2023年尼龍66的合成實驗報告

尼龍66的合成實驗報告班級:應(yīng)131-1組別：第七組成員：?尼龍66的合成一、實驗?zāi)康?、學(xué)習(xí)由環(huán)己醇(醇氧化物)制備環(huán)己酮(酮氧化物)原理、方法、實驗操作。２、學(xué)習(xí)由環(huán)己酮制備己二酸的原理、方法、實驗操作。3、學(xué)習(xí)尼龍66的制造工藝,應(yīng)用，發(fā)展前程。4、純熟準(zhǔn)確的掌握有機(jī)實驗的基本操作。二、實驗原理（一）尼龍66的性質(zhì)尼龍66名為聚己二酸己二胺,為半透明或不透明的乳白色的熱塑性結(jié)晶形聚合物，相對密度1．1４，熔融溫度２５5℃,熱分解溫度大于37０℃,連續(xù)使用溫度大于１05℃，因分子主鍵中具有強(qiáng)極性的酰胺基，而酰胺基間的氫鍵使分子間的結(jié)合力較強(qiáng)，易使結(jié)構(gòu)發(fā)生結(jié)晶化，具有較高的剛性、韌性（良好的力學(xué)性能）和優(yōu)良的耐磨性、自潤滑性、染色性、耐油性及耐化學(xué)藥品性和自熄性，其力學(xué)強(qiáng)度較高,耐熱性優(yōu)良，耐寒性好,使用溫度范圍寬[1]。因此,尼龍66為熱塑性樹脂中發(fā)展最早、產(chǎn)量最大的品種，其性能優(yōu)良,也是化學(xué)纖維的優(yōu)良聚合材料,應(yīng)用范圍最廣，因此產(chǎn)量逐年增長,已位居五大工程塑料之首。(二)重要有關(guān)物質(zhì)介紹１．環(huán)己酮環(huán)己酮(ｃyclohｅxａnonｅ），有機(jī)化合物，是六個碳的環(huán)酮，室溫下為無色油狀_blａnｋ＂液體,有類似ＨＹPEＲLＩNＫ＂"薄荷油和HＹPERＬINＫ""\ｔ"_blank＂丙酮的氣味，久置顏色變黃。微溶于水,可與大多數(shù)HＹPＥRLＩNＫ＂"\ｔ"_ｂｌaｎk"有機(jī)溶劑混溶。不純物為淺黃色，隨著存放時間生成雜質(zhì)而顯色，呈水白色到灰黃色，具有強(qiáng)烈的刺鼻HＹPＥRＬINK""臭味。易燃,與高熱、明火有引起燃燒的危險，與氧化劑接觸劇烈反映,與空氣混合爆炸極與開鏈飽和酮相同。環(huán)己酮在工業(yè)上被用作HＹPERLＩＮK"＂\t"_bｌank"溶劑以及一些ＨYPＥRLINK""\t＂_bｌａnｋ＂氧化反映的觸發(fā)劑，也用于制?。萗PＥRＬINK＂"己二酸、環(huán)己酮樹脂、HＹPＥRLINK＂＂己內(nèi)酰胺以及尼龍。2.己二酸己二酸（Adipicacid）又稱HYPＥＲLIＮＫ""＼ｔ"_ｂlank＂肥酸，是一種白色的結(jié)晶體，有骨頭燒焦的氣味。微溶于水,易溶于酒精、乙醚等大多數(shù)有機(jī)溶劑。當(dāng)己二酸中的氧氣含量高于1４%時,易產(chǎn)生靜電引起著火。己二酸是脂肪族二元酸中最有應(yīng)用價值的二元酸，能發(fā)生成鹽反映、HＹPＥRLINK""\t"_ｂlank"酯化反映、酰胺化反映等，并能與二元胺或HYPERＬＩNＫ""\t＂_ｂｌank＂二元醇HYPＥＲLＩNK""\t＂_blank"縮聚成HYPERLＩＮＫ＂"\t"＿ｂｌaｎk"高分子聚合物,其對眼睛、皮膚、粘膜和ＨＹPERLIＮK""\t"_blａnk"上呼吸道有刺激作用。