华南师范大学实验报告二茂铁的绿色合成chen

1、二茂铁的绿色合成学生姓名 陈少珊学 号 2009240门30专 业化学年级、班级 化学1班课程名称 综合化学实验 实验项目 液晶材料的合成及其应用试验时间 2013年3月20日 课程密码 60310实验指导老师 郑盛润老师实验评分二茂铁又叫双环戊二烯基铁，学名二环戊二烯基铁，是由两个环戊二烯基阴 离子和一个二价铁阳离子组成的夹心型化合物。其分子式为(c5h5)2fe,分子量为 186,外观为橙黄色针状或粉末状结晶，具有类似樟脑的气味，不溶于水，溶于甲 醇、乙醇、乙瞇、石油瞇、汽油、煤油、柴油、二氯甲烷、苯等有机溶剂。其分 子呈极性，具有高度热稳定性、化学稳定性和耐辐射性，溶于浓硫酸中，在沸腾的

2、 烧碱溶液和盐酸中不溶解，不分解。在化学性质上，二茂铁与芳香族化合物相似， 不容易发生加成反应，容易发生亲电取代反应，可进行金属化、酰基化、烷基化、 磺化、甲酰化以及配合体交换等反应，从而可制备一系列用途广泛的衍生物。目前，二茂铁的制备方法主要可分化学合成法和电解合成法两大类。i"化学 合成法：化学合成法主要有环戊二烯钠法、二乙胺法、相转移催化法、二甲基亚 矶法等。电解合成法：在直流电的作用下，用恒电流法或恒电压法，以铁板和辣板 作电极。随着各种合成技术的出现，其衍生物也多达数百种，因此其用途越来也 越来越广。二茂铁及其衍生物在生活的应用非常广泛，概括的来讲，主要有以下几个方 面x)

3、:作燃料的添加剂，将二茂铁加到燃料中可能起到助燃、消烟以及抗震的 作用；作催化剂，二茂铁可作为合成氨以及高分子过氧化物分解的催化剂；在生 化和分析上的应用，二茂铁可用于银、筑、汞、铅、金等元素的安培滴定法分析 中；作塑料、橡胶等高分子聚合物的添加剂，将二茂铁加到聚乙烯中可以改善聚 乙烯电稳定器涂层的效果；此外，二茂铁还可用于农业、机械等。如二茂铁作为 铁肥料，能使作物较快生长，并增加其铁含量。二茂铁的衍生物可作为杀虫剂。 二茂铁可作润滑油抗负荷添加剂，耐磨材料的促进剂等。总之.二茂铁的用途极 为广泛，开发二茂铁产品，对燃料、高分子、催化、生化等领域都有很重要的意 义。实验目的 学会通过熔点的测

4、定、红外光谱等手段来分析鉴定二茂铁。 掌握用微型合成装置合成、提纯二茂铁的操作技术。 了解一些易对环境造成污染的化合物的绿色合成方案，力求把对环境的影 响降到最低限度，培养在从事科研与生产活动中的绿色、环保理念。实验原理二茂铁的合成方法可分为电解合成法和化学合成法。电解合成法能连续操 作，但产率低，操作复杂，污染大。化学合成法的应用较多，国内主要有醇钠法、 有机胺法，但存在试剂要求多、反应时间长和有污染等方法自身的缺点，不利于 大规模工业生产。本实验采用以二甲基亚矶为溶剂，以环戊二烯、氯化亚铁和氢氧化钾为原料 进一步反应得到粗产物，然后用石油醸萃取混合液来提纯二茂铁。8naoh+2c2h6+f

5、ec 12 4出0二(c2h5) 2fe+2nac i +6naoh h20该方法的有点是简化了环戊二烯脱质子步骤。在本法中，氢氧化钠不仅用作 脱质子试剂，还可作为干燥剂脱去原料中的水。仪器与试剂(1) 仪器：微型实验装置一套、熔点仪、氮气袋、磁力搅拌子、磁力加热搅拌器、真 空干燥箱(2) 试剂：氮气钢瓶、乙二醇二甲脱(c. p)、二甲基亚飙(dmso) (c. p)、氢氧化钾(a. r)、 环戊二烯、feclh20(a. r) > hci (a. r)实验装置图实验步骤二茂铁的制备安装好实验装置后，在25ml三颈烧瓶里放入磁子，一侧与氮气袋相连，另一 侧与装有硅油的锥形瓶相连。现在烧瓶

