尼龙66的合成实验报告材料.doc

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1、word尼龙66的合成一、实验目的1、学习由环己醇(醇氧化物)制备环己酮(酮氧化物)原理、方法、实验操作。2、学习由环己酮制备己二酸的原理、方法、实验操作。3、学习尼龙66的制造工艺，应用，开展前途。4、熟练准确的掌握有机实验的根本操作。二、实验原理一尼龙66的性质尼龙66名为聚己二酸己二胺,为半透明或不透明的乳白色的热塑性结晶形聚合物,相对密度1.14,熔融温度255 ,热分解温度大于370 ,连续使用温度大于105，因分子主键中含有强极性的酰胺基，而酰胺基间的氢键使分子间的结合力较强，易使结构发生结晶化，具有较高的刚性、韧性良好的力学性能和优良的耐磨性、自润滑性、染色性、耐油性与耐化学药品

2、性和自熄性 ,其力学强度较高,耐热性优良,耐寒性好 ,使用温度围宽1。因此，尼龙66为热塑性树脂中开展最早、产量最大的品种,其性能优良，也是化学纤维的优良聚合材料，应用围最广，因此产量逐年增长 ,已位居五大工程塑料之首。二主要有关物质介绍环己酮cyclohexanone，有机化合物，是六个碳的环酮，室温下为无色油状液体，有类似薄荷油和丙酮的气味，久置颜色变黄。微溶于水，可与大多数有机溶剂混溶。不纯物为浅黄色，随着存放时间生成杂质而显色，呈水白色到灰黄色，具有强烈的刺鼻臭味。易燃，与高热、明火有引起燃烧的危险，与氧化剂接触猛烈反响，与空气混合爆炸极与开链饱和酮一样。环己酮在工业上被用作溶剂以与一

3、些氧化反响的触发剂，也用于制取己二酸、环己酮树脂、己酰胺以与尼龙。己二酸Adipicacid又称肥酸，是一种白色的结晶体，有骨头烧焦的气味。微溶于水，易溶于酒精、乙醚等大多数有机溶剂。当己二酸中的氧气含量高于14%时，易产生静电引起着火。己二酸是脂肪族二元酸中最有应用价值的二元酸，能发生成盐反响、酯化反响、酰胺化反响等，并能与二元胺或二元醇缩聚成高分子聚合物，其对眼睛、皮肤、粘膜和上呼吸道有刺激作用。己二酸是工业上具有重要意义的二元羧酸，在化工生产、有机合成工业、医药、润滑剂制造等方面都有重要作用，也是医药、酵母提纯、杀虫剂、香料等的原料，产量居所有二元羧酸中的第二位。中国对己二酸的需求量极大

4、，国生产不能满足市场需求，因而每年都从国外大量进口。三尼龙66合成的反响原理尼龙 66的生产是通过羧基与氨基发生缩合反响生成酰胺基、同时生成小分子水的一个放热反响过程,工业上一般采取两步法:首先己二胺和己二酸反响生成尼龙 66盐,然后尼龙66盐进展缩聚反响生成聚合物2，主要反响方程式如下：环己酮的合成：己二酸的合成：尼龙66的合成：三、试剂与仪器试剂：浓硫酸、环己醇、重铬酸钠Na2Cr2O72H2O、草酸、食盐、无水硫酸镁、沸石；高锰酸钾，氢氧化钠10% ，浓硫酸，亚硫酸钠其中投料比为环己酮:高锰酸钾:氢氧化钠10%:浓硫酸、活性炭；氧化亚砜、环己烷、10%NaOH、5%己二胺溶液。仪器：天平

5、、电热套、水蒸气蒸馏装置、抽滤装置、分液漏斗、玻璃棒、圆底烧瓶、烧杯、滤纸、酒精灯、外表皿、量筒、锥形瓶、铜丝钩、胶头滴管、pH试纸、蒸发皿、玻璃棒。蒸馏实验装置图如下:萃取步骤与装置图四、实验步骤与实验现象一环己酮的合成1.在250ml圆底烧瓶，放置56 ml水，慢慢参加9.3 ml浓硫酸，充分混合后，小心参加9.8ml环己醇0. mol。溶液冷至30以下。过程现象：环己醇参加后，为乳白色浊液。2.在烧杯中将重铬酸钠溶解于6 ml水中。将此溶液分数批参加圆底烧瓶中，并不断振荡使充分混合。氯化反响开始后，混合物迅速变热，并使橙红色的重铬酸盐变成墨绿色的低价铬盐。控制反响温度在6065之间，可用

