微型法制备甲基叔丁基醚的可行性研究

王雪梅，晏华，乔建仙，王帅，唐皓东

（后勤工程学院 化学与材料工程系，重庆 401311）

微型法制备甲基叔丁基醚的可行性研究

王雪梅，晏华，乔建仙，王帅，唐皓东

（后勤工程学院 化学与材料工程系，重庆 401311）

针对微型实验产率较低且难以普及的现状，选取甲基叔丁基醚（MTBE）的制备实验进行实验微型化研究.通过甲基叔丁基醚制备的常规实验和微型实验在试剂用量、产率和实验时间等方面的对比，发现微型化后试剂用量减少90％，所需时间缩短65％，而产率几乎不变.该结果进一步证明了醚制备实验微型化的可行性，并为今后有机化学实验的微型化提供了依据.

微型有机化学实验；甲基叔丁基醚；制备

近年来，为有效地降低实验成本，减少高校化学实验对环境的污染，我国将微型化学实验的研究课题列入高校化学教育研究中心的科研规划[1-4].许多高校在从事微型化学实验的研究，但由于在微型化学实验中原料用量少，仪器粘附等损耗，使得产率不高，效果不明显.特别是醇分子脱水制备醚的反应，由于醇和醚存在分子沸点低，易挥发，脱水温度不易控制等问题，使得微型法制备醚更加困难.目前，常规实验制备正丁醚的产率相对高，其微型化实验的研究较多且取得了很好的进展[5-8]，但甲基叔丁基醚（MTBE）的微型法制备实验研究却很少.为了在有机实验教学中全面实现微型化，本文按照相关文献[9-10]中MTBE的常规实验制备方法，同样以硫酸为脱水剂，以甲醇和叔丁醇为原料，只是减少各反应试剂和脱水剂用量，采用配套微型化学实验装置，研究其制备实验微型化的可行性.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

6700型衰减全反射红外光谱仪（美国Nicolet公司，含ATR附件）；WYA-2S型数字阿贝折射仪（南宁桑力公司）；可调电加热套，成套的微型玻璃仪器（南京金正教学仪器有限公司）等.甲醇，叔丁醇，无水氯化钙（以上试剂均为分析纯），金属钠，15％的稀硫酸（去离子水与浓硫酸按浓度配制）.

1.2 实验步骤

在装有滴液漏斗、温度计以及维氏分馏柱的25 mL三颈圆底烧瓶中，加入15％的稀硫酸10 mL，甲醇3.2 mL（0.08 mol），叔丁醇0.8 mL（0.008 mol）.加入2颗沸石，逐渐加热升温，控制反应温度在80～85 ℃之间，使得馏出物温度保持在40～60 ℃之间，粗产物缓慢蒸出并收集.10 min后，从滴液漏斗中逐滴加入另外3 mL叔丁醇（0.032 mol），在20 min内滴加完毕，继续收集馏出物，直至无馏出物为止.将馏出物用水反复洗涤3次，每次用水1 mL.然后加入无水氯化钙静置5 min，滤去无水氯化钙后用金属钠回流10 min，以除去里面混有的微量水分和甲醇.最后再蒸馏出产物MTBE，收集55～57 ℃馏分.得到无色透明油状液体，称质量，计算产率.按照相同的实验步骤，重复2次.

2 结果与分析

通过对甲醇、叔丁醇和产物的红外光谱图（见图1）进行对比分析，确定产物为甲基叔丁基醚.由图1可见，在3 322.47，3 350.10 cm-1处分别为甲醇和叔丁醇O-H的伸缩振动，而在此区域内，产物几乎没有峰.这是由于甲醇和叔丁醇分子间发生消除反应时，一个是羟基中O与H断键，一个是羟基的O与相邻的C之间断键，形成H2O而除去，在新生成的醚分子上无羟基.在1 022.79，1 196.84 cm-1处分别为甲醇和叔丁醇C-O的伸缩振动，而产物C-O的伸缩振动在1 203.23，1 084.93 cm-1处.这是由于甲基叔丁基醚σ-p超共轭，C-O键强度增大，C-O-C不对称伸缩振动向高波数处移动而对称伸缩振动位于低波数端.同时，测得3次实验产物的折光率分别为1.369 2，1.369 0，1.369 1，而甲基叔丁基醚的折光率（文献值）.从而再次证明产物为甲基叔丁基醚.

