环己烯的制备

实验一 环己烯的制备

一、实验目的

1、学习在酸催化下醇脱水制取烯烃的原理和方法；

2、了解简单蒸馏和分流的原理，初步掌握简单蒸馏和分馏的装置及实验操作；

3、掌握分液漏斗的使用方法及用干燥剂干燥液体的方法。

二、实验原理

1、天然气石油是烷烃的主要天然来源。工业上由石油烃的高温裂解和催化脱氢-制取烯烃，低碳烯烃的混合物经过分离提纯可获得单一的烯烃。在实验室中，烯烃主要是有醇脱水和卤代烷卤化脱氢两种方法制得

本实验采用第一种方法，由环己醇脱水制备环己烯

本实验采用对甲基苯磺酸作为催化剂，是一个可逆反应，为提高反应产率，利用一边反应一边分馏的方法，将环己烯不断蒸出，从而使平衡向右移动。环己烯的制备反应如下：

一般认为，该反应历程为E1历程，整个反应是可逆的：酸使醇羟基质子化，使其易于离去而生成正碳离子，后者失去一个质子，就生成烯烃。

OH

+ H 2O OH

2

+ H 2O

主反应副反应

OH H

OH 2-H 2

O

2、试剂的物理常数

表环己醇、环己烯与水形成的共沸物的组成及沸点

沸点/℃

共沸物的组成/%

组成共沸物

环己醇

水

环己烯

水

161.5

100.0

83.0

100.0

97.8

70.8

~20.0

~80.0

90

10

由表可以看出：边反应边蒸出反应生成的环己烯和水形成的二元共沸物（沸点70.8℃，含水10%）。但是原料环己醇也能和水形成二元共沸物（沸点97.8℃，含水80%）。为了使产物以共沸物的形式蒸出反应体系，而又不夹带原料环己醇，本实验采用分馏装置，并控制柱顶温度不超过73℃。

三、实验仪器及试剂

仪器：圆底烧瓶50ml 25ml 直形冷凝管磁力搅拌锅分液漏斗125ml 蒸馏头接液管

磨口锥形瓶50ml 温度计电热套

试剂：

环己醇氯化钠5%碳酸氢钠溶液无水氯化钙对甲基苯磺酸硅油

四、实验装置图

图1 反应装置图2 蒸馏装置图3 分液漏斗

五、实验步骤、现象记录

1、投料

在50ml干燥的圆底烧瓶中加入10g环己醇、4g对甲基苯磺酸和几粒沸石，充分摇振使之混合

均匀，安装反应装置。

2、加热回流、蒸出粗产物产物

电磁搅拌下，油浴加热（180~190℃），采用边反应边蒸馏的收集产物的方式，控制分馏柱顶部的温度不超过73℃，馏出液为带水的混浊液。当烧瓶中只剩下很少残液并出现阵阵白雾时，即可停止蒸馏。

3、分离并干燥粗产物

将馏出液用氯化钠（约1g）饱和，然后加入5ml 5%的碳酸钠溶液中和微量的酸。将液体转入分液漏斗中，振摇（注意放气操作）后静置分层，打开上口玻塞，再将活塞缓缓旋开，下层液体从分液漏斗的活塞放出，产物从分液漏斗上口倒入一干燥的小锥形瓶中，用1—2g无水氯化钙干燥约20min。

4、蒸出产品

待溶液完全清亮透明后，小心滤入干燥的小烧瓶中，投入几粒沸石后用水浴蒸馏，收集80—85℃的馏分于一已称量的小锥形瓶中。

产品检出

称重，并测量产物的折光率，判断产物纯度。

六、实验讨论

1 、催化剂用量对脱水反应的影响

固定环己醇的用量为20g，空气浴浴温度为170~ 190ºC 反应时间1h ，，改变催化剂对甲苯磺酸的用量其结果见表1

从表1 可知增加催化剂的用量产品的收率随之增加当催化剂的用量达到4.0g 时产率达到96.3% 再增加催化剂的量产率反而会降低

2、反应温度对脱水反应的影响

以4.0g 对甲苯磺酸为催化剂，加入20g 环己醇反应时间,1h，考察反应温度对脱水反应的影响。其结果见表2

从表2可知，当油浴温度低于140ºC 时反应很慢，由于分馏柱的原因几乎没有馏出液馏出。油浴温度超过140ºC 时，催化剂的活性迅速提高；当油浴温度超过190ºC 时，一方面会有环己醇蒸出；另一方面会使催化剂分解，使产品收率降低。因此，油浴的温度控制在180~190ºC 为宜

3、应时间对脱水反应的影响

在烧瓶中加入20g 环己醇，固定对甲苯磺酸用量为4.0g，油浴温度控制在180~ 190ºC

考察反应时间对脱水反应的影响结果见表3

由实验结果可以看出，随着反应时间的延长，产品的收率逐渐增大；当反应时间达60min时，收率已达96.3% 。此后再延长反应时间，收率增加很少。故反应时间以1h 为宜。

4、几种催化剂对环己醇脱水反应催化效果的比较

使用对甲苯磺酸做催化剂催化合成环己烯与其它几种催化剂合成法比较见表4

由表4可以看出，对甲苯磺酸对环己醇脱水合成环己烯具有很高的催化活性，工艺简单反应时间短，是合成环己烯的良好催化剂；同时，由于对甲苯磺酸制备工艺简单，为对甲苯磺酸做催化剂提高了很好的基础。

5、结论

研究证明，对甲苯磺酸是环己醇脱水合成环己烯的良好催化剂，性能优于其它催化剂，并且容易制备。它的最佳反应条件为：用量为环己醇用量的20%，反应时间为1h，油浴温度180~190℃。产品收率可以达到96.3%，反应平和，容易控制，并且产品色泽浅，纯度高。