环己酮制备实验的微型化论析

柯 杨

（安顺学院，贵州 安顺 561000）

在我国化学实验教学改革领域中，于20世纪90年代初新发展起了一类微型化学实验，已引起国内化学教育界极大关注［1］。微型化学实验是指用微量化学试剂在微型仪器装置中进行的化学实验，是以尽可能少的化学试剂来获取所需化学信息的实验方法与技术［2］。虽然微型实验的化学试剂用量一般只为常量实验用量的十分之一，但实验效果却依然十分明显，可以达到防止环境污染的目的［3］。目前全国各类院校开设的有机化学实验大多以常量为主，由于有机化学实验中所用有机试剂大多易燃、易挥发、有毒，对环境污染较严重，因而常量实验的微型化研究是当前有机化学实验教学改革的趋势所在［4］。目前已有一些有机合成实验进行了微型化的教学改革，如乙酰苯胺的制备［5］、肉桂酸的制备等［6］。环己酮的制备实验是高校有机化学实验必修实验之一，实验产物环己酮具有强烈的刺鼻臭味和致癌作用，实验原料环己醇有毒性和刺激性，实验所用试剂乙醚易挥发，易燃、有毒，将环己酮的制备实验进行微量化设计和改革，能在保证实验效果的同时，有效减少有毒试剂的使用量和有毒产物的生成量，也能显著降低实验费用。

一、实验部分

1、实验原理

实验室中常用重铬酸钾和硫酸作用生成铬酸，铬酸进一步与环己醇发生氧化作用生成环己酮。反应式如下：

2、仪器和药品

仪器：圆底烧瓶，球形冷凝管，分液漏斗，分馏头，锥形瓶，温度计，量筒，温度计套管药品：重铬酸钾，环己醇，浓硫酸，乙醚，无水硫酸镁，氯化钠；化学纯。

3、实验方法

在微型实验的教学改革中，既要尽量减少试剂的用量，又要取得和常量实验相差不多的实验效果，这是微型实验研究的关键［7］。分别用常量、半微量、1/4微量、1/6微量、1/8微量5种方法进行实验，把实验的学生分成5大组，每大组分为4小组，每大组用一种方法进行实验，要求学生严格按照实验步骤完成实验。

4、实验步骤

将1.4g（4.71mmol）重铬酸钾溶于2.2mL水中，待全溶后冷却到室温，另将1.1mL浓硫酸稀释至7mL，冷却至0℃后慢慢滴加到重铬酸钾溶液中，得铬酸溶液。在烧瓶中加入0.9mL（8.33mmol）环己醇，冰水浴冷却，搅拌下将铬酸慢慢滴入，滴完后温度保持在50℃继续搅拌30min。反应完毕后，于烧瓶中加入5mL水，进行水蒸气蒸馏，将产品和水一同蒸出，直到馏出液澄清为止。将馏出液静置分层，水层用适量氯化钠饱和，转入分液漏斗中，分出有机层。水层用2mL乙醚分别萃取3次，合并有机层，用无水硫酸镁干燥。将有机层置于干燥的圆底烧瓶中，水浴蒸出乙醚，蒸馏烧瓶中剩余物，收集152～155℃的馏分。称重，测沸点和折光率，计算产率［8］。

二、结果与讨论

1、常量实验与微量实验比较

从常量开始试验，然后减量到半微量，1/4微量，1/6微量，1/8微量，对常量与微量实验的试剂用量、反应时间、反应温度等条件进行研究，从中选择一个最佳条件作为实验的反应条件。实验对比结果见表1。

由表1可知：1/8微量实验由于用料过少，产率下降较多，导致产品量极少，实验现象不明显，实验操作难度明显增大；1/6微量实验与常量实验和半微量实验相比，产率没有明显的下降，现象较明显；常量和半微量实验操作较简单，但用料较多，对环境产生较大的污染，因而选用1/6微量反应条件进行实验。

表1 常量与微量实验比较结果

2、重铬酸钾用量对实验结果的影响

在1/6微量反应条件下进行实验，环己醇用量为8.33mmol，反应时间30min，改变重铬酸钾的用量，探讨重铬酸钾用量对微型实验产率的影响，结果如表2所示。

表2 重铬酸钾用量对微型实验产率的影响

在微型实验中，重铬酸钾适当过量对产品有利，而当重铬酸钾的用量不足时，产率偏低，原因是重铬酸钾用量不足会导致氧化不完全，但当重铬酸钾用量太多时，会使已生成的环己酮继续被氧化，导致产率降低。因而在微型实验的条件下，投料比n（环己醇）：n（重铬酸钾）＝1∶1.8，重铬酸钾的最佳用量为4.71mmol。

3、反应时间对微型实验的影响

为了探讨微型实验反应的最佳反应时间，在1/6微量反应条件下，即环己醇用量为8.33mmol，重铬酸钾用量为4.71mmol的条件下进行实验，分别计算在不同反应时间下的产率，实验结果如表3所示。

表3 反应时间对微型实验产率的影响

由表3可以看出，反应时间为30min时产率较高，继续延长反应时间产率升高不多，因而最佳反应时间为30min。

4、反应温度对微型实验的影响

为了探讨微型实验反应的最佳反应温度，在1/6微量反应条件下，即环己醇用量为8.33mmol，重铬酸钾用量为4.71mmol的条件下进行实验，改变反应温度，分别计算不同反应时间下的产率，实验结果如表4所示。

表4 反应温度对微型实验产率的影响

由表4看出，反应温度不高于50℃时，产率变化不大，因而最佳反应温度为50℃。此反应是放热反应，控制反应温度不高于50℃，可获得较为满意的产率，温度过高会导致产率降低，原因是过高的温度将导致环己酮被进一步氧化。

结论

通过实验发现，1/6微量制备环己酮的方法具有试剂用量少、反应时间短、现象明显的特点，进一步减少试剂的用量将导致现象不明显，操作难度过大，因而采用1/6微量法制备环己酮比较合适。制备环己酮的微型实验的最佳条件是：环己醇用量为8.33mmol，重铬酸钾用量为4.71mmol，投料比n（环己醇）：n（重铬酸钾）＝1：1.8，反应时间30min，反应温度50℃，在此条件下，产率可达52.8%，实验现象明显，1/6微量实验的产率与常量反应的产率相差不大，实验现象依然明显，但实验试剂的用量比常量实验减少了83%，实验操作所需时间也有所减少。制备环己酮的微量实验具有实验效果好，污染小的特点。

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［1］高旭红，李炳奇等·有机合成实验微型化改革的实践［J］.实验室研究与探索，1999，01：71－73.

［2］周宁怀，吴连斌·微型实验与化学创新教育［J］.广西师范大学学报（自然科学版），2002，S1：1－3.

［3］王敏，蒋炳英，李军等·有机化学实验微型法教学改革的探索［J］.实验室科学，2012，03：12－14.

［4］翁晴·微型实验在高校有机化学实验教学中的实践与思考［J］.化学工程与装备，2013，11：212－213.

［5］杨吉芳·乙酰苯胺制备的微型实验探讨［J］.齐齐哈尔医学院学报，2003，12：1396－1397.

［6］丁虹，林世静，刘长领·肉桂酸制备的微型实验研究［J］.北京石油化工学院学报，2005，03：14－16.

［7］高岩，朱鹤，邱雪飞等·农业院校有机化学微型实验研究［J］.吉林农业大学学报，1997，S1：155－157.

［8］昭琼·有机化学实验［M］.北京：高等教育出版社，2011.109－110.