微波法快速合成己二酸及熔点测定装置设计

王亚玲， 苟如虎,2， 丁玉兰， 安秀娟， 马永奇, 王鹏宇， 焦玉喜， 李 强， 杨小明， 达娃顿珠

(1. 甘肃民族师范学院 化学与生命科学系， 甘肃 合作 747000;2. 兰州大学 化学化工学院， 甘肃 兰州 730000)

己二酸的制备实验是重要的有机化学实验之一，常见的制备方法有浓硝酸氧化法、高锰酸钾氧化法[1-6]及其催化法[7-9]，浓硝酸氧化在制备的过程中实验时间长并且产生有毒气体氧化氮，逸散在实验室内，污染环境。高锰酸钾氧化法反应过程中产生的副产物二氧化锰不易处理。

以上两种方法都需要较长的时间，且产率较低。为了提高产率缩短时间，对己二酸的制备实验进行改进，用微波加热法制备己二酸，该实验方法原理简单、原料清洁、操作简单，时间短，产量高，整个反应过程中绿色化、无毒害，完全符合实验教学改革的要求。

1 熔点测定装置的改进

熔点是鉴定固体有机化合物的重要物理常数，也是化合物纯度的判断标准，熔点测定是大学有机化学实验中必不可少的实验内容。目前，实验室经常使用毛细管熔点测定仪。Thiele管熔点测定装置在使用过程中主要存在以下问题：酒精灯的火焰容易受到外界的干扰，且加热速度很难准确控制，尤其在熔点附近；Thiele管导热效果一般，滞后较严重。为此，石秀梅[10]将图1中1型Thiele管设计为2型Thiele管，受热的溶液作沿管上升运动，使得温度较均匀，而王雅珍[11]提出加装放大装置的建议。在以上改进基础上，王富强等[12]为使电加热升温速度易于控制[13-14]，在b形管支管上缠上石棉纱包裹的电热丝(图2(a))，通过小型变压器来调节。另外，设计1根长为200～250 mm，内径为4 mm的不锈钢管(图2(b))，样品管用螺钉1、2固定，位置通过支架3调节，测定完成后只需将不锈钢管抽出，便可以方便地更换。本文在以上基础上，对Thiele管熔点测定装置进行了设计(见图3)，该装置具有导热效果好、比较安全、自动显示读数、节省石蜡油等优点。

图1 Thiele管熔点测定改进装置一

图2 Thiele管熔点测定改进装置二

图3 Thiele管熔点自动化测定装置

2 实验

2.1 实验原理

以浓硫酸为介质，重铬酸钾(K2Cr2O7)为氧化剂合成己二酸的原理如下:

2.2 仪器与试剂

仪器：红外光谱用Nicolet Nexus670FT-IR红外光谱仪(KBr片)；1H NMR谱：Varion VR 300 MHz核磁共振仪；试管，烧杯，量筒，美的微波炉，磁力加热搅拌器，缺口橡胶塞，玻璃棒。

试剂：2.5 mL环己醇，9 g重铬酸钾，20 mL蒸馏水，13 mL浓硫酸、氢氧化钠和乙醇。

2.3 合成己二酸实验装置

合成己二酸实验装置见图4。

图4 合成己二酸的实验装置

2.4 实验方法

(1) 称量：称取9 g重铬酸钾固体于250 mL烧杯中，再量取2.5 mL的环己醇加入至250 mL的烧杯中，然后量取20 mL水倒入烧杯中搅拌，另量取13 mL浓硫酸。

(2) 常温反应：将加有反应物的烧杯放置于冰水浴中，将量好的13 mL浓硫酸分少量多次用玻璃棒引流，缓慢地加入至烧杯中并不断搅拌。

(3) 微波加热反应：待浓硫酸加完后，在其上方罩一大烧杯，然后将其放入美的微波炉电器中进行加热反应，反应结束后冷却，进行减压抽滤，所得滤液用氢氧化钠或氢氧化钙处理。

(4) 物质纯化：对抽滤所得粗产物溶于乙醇溶液中，然后再进行减压抽滤，将其中的副产物硫酸铬除去，然后再将其滤液进行蒸发，蒸出其中的乙醇而得到较纯的己二酸，并将其干燥，称量。

(5) 熔点测定：原理为毛细管法微量法[4]，若要测定某物质的沸点，按3图组装，装石蜡油和样品，固定位置，设计温度，慢速搅拌，加热，观察到有大量气泡产生时关闭加热，直至最后一个气泡出来时记录熔点温度。

3 结果与讨论

3.1 反应时间的影响

将烧杯放入微波炉中反应，在功率为P50档不变的情况下，设定反应时间，研究反应时间对己二酸产率的影响，结果如表1。

表1 反应时间对己二酸产率的影响

表1表明：反应时间为1 min和2 min的己二酸产量相同,都为2.0 g;反应时间为4 min和5 min的己二酸的产量也相同,为2.2 g;反应时间为3 min的实验组得到的产量最高为2.6 g;反应时间为10 min的实验组因时间过长而完全碳化未得到己二酸。综上所述，用微波法制备己二酸的最佳时间为3 min，此时反应基本完全且产率较高。

3.2 产品的分析鉴定

产品经熔点、红外(IR)、核磁(1HNMR)等的检测结果如下：熔点为151～152 ℃(温度计未校正),文献值为153.0～153.1 ℃;IR(KBr, cm-1)峰值波数为3 038、2 930、1 698 cm-1;1HNMR(DMSO-d6,δ/ppm):1.62(t,4H,CH2CH2),2.41(t,4H, CH2COOH ),11.87( s, 2H, COOH)。

3.3 微波法加热反应与普通加热反应方法的比较

在相同条件下，对微波法加热反应与普通加热反应制备己二酸的方法进行比较，结果见表2。

表2 微波法加热与普通加热制备己二酸的比较

由此可见，微波法加热反应时间明显较短且产率高，而普通法加热反应时间过长，且产率低于微波法加热的产率。表明采用微波法加热制备己二酸有利于提高产率和减少实验时间。

4 结论

(1) 本文采用微波法制备己二酸，提高了己二酸的产率，缩短了反应所需的时间，得到了明显的效果。

(2) 用微波法制备己二酸的最佳条件为：重铬酸钾9 g，环己醇2.5 mL，水20 mL，浓硫酸13 mL，功率为P50挡，加热时间为3 min。

(3) 本文设计的熔点测定装置操作简单，既可测定熔点，又可测定沸点。磁力加热搅拌器导热效果好。使用温度传感器，搅拌子搅拌比较安全，且自动显示读数。使用试管节省石蜡油。

(4) 实验装置操作简便，安全可靠，节能环保，本实验研究应用于本院有机化学实验当中，师生评价很好。

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