2茂铁制备实验报告.doc

-  PAGE 3 - 华 南 师 范 大 学 实 验 报 告 学生姓名 吴健华 学 号 20102401046 专 业 化学(师范) 班 级 10化学五班 课程名称 化学综合实验 实验类型： □验证□设计√综合 实验时间 2014 年 3 月 27 日 指导老师 郑盛润老师 预习码： 54074 实验评分 二茂铁的绿色合成 一、前言 1.1.实验目的 (1)了解一些易对环境造成污染的化合物的绿色合成方法，力求把对环境的影响降到最低限度，培养学生在从事科研与生产活动中绿色、环保理念。? (2)掌握用微型合成装置合成、提取二茂铁的操作技术。 (3)学会通过熔点的测定、红外光谱等手段来分析鉴定二茂铁。 1.2.背景知识 二茂铁又叫双环戊二烯基铁,学名二环戊二烯基铁,是由两个环戊二烯基阴离子和一个二价铁阳离子组成的夹心型化合物。其分子式为(C5H5)2Fe,分子量为186,外观为橙黄色针状或粉末状结晶,具有类似樟脑的气味，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、苯等有机溶剂。其分子呈极性,具有高度热稳定性、化学稳定性和耐辐射性,溶于浓硫酸中,在沸腾的烧碱溶液和盐酸中不溶解,不分解。在化学性质上,二茂铁与芳香族化合物相似,不容易发生加成反应,容易发生亲电取代反应,可进行金属化、酰基化、烷基化、磺化、甲酰化以及配合体交换等反应,从而可制备一系列用途广泛的衍生物。 目前,二茂铁的制备方法主要可分化学合成法和电解合成法两大类。化学合成法：化学合成法主要有环戊二烯钠法、二乙胺法、相转移催化法、二甲基亚砜法等。电解合成法：在直流电的作用下,用恒电流法或恒电压法,以铁板和镍板作电极。随着各种合成技术的出现，其衍生物也多达数百种,因此其用途越来也越来越广。 二茂铁及其衍生物在生活的应用非常广泛，概括的来讲，主要有以下几个方面：作燃料的添加剂，将二茂铁加到燃料中可能起到助燃、消烟以及抗震的作用；作催化剂，二茂铁可作为合成氨以及高分子过氧化物分解的催化剂；在生化和分析上的应用，二茂铁可用于银、钒、汞、铅、金等元素的安培滴定法分析中；作塑料、橡胶等高分子聚合物的添加剂，将二茂铁加到聚乙烯中可以改善聚乙烯电稳定器涂层的效果；此外, 二茂铁还可用于农业、机械等。如二茂铁作为铁肥料, 能使作物较快生长, 并增加其铁含量。二茂铁的衍生物可作为杀虫剂。二茂铁可作润滑油抗负荷添加剂, 耐磨材料的促进剂等。总之，二茂铁的用途极为广泛, 开发二茂铁产品, 对燃料、高分子、催化、生化等领域都有很重要的意义。 二、实验部分 2.1.实验原理 二茂铁的合成方法可分为电解合成法和化学合成法。电解合成法能连续操作，但产率低，操作复杂，污染大。化学合成法的应用较多，国内主要有醇钠法、有机胺法，但存在试剂要求高、反应时间长和有污染等方法自身的缺点，不利于大规模工业生产。 本实验采用二甲基亚砜为溶剂，以环戊二烯、氯化亚铁和氢氧化钾为原料经一步反应得到粗产物，然后用石油醚萃取混合液来提纯二茂铁。化学方程式为： 8KOH+2C5H6+FeCl2·4H2O=Fe(C5H5)2+2KCl+6KOH·H2O 该方法的优点是简化了环戊二烯脱质子步骤。本法中，氢氧化钾不仅用作脱质子试剂，还可作为干燥剂脱去原料中的水。 2.2.仪器与药品 (1)主要仪器：氮气袋、磁力搅拌子、磁力加热搅拌器、真空干燥箱、微型实验装置一套、显微熔点测定仪。 (2)主要试剂：N2钢瓶、乙二醇二甲醚（C.P）、二甲基亚砜（DMSO，C.P）、氢氧化钾（A.R）、 环戊二烯二聚体（工业级）、FeCl2﹒4H2O（A.R）、HCl（A.R） 2.3.实验步骤 (1)二茂铁的制备 连接安装好实验装置，在一只25ml三颈烧瓶里放入磁子，一侧与氮气袋相连，另一侧与装有硅油的锥形瓶相连。先在烧瓶中加入10ml乙二醇二甲醚和4.5g研磨细的KOH粉末，在通入氮气并缓慢搅拌的情况下缓慢加入1.3ml环戊二烯。继续通入氮气，并控制氮气的通入量（在硅油中氮气泡一个接一个匀速放出），以赶走烧瓶中的空气。同时将1.5g四水合氯化亚铁溶在8ml二甲基亚砜（DMSO）,并转入分液漏斗中。 将混合物猛烈搅拌10min后，打开分液漏斗，控制适当的滴加速度使氯化亚铁的DMSO溶液在45min左右加完。滴加完毕后，关闭分液漏斗，在氮气保护下继续搅拌反应30min。 （2）二茂铁的分离与提纯 将混合液倒入100ml烧杯内，缓慢加入HCl，调节pH2~3