有机化学实验制备2-萘乙醚的绿色化研究

2019-05-31刘益林李宁杰李元祥胡蔚旻

山东化工 2019年9期

刘益林，李宁杰，李元祥，胡蔚旻

(1.怀化学院化学与材料工程学院，湖南怀化 418008；2.怀化学院功能无机及高分子材料怀化市重点实验室，湖南怀化 418008)

有机化学实验是高等学校化学、药学等相关专业的一门非常重要的基础实验课程。但是，在传统有机化学实验教学中，部分有机实验对环境造成污染。因此，开展有机化学实验绿色化教学研究已经成为当代有机化学实验教学的发展趋势和潮流，对于培养学生的环保意识，保护绿水青山，提高有机化学实验教学质量具有重要的意义。

2-萘乙醚具有柔和持久的花香，是香皂和化妆品等的香料添加剂，可用于调配洗涤剂，还可用作柠檬香、玫瑰香等香料定香剂，此外在医药上用作乙氧萘青霉素钠合成的原料。工业上2-萘乙醚的生产是以2-萘酚和乙醇为原料，用浓硫酸作催化剂脱水得到，但存在污染严重和强烈腐蚀设备等问题[1]；此外成熟的工艺方法还有：2-萘酚在氢氧化钠的作用下和硫酸二乙酯反应，但是该方法存在硫酸二乙酯的毒性较大等不足[2]。

有机化学实验从2-萘酚制备2-萘乙醚，经典的实验教材使用是威廉姆逊合成法，使用溴乙烷或碘乙烷或硫酸二乙酯，回流反应约2 h，该方法实验时间较短，但是溴乙烷和碘乙烷容易挥发，价格贵，并且这三种试剂的毒性较大。酸催化2-萘酚合成2-萘乙醚的方法，由于使用的是乙醇作反应物和溶剂，绿色环保，价格便宜，因此，近年来，有机化学工作者围绕从2-萘酚和乙醇合成2-萘乙醚的绿色化教学开展了系列研究，并且取得了一定进展，如管仕斌[3]等发展了硫酸氢钠催化下萘酚和乙醇脱水生成醚的反应，产率达90%，实验操作简单，催化剂使用和保管方便，环境污染小，但是反应时间过长，不利于有机化学实验教学；梁宇[4]等研究了硫酸铁催化合成2-萘乙醚，产率可达83.7%，但反应时间同样过长，达16 h；研究发现氯化铜[5]、硫酸铝[6]在催化萘酚和乙醇合成萘乙醚中也具有很好的活性，并且采用微波辐射能极大缩多反应时间，产率仍然较高，在有机化学实验教学中具有比较好的应用前景。无水三氯化铁是一种环保的、价廉易得、性质温和的无机固体盐，本文将无水三氯化铁催化2-萘酚和乙醇合成2-萘乙醚，探究了应用于有机化学实验教学的合成方法。实验研究结果表明: 使用无水三氯化铁作催化剂，具有实验操作简单、产率高、产物纯度高，污染少等显著优点，该合成方法能应用于有机化学实验教学。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

2-萘酚、乙醇为市售的化学纯试剂，无水三氯化铁为分析纯；常用玻璃仪器、电子天平、日本岛津GC-MS QP-2010联用仪。

1.2 实验方法

反应式如下：

在50 mL干燥圆底烧瓶中，加入3.6 g (0.025 mol) 2-萘酚，1.2 g氯化铁(0.0075 mol)，6 mL 乙醇和3～5粒沸石，充分摇匀后，安装回流装置。

用电热套缓缓加热混合物至沸腾，保持微沸状态，回流3 h。在回流过程中，间歇摇动反应瓶。稍微冷却后，用水浴加热蒸馏出乙醇，冰水冷却反应瓶析出固体，用冰水转移至布氏漏斗，抽虑，冰水洗涤固体。再将布氏漏斗上固体转移至研钵中，加5 mL冰水研磨后，布氏漏斗抽虑，冰水洗涤。将布氏漏斗上固体转移至研钵中，加5 mL氢氧化钠水溶液(2.8 mol/L)研磨后，布氏漏斗抽虑，冰水洗涤。晾干，称重，计算产率。

合成出来的2-萘乙醚为棕色固体，我们用日本岛津GC-MS QP-2010气质联用仪器对产品的纯度进行分析，产物的纯度高达98%(图1)，2-萘乙醚保留时间tR=8.34 min。分析方法：Rxi-5ms色谱柱，Cat. No 13423，柱温箱60℃，程序升温20℃/min。我们还进一步用核磁共振氢和碳谱对产物进行了表征(图2)，与标准谱图一致。

图1 产物的质谱图

图2 产物的核磁共振氢谱和碳谱图

2 结果与讨论

2.1 催化剂用量的影响

表1 催化剂用量的影响

催化剂用量(2-萘酚摩尔数的百分比)/%产率/%10112030306240675070

考虑到有机化学实验的时间不能太长，产率又不能太低，要保证大部分学生正确操作时能获得中等以上产率的产物。首先我们以反应时间3 h考察了催化剂用量对反应活性的影响，如表1所示，催化剂用量对反应产率有很大影响。当使用10%的无水氯化铁时，产率只有11%；随着催化剂用量的增加，反应产率明显增加，在30%的无水氯化铁催化下，2-萘酚和乙醇脱水反应以62%的产率生成2-萘乙醚；但是进一步增加催化剂用量，产率增加不多。因此催化剂的用量以30%为宜。

2.2 乙醇用量的影响

为了进一步提高产率，使用30%的催化剂用量，我们对无水乙醇的用量进行了研究，如表2所示，实验结果表明，无水乙醇的用量对反应有非常大的影响，使用16 mL乙醇时，反应效果很差，只有12%的产率。随着无水乙醇用量的降低，反应产率大幅度提高，如降低无水乙醇的用量至6 mL，反应产率提高至79%。但是当乙醇的用量进一步降低至4 mL时，反应的混合物容易结块，产率虽略微增加，但给后处理带来很大麻烦。因此乙醇的用量以6 mL为宜。