6、冷水浴或流水下适当冷却。待前一批重铬酸盐的橙红色完全消失后，再加下一批。加完后继续振摇，直至温度有自动下降趋势再保温10min。10min后震荡烧瓶并观察其泡沫，假如泡沫呈微黄色或不为墨绿色时，参加少量草酸约1g使反响液完全变成墨绿色，以破坏过量的重铬酸盐。过程现象：溶液由橙色变为暗橙色，再变为墨绿色，当全部参加重铬酸盐且冷却后，溶液为墨绿色，震荡后溶液边缘泡沫不为纯墨绿色稍偏暖色调，参加草酸后，溶液变墨绿色，暗色调。3.在反响瓶参加60毫升水，再加几粒沸石，装成蒸馏装置，将环己酮与水一起蒸馏出来环己酮与水能形成恒沸点为95的恒沸混合物。直至流出液不再混浊后再多蒸1015ml总收集约50ml，

7、馏出液中参加约10g食盐盐析饱和馏出液，转移至分液漏斗中在分液漏斗中静置后分出有机层，用无水硫酸镁枯燥。枯燥后过滤，进展蒸馏收集154156的馏分衡沸点1围。环己酮产量产率62%67%。纯粹环己酮沸点为，折光率n20过程现象：第一次蒸馏：加热8分钟后溶液微沸，温度开始升高。后液体沸腾，温度急剧上升。温度平衡在95度左右。然后有液滴流出，流出液滴呈油状。第二次蒸馏：温度上升缓慢，温度平衡在145度左右开始蒸出馏分，未达到理论沸点的原因是，蒸馏物质未到烧瓶的三分之一，不到其饱和蒸汽压。水蒸气蒸馏原理：任何与水不互溶，不反响的有机物质常压蒸馏别离有困难的都有一定的饱和蒸汽压，所以总压力为所蒸馏物质的

8、分压之和，因此通过蒸馏水带出所需的有机物 二己二酸的合成1.在250ml烧杯中，将计算量的高锰酸钾溶于8倍水中，参加自制环己酮，在温水浴上将反响混合物温度升至30后，参加计算量10%氢氧化钠溶液，摇荡或搅拌反响混合物，控制温度在45必要时水浴温热，并在此温度下用水浴维持反响1小时。过程现象：溶液呈褐色。2.擦干烧杯外的水，直接放到电热套里加热，沸腾后保持5min，使反响完全。3.用玻璃棒蘸取一滴反响液于滤纸上，假如在黑色二氧化锰周围仍出现紫色环，可参加少量亚硫酸钠以除去过量的高锰酸钾，4.重复操作3，直到不显紫环为止。5.吸滤反响混合物，用热水充分洗涤棕黑色沉淀。6.在蒸发皿中浓缩至环己酮体积

9、的约7-8倍。7.趁热小心用滴管参加浓硫酸，使pH为12，假如不足需补加。8.冷却至室温使结晶完全，抽滤得己二酸白色晶体，熔点为152153。过程现象：第一次抽滤，母液为暖色，再次抽滤后溶液变澄清。9.将产物防于蒸发皿上枯燥至衡重。三尼龙66的合成1.向配有回流冷凝管与酸气吸收专职的50ml烧瓶中参加枯燥的己二酸和氧化亚砜，将混合物在5060水浴上加热3小时左右，待己二酸完全溶解，并不再有气体放出后，改回流装置为蒸馏装置，减压蒸出过量的氧化亚砜，剩余物为淡黄色的己二酰氯，参加36g环己烷，摇动溶解。2.向150ml烧杯参加40ml5%己二胺1,6-己二胺水溶液，参加2ml20%NaOH溶液，小

10、心地将40ml5%己二酰氯的环己烷溶液沿着略微倾斜的烧杯壁倾入溶液中，将会形成两层，且在液-液界面处立即形成聚合物膜，用一只铜丝钩缓缓地清楚攀住烧杯四壁的聚合物丝，然后钩住这团物质的中心，慢慢地提升铜丝，使聚酰胺得以不断生成，并可拉出好几尺长的一股线，用水将这股线洗涤几次，放置纸上晾干。3.用一段铜丝将两相系统的剩余局部剧烈搅拌，再形成一些聚合物，浸出液体，倒入废物桶。用水充分洗涤聚合物，并放置枯燥，合并以上得到的尼龙线称重。本实验只进展尼龙66前体的合成。五、实验须知事项一环己酮的合成1. 环己酮的制备中，硫酸氧化环己醇是一个放热反响，必须严格控制反响温度。温度过高，反响过快、激烈，不易控制

