1、从环己烯制备实验的改进谈化学实验的“绿色化”第 23 卷第 7 期2004 年 7 月实验室研究与探索RESEARCHANDEXPL0RAT10NINLABORATORYVo1.23NO.7Ju1.2004从环己烯制备实验的改进谈化学实验的“绿色化“曾小君(常熟理工学院化学科学与技术系,江苏常熟 2155OO)摘要:催化剂的选择及制备工艺对环己烯的制备有很大的影响 .该文采用强酸性阳离子交换树脂作催化剂,使环己醇进行气相脱水制备环己烯,可避免用浓硫酸或浓磷酸催化造成的环境污染,而且产率高,催化剂可重复使用.既可强化学生的环保意识,又可使学生掌握绿色化学的实用技术.关键词:环己烯;绿色化学;化学
2、实验中图分类号:G424.31 文献标识码:B 文章编号:10067167(2004)07006903ImprovementofthePreparationofCyclohexeneandGreenChemistryConsciousnessinChemistryExperimentsZENGXiao 一“(Dept.ofChemicalScienceandTechnology,ChangshuInst.ofTechnology,Changshu215500,China)Abstract:Thepreparationprocessofcyclohexeneisconcernedgreatlyw
3、ithcatalystandtechnique.Anewmethodofpreparingcyclohexenewithstrongacidpolystyrenecationexchangeresinascatalystwasdiscussed.Thismethodcanpreventtheenvironmentalpollutioncausedbystrongliquidacid.Italsohashighyieldandthecatalystcanbeusedrepeatedly.Usingthismethodstudentscanraisetheirconsciousnessofenvi
4、ronmentalprotectionandmasterpracticaltechniquesofgreenchemistry.Keywords:cyclohexene;greenchemistry;chemistryexperiment环境问题,自从 2O 世纪 6O 年代化学农药污染的危害性被提出来后,越来越受到人们的密切关注.治理环境需要投入大量资金,如美国化学工业每年要花1500 万美元去控制,处理和掩埋废弃物.我国“九五“期间也投入了 3500 亿元人民币用于治理环境污染,“十五 “期间预计将要花费 7000 亿元人民币.“绿色化学“ 自从 1995 年被美国正式采用后 ,现已被国际
5、学术界公认.关于“绿色化学“ 的研究也受到了各国政府和科学界的重视,成为当前研究的热点.绿色化学的提出,给我们治理和预防环境污染指出了方向 l1 一.绿色化学是指没有或只有尽可能小的环境副作用,并在技术上,经济上可行的化学品和化学过程,它是实现污染预防的基本和重要的科学手段.目前只有收稿日期:20030730;修改稿日期:20040224第一作者简介:曾小君(1968 一),男,讲师,硕士,有机化学教研室主任.主要从事有机精细化学品的开发与研究工作.Tel:0512-51522829;Email:极少数的化学品和化学过程能满足绿色的要求.要使绿色化学进一步发展,壮大和普及,必须绿色学校先行,绿
6、色实验室先行;必须培养大量具有绿色意识和绿色化学技术的人才.在有机化学实验教科书中,制备环己烯通常是采用浓硫酸或浓磷酸液相脱水来制备,此法虽然经典,但收率不高,一般只有 4656,同时硫酸腐蚀性强,炭化严重,操作不便;磷酸虽较硫酸好,但成本较高.另外,用浓硫酸或浓磷酸作催化剂制备环己烯,在实验中生成很多副产物(例如:用浓硫酸作催化剂容易生成碳渣和有毒气体二氧化硫等)对实验造成很大影响,而且实验后残渣和残液对环境也有很大影响z-s.本方法采用强酸性阳离子交换树脂作催化剂进行环己醇的气相脱水制备环己烯,因为强酸性阳离子交换树脂分子中含有一 SO.H,催化环己醇反应过程中 ,反应物环己醇与磺酸基接触
