正溴丁烷合成實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)

陸大東，奚忠華，葉 濤，杭傳亭，吳美芳

（南京大學(xué) 化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，江蘇 南京 210093）

正溴丁烷的合成是基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一個(gè)比較經(jīng)典的具有代表性的鹵代烴合成實(shí)驗(yàn)，在國(guó)內(nèi)，《有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》的幾本教材中都選用了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，作為鹵烴合成實(shí)驗(yàn)的范例［1－5］，國(guó)外的一些實(shí)驗(yàn)教材中把其選為鹵烴合成實(shí)驗(yàn)的代表［6－7］，是學(xué)生應(yīng)掌握的合成實(shí)驗(yàn)之一。根據(jù)歷年來的實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況，發(fā)現(xiàn)教材中所述的實(shí)驗(yàn)裝置及操作方法，學(xué)生稍有不慎易發(fā)生沖料事故，而且對(duì)實(shí)驗(yàn)室的污染嚴(yán)重［8］，危害師生的身心健康。為此，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)中的裝置和操作部分做了一些改進(jìn)，獲得了良好的教學(xué)效果。

1 實(shí)驗(yàn)原理

（1）主反應(yīng)：

（2）副反應(yīng)：

2 原實(shí)驗(yàn)裝置和操作

原實(shí)驗(yàn)裝置見圖1。在放有磁子的100mL圓底燒瓶中，放入10mL水，攪拌下小心加入15mL濃硫酸，攪拌混勻冷至室溫后，依次加入7.4g正丁醇（約9.3 mL，0.10mol）及13g研細(xì)的溴化鈉（0.12mol）；裝上回流冷凝器，在其上端接一吸收溴化氫氣體的裝置，將燒瓶用電熱包加熱回流0.5h；冷卻后，拆去回流裝置，改成蒸餾裝置；用50mL錐形瓶作接受器，繼續(xù)用電熱包攪拌加熱，蒸出所有的正溴丁烷；將餾出液移至分液漏斗中，加入10mL水洗滌；將下層粗產(chǎn)物分入另一干燥的分液漏斗中，用10mL濃硫酸洗滌；盡量分離干凈硫酸層，余下的有機(jī)層自漏斗上口倒入原來已洗凈的分液漏斗中，再依次用水、飽和碳酸氫鈉溶液及水各10mL洗滌；將下層產(chǎn)物盛于干燥的50mL錐形瓶中，加入約1g無水氯化鈣，塞緊瓶塞干燥至得到清亮透明液體；干燥后產(chǎn)物通過置有少量棉花的小漏斗濾入25mL圓底燒瓶中，加入沸石后，用電熱包加熱蒸餾，收集99～103℃的餾分。產(chǎn)率約60%。

圖1 原回流裝置

3 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置和操作

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置見圖2。燒杯中加10mL水，攪拌下慢慢加入15mL濃硫酸，攪勻、冷卻至室溫并加到恒壓滴液漏斗中；在放有磁子的100mL三頸瓶中加入正丁醇及溴化鈉，在磁力攪拌下用電熱包加熱，待瓶?jī)?nèi)溫達(dá)60℃左右時(shí)開始滴加硫酸溶液，15min左右加畢（不要太快，冷凝管處無溴化氫放出）；然后升溫至回流（恒壓漏斗活塞全打開，側(cè)管用玻璃布包裹保溫），回流（回流速度控制1～2滴／s，不要太快，確保無溴化氫放出，油層應(yīng)呈淡黃色）0.5h后關(guān)上恒壓漏斗的活塞，進(jìn)行蒸餾，最初的餾出物主要是正溴丁烷等有機(jī)物，隨后蒸出的主要是水及少量有機(jī)物，待基本上無油珠進(jìn)入下層，上層的水層約有1cm時(shí)停止加熱；冷卻后拆除裝置，將恒壓滴液漏斗中的液體放到分液漏斗中（以下同改進(jìn)前實(shí)驗(yàn)方法）。產(chǎn)率65%。

圖2 改進(jìn)后裝置

4 討論

4.1 原來的操作存在問題

（1）實(shí)驗(yàn)室污染嚴(yán)重，易發(fā)生沖料事故。溴化鈉最后一次性加入至濃硫酸溶液中，學(xué)生往往操作不當(dāng)（如反應(yīng)瓶中物料冷卻不夠或忘記關(guān)掉加熱開關(guān)，電熱包是熱的），加入溴化鈉時(shí)，體系馬上產(chǎn)生大量溴化氫，易發(fā)生沖料事故。

（2）因體系溴化氫和硫酸濃度大，加熱回流后，來不及反應(yīng)的溴化氫部分揮發(fā)掉，部分被氧化成溴，油層呈紅色，有機(jī)物炭化油層呈黑色等，回流完成后冷卻改成蒸餾裝置時(shí)，在拆卸過程中有大量溴化氫氣體逸散在實(shí)驗(yàn)室，嚴(yán)重污染環(huán)境。

4.2 改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

（1）用三頸瓶作反應(yīng)瓶，便于加料，瓶中可插溫度計(jì)以便了解滴加硫酸的溫度及回流溫度，便于控制反應(yīng)。

（2）將回流反應(yīng)和蒸餾合二為一［9］，硫酸溶液由一次加入改為邊反應(yīng)邊滴加，反應(yīng)完成后直接將粗產(chǎn)物蒸入恒壓漏斗中，這樣反應(yīng)平穩(wěn)安全，消除了事故隱患及對(duì)實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境污染，保護(hù)了師生的身心健康。

（3）操作簡(jiǎn)便，省去了改裝蒸餾裝置的步驟，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高了實(shí)驗(yàn)效率以及產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。

（4）從改進(jìn)前后的樣品氣相色譜圖（見圖3）可看出，裝置改進(jìn)后產(chǎn)品質(zhì)量有保障。

5 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐證明：改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置操作簡(jiǎn)便、安全、環(huán)境友好，實(shí)驗(yàn)效率高，副產(chǎn)物減少，提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，有效地解決了以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的改進(jìn)方法［10－14］。

圖3 樣品氣相色譜圖

（References）

［1］北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院有機(jī)化學(xué)研究所.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2002.

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［3］李兆隴，陰金香，林天舒.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2001.

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