3 微型实验与常规实验的比较

常规实验同样按照上述实验过程进行，只是改变试剂用量.甲醇用量为32 mL，叔丁醇用量为38 mL，15％硫酸用量为100 mL.记录重复3次的结果，计算出平均产率（平均产率=产率之和/实验总次数），并与微型实验结果进行比较，结果见表1.由表1可见，常规实验和微型实验制备甲基叔丁基醚时，微型实验的反应物用量比常规实验减少了90％，节约了实验成本，且大大降低了实验污染物的排放.二者得到的产率相近，实验现象相同，从而提高了微型实验的可操作性和有效性.同时在反应时间方面，微型实验的总时间比常规实验缩短了65％，提高了实验工作效率.从本次甲基叔丁基醚制备的常规实验和微型实验对比，进一步证明了有机化学实验教学中醚制备实验微型化的可行性，并为今后一系列有机化学教学实验的微型化提供了依据.

表1 甲基叔丁基醚制备的常规实验和微型实验的比较

[1]林群.美国化学实验教学改革——微型实验室简介[J].化学教育，1994（10）：46-47

[2]胡劲召.高校化学实验室教学过程中环保问题的探讨[J].河北化工，2008（12）：57-59

[3]杜鹃.高校化学实验室对环境的污染及其治理[J].实验室科学，2007（1）：170-172

[4]周雄.微型有机化学实验教学实践与思考[J].实验室科学，2008（6）：49-50

[5]周宁怀，宋学梓.微型化学实验[M].杭州：浙江科技出版社，1992：19-20

[6]王学兵，王燕.微型法制备正丁醚的探讨[J].黄冈师专学报，1999，19（3）：76-78

[7]李增春，哈森其木格，张春华，等.四个常用的有机微型合成实验[J].杭州师范学院学报，1998（4）：114-115

[8]朱少萍，王丽华，郝林祥，等.微型有机化学实验的可行性研究[J].高师理科学刊，2012，32（1）：88-90

[9]黄永明，刘平.无醇甲基叔丁基醚的实验室制备[J].精细化工，1993，10（2）：56

[10]孙宾宾，庒淑怡.推荐一个有机化学实验——甲基叔丁基醚的制备[J].陕西国防工业职业技术学院学报，2012，22（2）：26-28

Feasibility study on synthesis of MTBE in microscale experiment

WANG Xue-mei，YAN Hua，QIAO Jian-xian，WANG Shuai，TANG Hao-dong

（Department of Chemistry and Material Engineering，Logistic Engineering University，Chongqing 401311，China）

The yield of microscale organic chemical experiments is still rather low nowadays，so it is difficult in popularization.An organic synthetic microscale experiment of Methyl Tertiary Butyl Ether（MTBE）is used to probe the micromation of chemical experiments.The results about comparison of traditional experiments and microscale experiments indicate that the reagent consumption reduced by 90％，and the required time cut by 65％，however the yield almost showed no significant decreases in microscale experiments.It proves the feasibility for preparation of ethers by microscale experiment and underlies researches in microscale organic chemistry experiments in the future.

microscale organic chemistry experiment；MTBE；synthesis

O6-3

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.12.009

2016-09-13

后勤工程学院教学改革研究项目（hg151209）

王雪梅（1977-），女，四川成都人，副教授，博士，从事有机化学及实验室管理研究.E-mail：wxm_jujia@sina.com

1007-9831（2016）12-0033-03