7、反应生成环己烯,实验效果很好,产率为 5965,强酸性阳离子交换树脂还可重复使用.通过环己烯制备实验的改进,既可很好70 实验室研究与探索第 23 卷强化学生的环保意识,养成良好的习惯,又可使学生掌握绿色化学的实用技术.l 实验部分1.1 主要试剂和仪器环己醇(化学纯); 强酸性聚苯乙烯类阳离子交换树脂(D 一 072,南开大学化工厂生产).FTIR8700 型红外光谱仪(日本岛津);GC 一 8340型气相色谱仪,操作条件:OV 一 17 石英毛细管柱(0.25mm30m),氢火焰离子化检测,起始柱温353K,起始时间 2min,升温速率 5C/min,最终柱温383K,气化室温度 453K
8、,检测室温度 453K,载气压力40kPa,氢气压力 90kPa;50ml 单口圆底烧瓶;Hempe1分馏柱;温度计;直形冷凝管;接引管;接受器等.1.2 实验原理.1.3 实验装置图i图 1 改进后的实验装置图1.4 实验过程在 50ml 干燥的圆底烧瓶中,加入 30g 环己醇,加入几粒沸石.如图 1 装置,圆底烧瓶上安装事先装填好强酸性阳离子交换树脂的 Hempe1 分馏柱,用 50ml 三角烧瓶作接受器,置于冰水溶液中.用油浴加热混合物至沸腾,对分馏柱进行分段保温并控制分馏柱顶部馏出温度不超过 90C,慢慢地蒸出生成的环己烯和水,当烧瓶中只剩下很少量的残渣并出现阵阵白雾时,即可停止加热,
9、全部蒸馏时间约需1h.将馏出液用 2g 精盐饱和,将此液体倒人分液漏斗中,振摇后静止分层,放出下层的水层,上层的粗产品转入干燥的小三角烧瓶中,加入 23g 无水氯化钙干燥,将干燥后的粗环己烯滤人 60ml 蒸馏烧瓶中,水浴加热蒸馏,收集 8183C 的馏分得无色液体环己烯,产量 14.616.2g.2 结果与讨论2.1 催化剂重复使用对反应时间及产率的影响本方法采用强酸性阳离子交换树脂作催化剂,进行环己醇的气相脱水制备环己烯.催化剂重复使用对反应时间及产率的影响见表 1.由表 1 可知,催化剂的重复使用次数为 6 次,重复使用 6 次后,经用酸再生后,与原来催化剂相同,可以重复使用.表 1 催
10、化剂重复使用对反应时间及产率的影响催化剂重复使用次数反应时间/min 产率/lbb4.726165.636065.146363.056560.666459.577853.888748.92.2 产品鉴定合成的环己烯经红外光谱分析,其谱图见图 2.红外光谱分析显示主要特征吸收峰有:在 3060cm 处出现一 CH 伸缩振动吸收峰,在 2930cm,2860cm 处出现一 CH 伸缩振动吸收峰,在 1670cm 处出现 CC 伸缩振动吸收峰.经比较,其红外光谱图与AVATAR 一 360FTIR 光谱仪谱库中的标准图谱一致.并对产品进行气相色谱分析,其谱图见图 3.暑 1,E23图 2 产品的红外
11、光谱图1.环己烯(妇一 1.59min);2.环己醇(fR 一 2.36mil1)图 3 产品的气相色谱图除了极少量未反应的环己醇外,不含其他杂质,合成的环己烯纯度为 98.6.2.3 有机化学实验的“绿色化 “有机化学实验总是伴随气体,液体或固体产物生成的.在这些产物,副产物及催化剂中,绝大多数是对人类和环境有害的物质,直接影响实验人员的身体健第 7 期曾小君:从环己烯制备实验的改进谈化学实验的 “绿色化“71康和造成周围的大气,水和土壤的污染.在不影响实验结果的前提下改进实验内容,选用对人类和环境无害的原料,产物,副产物,溶剂,试剂等将是实现有机化学实验“ 绿色化“ 的必要途径和方法 .本
12、文在对环己烯制备实验的改进中,采用强酸性阳离子交换树脂代替浓硫酸或浓磷酸来催化环己醇气相脱水制环己烯,既不腐蚀设备,也不污染环境,又可重复使用,且使环己烯的产率及产品的纯度大大提高,实验效果好.多年的教学实践和经验表明,要使有机化学实验真正“ 绿色化“ 还存在一定的困难 ,有些是技术上的原因,有些是经费的原因,但通过一段时间的努力,可一步一步靠近绿色化学,而且,绿色化学将是化学化工界的目标.我们有责任和义务为国家和社会培养更多的具有绿色化学意识和绿色化学技术的高级人才,保持社会持续稳定和发展.参考文献:1薛慰灵.绿色化学一对环境友善的化学 EJ.化学教育,1997,18(9):15.2曾昭琼.