6、中加入10ml乙二醇二甲脱和4. 5g研磨细 的k0h粉末，在通入氮气并缓慢搅拌的情况下加入1.3ml环戊二烯。继续通入氮 气，并控制氮气的通入量(硅油中氮气泡一个接一个匀速放出)，以赶走烧瓶中 的空气，同时将1.5g四水合氯化亚铁在5ml二甲基亚矶，并转入分液漏斗中。将混合物猛烈搅拌10min后，打开分液漏斗，控制适当的滴加速度使氯化亚 铁的dms0溶液在45min左右加完。滴加完毕后，关闭分液漏斗，在氮气保护下 继续搅拌反应30min。(2) 二茂铁的分离与提纯将混合液倒入100ml烧杯内，缓慢加入几滴hci,再加入20ml水，继续搅拌 悬浮液15min,然后用玻璃砂漏斗抽滤产物，并用少量

7、水洗涤产物34次，收 集产物，铺在表面皿上，置于真空干燥器内干燥，称重并计算产率。(3) 产物的熔点测定用熔点仪测定产物二茂铁的熔点。实验现象与结果实验步骤现象与结果二茂铁的制备缓慢加入1.3ml环戊二烯，k0h粉末部分溶解，随四水合氯 化亚铁的加入，溶液颜色加深，呈黑色，最后变为澄清透明； 继续搅拌反应，溶液呈红棕色并略带绿色。分离与提纯烧瓶内有许多黑色残渣，加入hci溶液后，调节ph值后加 入20ml水，溶液呈土黄色，浑浊液；洗涤三次，得到产物 为橙黄色固体；干燥后得到土黄色粉末，称重得0.20克。产物的熔点测定产物的初熔点为132°c,终熔点为158°c结果与讨论1.

8、纯度的检验根据文献可知，其分子式为(c5h5) 2fe,分子量为186,外观为橙黄色针状 或粉末状结晶，具有类似樟脑的气味，熔点173-174°co本实验中测得合成的二 茂铁产物为土黄色的粉末，熔点为132-158°c,产物的外观和熔点都与文献有一 定的差距，原因可能是：1 产物杂质较多，而造成杂质多的原因应该是在通氮气 时，耗完一袋氮气后换氮气袋的过程有漏气现象，使氧气进入了反应体系，有副 反应发生等，也有可能产物在洗涤时为洗净。当然，测定熔点是对固体有机物质 纯度检验的一种重要标准，但由于熔点测定时有很多因素会影响实验的结果，如 升温速度、仪器响应速度、测试样品颗粒大小

9、及用量等。2.可能与反应的条件有 关系，因为该反应需在无水无氧的条件下进行，无水是因为反应中有k0h,会很 快与水反应，而本身k0h又很容易吸潮加上最近天气一直都下雨，比较难控制， 3.在加入四水合氯化亚铁溶于二甲基亚矶时，由于一开始溶解得很慢，因为加入 的的固体本身比较大块，用了一定的时间去溶解它，在这个过程中，有不少的氧 气已经把氯化亚铁氧化掉了，使得该颜色本来为绿色变为了橙色，并且在加入分 液漏斗后岀现了分层，这些细节方面都对该实验产生了一定的影响。另外，文献当中也提到了，二茂铁在100°c时容易发生升华，必须在石蜡密 封的管子里面测定，而这个实验条件是当时没有给的，因此在测定

10、熔点的时候， 发现薄的地方熔得较快，而稍微厚点的地方则一直保持着未能在一定温度范围内 熔完，所以实验中熔点测定有所误差。文献中二茂铁为熔点172-174°c的橙色晶 体，在100°c以上会升华。本实验合成的产物为熔点为132-158°c的土黄色粉末， 在120°c确实看到了产物有类似模糊的现象，而且一些边缘较小的颗粒甚至消失 了，这时候很容易误认为是产物的初熔点，因此，有些组会得出与文献值相差比 较大的测量数值。这也是我们组所得产物的外观和熔点都与文献相差较小的原 因。参考文献1 徐兆瑜.二茂铁的合成与应用.杭州化工.2001, 31 (4) : 34-38.2 崔小明.二茂铁的合成及应用.化学工业与工程技术.2000, 21 (6) : 21-23.3 赵宏升.二茂铁的合成.四川化