11、且生成物环己酮会局部断裂生成己二酸，温度过低，氧化反响速度慢，反响时间太长，而且可能积累更多未反响的铬酸，当铬酸达到一定浓度时，氧化反响会进展得非常剧烈，有失控的危险。2.铬酸钠溶液需分批参加且应不断搅拌，反响物橙色消失后即氧化剂反响消耗后，再进展参加，控制氧化剂参加的速度为防止氧化剂蓄积以至蓄积到一定量时发生剧烈反响，温度升高过快；同时，勿使氧化反响进展得过于猛烈，否如此产生环己酮将进一步遭受氧化而发生碳链断裂。3.参加草酸的原因时为了除去过量氧化剂，防止再蒸馏操作时，温度升高而发生氧化反响，造成碳链断裂而损失。4.环己酮的合成时，水的馏出量不宜过多，否如此即使使用盐析，仍不可防止有少量环己

12、酮溶于水中而损失掉，假如馏分太多，应重新蒸馏。在进展蒸馏操作时，都不可蒸干，至少保证烧瓶为湿润的，否如此残留固体会喷射、跳蹦，甚至会使烧瓶炸裂。51g6.别离环己酮除了用水蒸气蒸馏法外，还可以利用萃取的方法进展别离，即参加一定量的水，使无机盐全溶于水后，再参加有机溶剂萃取，最后进展水洗、枯燥、蒸馏即可。7.第一次蒸馏，进展普通蒸馏操作即可，因为其产品沸点为95了，而后需用水蒸气蒸馏法，因为其收集的馏分为155左右，超过140的的产品进展分馏时一般均用水蒸气蒸馏法，为防止直型冷凝管水冷却导致玻璃温差大而炸裂。使用前应枯燥蒸馏设备8.最后一次蒸馏时的接收瓶不应用广口瓶，由于本次试验蒸馏后的物质后续

13、还要用，为防止转移过程中造成的损失，因此可用小烧杯接收。二己二酸的合成1.根据环己酮产品的量，计算高锰酸钾、氢氧化钠、浓硫酸的量。2.关于氧化剂的选择。本实验使用的是碱性高锰酸钾，原如此上也可以使用浓硫酸、酸性或中性高锰酸钾，但浓硫酸的氧化性太强会使己二酸进一步氧化，使其质量下降，同时，锰盐难回收；关于高锰酸钾的选择，高锰酸钾可被复原成二氧化锰，且碱性条件下氧化有机物速度快，锰盐也易回收利用。3.沸腾后保持5min是为了使二氧化锰凝聚成大分子，其后比拟容易别离。4.除去过量的高锰酸钾使用少量的亚硫酸钠。原如此上也可使用浓硫酸，因为高锰酸钾与其复原产物二氧化锰都为强氧化剂，且都很难用水除掉，而不

14、用浓硫酸的原因是，浓硫酸与二氧化锰反响需加热，而此条件下己二酸溶解度增大，不利于其结晶析出与别离，因而二氧化锰会杂于己二酸中；而用亚硫酸钠如此无需加热，且生成物为无色的硫酸锰溶液。5.抽滤时需加少量热水，充分洗涤棕黑色沉淀，但不需加太多水，10ml左右即可，否如此后进展蒸发浓缩会消耗太多时间。6.最后抽滤时最好不用母液清洗，但需用清水洗涤充分洗涤以除去产品中在蒸发过程中也无法去除的物质如残留的酸以提高产品质量。抽滤时，布氏漏斗坡面应朝向连接胶管的孔，防止液体流出过慢时沿壁被吸到孔里。7. 在电热套上枯燥己二酸产品时，温度要从低到高依次增加，防止局部过热。六、实验数据处理一原始数据记录浓硫酸环己