13、有机化学实验 (第三版)M. 北京;高等教育出版社 ,2000.88.3欧阳玉祝, 邹晓勇,彭清净,等.固体酸固定床催化精馏连续反应合成环己烯J.吉首大学,2000:21(3):8790.4文瑞明,俞善信 ,雷存善,等.新法合成环己烯J.青海大学学报(自然科学版),2001,19(5):2425.5凌绍明,隆金桥 .Nafion/SiO2 催化合成环己烯J. 化学世界,2002,】9( 】0):556557.(1-接第 18 页 )OleContainer1 一UpdateObject();/强制更新 OLE 对象OleContainer1 一Close();/ 关闭 OLE 服务器程序在 O
14、LE 容器和对象之间建立链接关系后(注意不是嵌入方式),通过服务器程序对 OLE 对象进行的编辑在服务器程序关闭后,编辑是有效的.图片控制:Image1-Picture 一LoadFromFile(FileListBoxl 一FileName)/动态地从文件列表框中选择图片文件进行展示Image2 一Picture 一LoadFromFile(filename)/ 对文件filename 直接展示TImagel 一Stretchtrue;/调整图象的大小与框一致TImagel 一AutoSize true;/调整框的大小与图象一致多媒体控制:MediaPlayer1 一Open();/打开播放
15、器MediaPlayer1 一FileNamefn;/指定播放媒体文件名MediaPlayer1-FileNameOpenDialog1 一FileName;/通过对话框动态选择播放媒体MediaPlayer1 一DisplayPanel1;/指定 Panel1 作为视频输出窗口MediaPlayer1 一Play();,/播放媒体MediaPlayer1 一Close();/关闭播放器系统主界面见图 24 系统应用近年来开展的高校实验室评估,对教学质量的提高和实验室的建设起到了较大的促进作用.但评估过后,管理工作往往容易出现松懈的情况.这一方面有高校扩招带来的实验室教学工作量增大,管理量大,
16、困难大的客观事实;同时也有管理不尽方便的原因.随着计算机处理能力的提高,专业软件做得越来越大,而其使用和维护的程度也越来越复杂.基础课实验室的人员对这些软件往往是既爱又恨.他们想将一些事物性的f 静零释嚏#f 和;g 一嚣 l时哮et#雾驺室智翌图 2 系统主界面文件及规范的数据库利用计算机管理起来,同时又希望利用熟悉的编辑工具来进行信息整理和编辑.我们的系统就是这样的一个系统.根据系统主菜单建立了相应的系统子目录,信息的归类简化到只要将信息文档或数据库放入相应的目录就可以了,利用该系统就能将这些信息打开,编辑,存档.该系统具有技术简单,易掌握,功能数据库细分,维护方便的特点.我们将该系统用于实验室日常信息的收集和管理,并作为国家基础课实验室评估的汇报系统,得到了使用者和评估专家的好评.目前该系统已推广到一些兄弟院校使用.参考文献:1徐新华.C+Builder3 编程指南M.北京:人民邮电出版社,1998.2王世元.C 高级实用程序设计M.北京:清华大学出版社,1996.3许冬岗,周涤非 ,聂文强.Borlandc+Builder 编程技巧与实例M.西安 :西安电子科技大学出版社,1998.一一一一一一
