物用水反復(fù)洗滌3次，每次用水1 mL.然后加入無(wú)水氯化鈣靜置5 min，濾去無(wú)水氯化鈣后用金屬鈉回流10 min，以除去里面混有的微量水分和甲醇.最后再蒸餾出產(chǎn)物MTBE，收集55～57 ℃餾分.得到無(wú)色透明油狀液體，稱質(zhì)量，計(jì)算產(chǎn)率.按照相同的實(shí)驗(yàn)步驟，重復(fù)2次.

2 結(jié)果與分析

通過(guò)對(duì)甲醇、叔丁醇和產(chǎn)物的紅外光譜圖（見(jiàn)圖1）進(jìn)行對(duì)比分析，確定產(chǎn)物為甲基叔丁基醚.由圖1可見(jiàn)，在3 322.47，3 350.10 cm-1處分別為甲醇和叔丁醇O-H的伸縮振動(dòng)，而在此區(qū)域內(nèi)，產(chǎn)物幾乎沒(méi)有峰.這是由于甲醇和叔丁醇分子間發(fā)生消除反應(yīng)時(shí)，一個(gè)是羥基中O與H斷鍵，一個(gè)是羥基的O與相鄰的C之間斷鍵，形成H2O而除去，在新生成的醚分子上無(wú)羥基.在1 022.79，1 196.84 cm-1處分別為甲醇和叔丁醇C-O的伸縮振動(dòng)，而產(chǎn)物C-O的伸縮振動(dòng)在1 203.23，1 084.93 cm-1處.這是由于甲基叔丁基醚σ-p超共軛，C-O鍵強(qiáng)度增大，C-O-C不對(duì)稱伸縮振動(dòng)向高波數(shù)處移動(dòng)而對(duì)稱伸縮振動(dòng)位于低波數(shù)端.同時(shí)，測(cè)得3次實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的折光率分別為1.369 2，1.369 0，1.369 1，而甲基叔丁基醚的折光率（文獻(xiàn)值）.從而再次證明產(chǎn)物為甲基叔丁基醚.

3 微型實(shí)驗(yàn)與常規(guī)實(shí)驗(yàn)的比較

常規(guī)實(shí)驗(yàn)同樣按照上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行，只是改變?cè)噭┯昧?甲醇用量為32 mL，叔丁醇用量為38 mL，15％硫酸用量為100 mL.記錄重復(fù)3次的結(jié)果，計(jì)算出平均產(chǎn)率（平均產(chǎn)率=產(chǎn)率之和/實(shí)驗(yàn)總次數(shù)），并與微型實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表1.由表1可見(jiàn)，常規(guī)實(shí)驗(yàn)和微型實(shí)驗(yàn)制備甲基叔丁基醚時(shí)，微型實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)物用量比常規(guī)實(shí)驗(yàn)減少了90％，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本，且大大降低了實(shí)驗(yàn)污染物的排放.二者得到的產(chǎn)率相近，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相同，從而提高了微型實(shí)驗(yàn)的可操作性和有效性.同時(shí)在反應(yīng)時(shí)間方面，微型實(shí)驗(yàn)的總時(shí)間比常規(guī)實(shí)驗(yàn)縮短了65％，提高了實(shí)驗(yàn)工作效率.從本次甲基叔丁基醚制備的常規(guī)實(shí)驗(yàn)和微型實(shí)驗(yàn)對(duì)比，進(jìn)一步證明了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中醚制備實(shí)驗(yàn)微型化的可行性，并為今后一系列有機(jī)化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化提供了依據(jù).

表1 甲基叔丁基醚制備的常規(guī)實(shí)驗(yàn)和微型實(shí)驗(yàn)的比較

[1]林群.美國(guó)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革——微型實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介[J].化學(xué)教育，1994（10）：46-47

[2]胡勁召.高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)過(guò)程中環(huán)保問(wèn)題的探討[J].河北化工，2008（12）：57-59

[3]杜鵑.高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)環(huán)境的污染及其治理[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2007（1）：170-172

[4]周雄.微型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐與思考[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2008（6）：49-50

[5]周寧懷，宋學(xué)梓.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].杭州：浙江科技出版社，1992：19-20

[6]王學(xué)兵，王燕.微型法制備正丁醚的探討[J].黃岡師專學(xué)報(bào)，1999，19（3）：76-78

[7]李增春，哈森其木格，張春華，等.四個(gè)常用的有機(jī)微型合成實(shí)驗(yàn)[J].杭州師范學(xué)院學(xué)報(bào)，1998（4）：114-115

[8]朱少萍，王麗華，郝林祥，等.微型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的可行性研究[J].高師理科學(xué)刊，2012，32（1）：88-90

[9]黃永明，劉平.無(wú)醇甲基叔丁基醚的實(shí)驗(yàn)室制備[J].精細(xì)化工，1993，10（2）：56

[10]孫賓賓，庒淑怡.推薦一個(gè)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)——甲基叔丁基醚的制備[J].陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，22（2）：26-28

Feasibility study on synthesis of MTBE in microscale experiment

WANG Xue-mei，YAN Hua，QIAO Jian-xian，WANG Shuai，TANG Hao-dong

（Department of Chemistry and Material Engineering，Logistic Engineering University，Chongqing 401311，China）

The yield of microscale organic chemical experiments is still rather low nowadays，so it is difficult in popularization.An organic synthetic microscale experiment of Methyl Tertiary Butyl Ether（MTBE）is used to probe the micromation of chemical experiments.The results about comparison of traditional experiments and microscale experiments indicate that the reagent consumption reduced by 90％，and the required time cut by 65％，however the yield almost showed no significant decreases in microscale experiments.It proves the feasibility for preparation of ethers by microscale experiment and underlies researches in microscale organic chemistry experiments in the future.

microscale organic chemistry experiment；MTBE；synthesis

O6-3

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.12.009

2016-09-13

后勤工程學(xué)院教學(xué)改革研究項(xiàng)目（hg151209）

王雪梅（1977-），女，四川成都人，副教授，博士，從事有機(jī)化學(xué)及實(shí)驗(yàn)室管理研究.E-mail：wxm_jujia@sina.com

1007-9831（2016）12-0033-03