正丁醚的制备讲义

正丁醚的制备

（6学时）

预习要求

1. 了解简单醚的制备原理和实验方法；

2. 复习巩固蒸馏、回流、萃取、有机液体干燥等操作。

实验目的

1. 学习以醇为原料，通过分子间脱水生成醚的反应原理和实验方法；

2. 了解分水器在合成中的应用，掌握其使用方法。

实验原理

通过醇分子间的脱水反应是制备低级简单醚的常用方法。在酸的作用下，醇的羟基发生质子化，增加了α-C的亲电性和羟基的离去性，使其更易发生双分子的亲核取代，再失去质子，就可得到醚。反应一般是在135o C条件下进行。如果温度过高（大于150o C），则会发生消除反应，生成烯烃。

醚的生成反应为一可逆过程，需要不断将反应产物水或醚蒸出，使反应向着生成醚的方向进行。在本实验中，水的不断蒸出是利用分水器而实现的。

主反应：

副反应：

所用试剂与仪器及装置图

试剂：正丁醇，浓硫酸，50%硫酸，无水氯化钙。

仪器：电热套（型号：PPHW-100，功率130W），三口瓶（100 mL），球形冷凝管，分水器，温度计，分液漏斗, 量筒（50 mL）。

实验步骤

向三口瓶中加入正丁醇（31 mL，0.34 mol), 再缓慢加入浓硫酸5 mL，摇荡使其混合均匀，加几粒沸石。在三口瓶上分别装上温度计和分水器，分水器中放入一定量的水[注1]，其上端再连一回流冷凝管。将三口瓶放在电热套中缓慢加热，保持沸腾回流1小时。随着反应的进行，反应中生成的水和未反应的正丁醇经冷凝后被收集在分水器中，使分水器中的液体不断增加，分层后水层位于分水器的下层，有机层（正丁醇和少量的正丁醚）位于上层。当上层的有机相积至分水器支管时，即可返回反应的三口瓶中。如果分水器中的水层超过了支管而流回烧瓶时，可放掉一部分水。当反应不断进行时，反应液的温度也逐渐上升[注2]。当瓶中反应液温度大约150℃左右时，生成的水量到达4.5-5 mL时停止加热。如果加热时间过长，溶液会变黑并有大量副产物丁烯生成。

待反应物冷却后，拆除分水器，将仪器改装成蒸馏装置，加2粒沸石，进行蒸馏至无馏出液为止[注3]。

将馏出液倒入分液漏斗中，分去水层。粗产物分别用冷的50%硫酸[注4]（15 mL x 2）、水（15 mL x 2）和饱和食盐水（15 mL x 1）洗涤，分出有机层至50 mL干燥锥形瓶中，用适量（1-2 g）无水氯化钙干燥。干燥后的粗产物小心倒入50 mL圆底烧瓶中（注意不要把氯化钙倒进去！），进行蒸馏，收集140-144 o C的馏分，称重并计算产率，正常情况下可得到7-8 g[注5]。

纯正丁醚为无色液体，沸点142.4℃，d154 0.773。

注释

[注1]：按反应式计算，生成水的量约为3 mL。由于原料正丁醇溶有少量的和正丁醇分子内的脱水反应，实际分出水层的体积要略大于计算量，否则产率很低。在反应之前，沿分水器支管口对侧内壁小心加水，待水面上升至与支管口下沿平齐时，缓慢开启分水器活塞，放出2.5-3 mL水（加水的量为分水器的总容量减去反应完全时可能生成的水量）。

[注2]：本实验利用恒沸混合物蒸馏方法将反应生成的水不断从反应物中除去。正丁醇、正丁醚和水可能生成以下几种恒沸混合物：

正丁醚制备的适宜反应温度为130-140 o C，由于二元共沸物和三元共沸物的形成，反应开始时很难达到这一反应温度。随着反应的进行，水不断蒸出，温度会不断升高，反应20 min 后即可达到130o C。

[注3]：也可以略去这一步蒸馏，而将冷的反应物倒入盛有50 mL水的分液漏斗中。但因反应物中杂物较多，在洗涤后有时难以分层。

[注4]：用50%硫酸处理，是由于丁醇能溶于50%硫酸中而正丁醚很少溶解。50%硫酸可由20 mL浓硫酸与34 mL水配成。

[注5]：本实验也可用油浴锅代替电热套进行。

思考题

1、计算理论上分出的水量。为何实验分出的水量可能超过理论值？

2、如何得知反应是否进行完全？

3、如果最后蒸馏前的粗产品中含有丁醇，能否用分馏的方法将它除去？