15、醇重铬酸钠草酸无水硫酸镁烧杯空烧杯含产品上一步馏出的产品为115.20-110.85=4.35g，根据投料比计算其他试剂的参加量高锰酸钾氢氧化钠浓硫酸亚硫酸钠己二酸13.10g理论计算13.05g1.00ml理论计算1.0875ml10.9ml理论计算10.875ml二数据处理1.环己酮的产率：环己醇的6g/mol、密度203、/mol；环己醇的物质的量为根据反响方程式环己醇：环己酮=1:1：环己酮的理论质量为：m环己酮理论=n环己酮理论g环己酮的产率为：产率=*100% =47.13%：己二酸的相对分子质量为己二酸理论的物质的量为：n己二酸理论=n环己酮实际=m环己酮实际/M环己酮=己二酸理

16、论质量为：m己二酸理论=n己二酸理论*M己二酸=mol己二酸的产率为：产率/*100%=%3.总产率由环己醇到己二酸的产率：总产率=环己酮产率*己二酸产率%环己酮产率己二酸产率总产率47.13%环己醇的质量:m环己醇=7g己二酸环己醇重铬酸钠高锰酸钾浓硫酸将己二酸的质量扩大到一吨，可得消耗定额(kg/t)环己醇重铬酸钠高锰酸钾浓硫酸七、误差与实验结果分析一实验误差分析1.在分批参加铬酸钠溶液时没有充分搅拌，使氧化剂反响完全，导致氧化剂蓄积，最后一次参加完全时发生剧烈反响，温度升高过快，且没有很快的将温度维持在6065之间，氧化反响进展得过于猛烈，局部环己酮将进一步遭受氧化而发生碳链断裂，导致产

17、物有损失。 2.抽滤、萃取、蒸馏等操作会导致产品损失，加食盐进展盐析、用无水硫酸镁枯燥产品时会对产品产生吸附，在转移的过程中，也有少量产品损失。；3.在参加浓硫酸过程中液体溅出，造成产率偏低。4.各物质在称量或量取过程中存在误差。5.最后蒸干时，有少量的固体熔融，使得产品的量减少，且纯度降低。二实验结果分析最后所得产品颜色比理论产品颜色稍暗，分析原因如下：1.在第一次参加浓硫酸过程中有液体溅出，而后按照比例计算量继续参加剩余的浓硫酸，所以可能造成浓硫酸的过量，对产品造成了碳化，使产品颜色发暗。2.在最后一次的抽滤中，没有用清水洗涤充分洗涤以除去产品中在蒸发过程中也无法去除的物质如残留的酸。3.

18、在产品枯燥过程中，电热套加热速度过快，使底部的产品出现少许融化，也可能使产品出现碳化。八、思考题1.水蒸气蒸馏对别离的有机化合物有什么要求？ 水蒸气蒸馏法适用于具有挥发性的，对水稳定，能随水蒸气蒸馏而不被破坏，与水不发生反响，且难溶或不溶于水的成分的提取易于与水别离。对热稳定，成分的沸点多在100以上，加热状态下为液态，有一定蒸汽压,可被水蒸气携带出。2.氧化反响完毕后，为什么要参加草酸或甲醇，如果不加有什么不好？ 参加草酸或甲醇的原因时为了除去过量氧化剂，防止再蒸馏操作时，温度升高而发生氧化反响，造成碳链断裂而损失。，在收集最终产品时，应选用水冷却型冷凝管还是空气冷凝管？ 为防止水冷却导致玻

19、璃温差大而炸裂，应选用空气冷凝管，而此实验中水冷却与空气冷却两种方式进展冷凝的温差不是很大，为了保证冷却效果，因而最终使用水冷却型冷凝管。4.试写出利用高锰酸钾氧化环己酮成己二酸的氧化复原配平式，并指出其中的高锰酸钾与环己酮哪个试剂是过量的？+2KMnO4COOH-CH2-KCH-CH2-COOH+2MnO2+H2O其中，高锰酸钾是过量的。高锰酸钾作为氧化剂，可判断反响是否进展完全5.反响温度与氧化剂的用量对反响有什么影响？ 本反响是一个放热反响，温度高反响过于激烈，不易控制，易冲出，温度过低反响不易进展，导致反响不完全;氧化剂用量太大，反响剧烈，不易控制反响的发生，且后面的操作中，不易除净氧化剂，最终产品中会杂有二氧化锰，导致最终产品不纯。而氧化剂用量小难以判断反响是否进展完全，且对产率造成影响。7 / 8