己二酸是工業(yè)上具有重要意義的二元羧酸,在化工生產(chǎn)、HYＰＥＲLIＮK""\t"＿blanｋ"有機(jī)合成工業(yè)、醫(yī)藥、潤滑劑制造等方面都有重要作用,也是醫(yī)藥、酵母提純、殺蟲劑、香料等的原料，產(chǎn)量居所有二元羧酸中的第二位。中國對己二酸的需求量極大,國內(nèi)生產(chǎn)不能滿足市場需求，因而每年都從國外大量進(jìn)口。（三）尼龍6６合成的反映原理尼龍６6的生產(chǎn)是通過羧基與氨基發(fā)生縮合反映生成酰胺基、同時生成小分子水的一個放熱反映過程,工業(yè)上一般采用兩步法:一方面己二胺和己二酸反映生成尼龍66鹽,然后尼龍６6鹽進(jìn)行縮聚反映生成聚合物[2],重要反映方程式如下:環(huán)己酮的合成:己二酸的合成：尼龍66的合成：三、試劑及儀器試劑：濃硫酸、環(huán)己醇、重鉻酸鈉（Ｎａ2Ｃr２O7·2Ｈ２O)、草酸、食鹽、無水硫酸鎂、沸石;高錳酸鉀,氫氧化鈉1０%,濃硫酸，亞硫酸鈉（其中投料比為環(huán)己酮:高錳酸鉀:氫氧化鈉1０%：濃硫酸=１g：3g:０.25mｌ：2.5ｍｌ）、活性炭;氧化亞砜、環(huán)己烷、10%NaOH、5％己二胺溶液。儀器:天平、電熱套、水蒸氣蒸餾裝置、抽濾裝置、分液漏斗、玻璃棒、圓底燒瓶、燒杯、濾紙、酒精燈、表面皿、量筒、錐形瓶、銅絲鉤、膠頭滴管、pH試紙、蒸發(fā)皿、玻璃棒。蒸餾實驗裝置圖如下:萃取環(huán)節(jié)及裝置圖四、實驗環(huán)節(jié)及實驗現(xiàn)象(一）環(huán)己酮的合成１.在250ml圓底燒瓶內(nèi),放置56ｍl水,慢慢加入９.3mｌ濃硫酸，充足混合后，小心加入9.8ｍl環(huán)己醇(0．133moｌ）。溶液冷至３０℃以下。過程現(xiàn)象：環(huán)己醇加入后，為乳白色濁液。2.在燒杯中將1１.5g重鉻酸鈉溶解于6mｌ水中。將此溶液分?jǐn)?shù)批加入圓底燒瓶中,并不斷振蕩使充足混合。氯化反映開始后，混合物迅速變熱,并使橙紅色的重鉻酸鹽變成墨綠色的低價鉻鹽?？刂品从硿囟仍?0~65℃之間，(可用冷水浴或流水下適當(dāng)冷卻)。待前一批重鉻酸鹽的橙紅色完全消失后，再加下一批。加完后繼續(xù)振搖，直至溫度有自動下降趨勢再保溫10ｍｉn。10miｎ后震蕩燒瓶并觀測其泡沫,若泡沫呈微黃色或不為墨綠色時，加入少量草酸(約１g)使反映液完全變成墨綠色，以破壞過量的重鉻酸鹽。過程現(xiàn)象：溶液由橙色變?yōu)榘党壬?再變?yōu)槟G色,當(dāng)所有加入重鉻酸鹽且冷卻后,溶液為墨綠色，震蕩后溶液邊沿泡沫不為純墨綠色稍偏暖色調(diào),加入草酸后,溶液變墨綠色，暗色調(diào)。3．在反映瓶內(nèi)加入60毫升水，再加幾粒沸石，裝成蒸餾裝置，將環(huán)己酮與水一起蒸餾出來（環(huán)己酮與水能形成恒沸點為95℃的恒沸混合物）。直至流出液不再混濁后再多蒸10～15ml（總收集約5０ml）,餾出液中加入約１0g食鹽（鹽析）飽和餾出液，轉(zhuǎn)移至分液漏斗中在分液漏斗中靜置后分出有機(jī)層，用無水硫酸鎂干燥。干燥后過濾，進(jìn)行蒸餾收集15４～156℃的餾分（衡沸點1℃范圍)。(環(huán)己酮產(chǎn)量5.６～６.3g（產(chǎn)率6２%~67%)。純粹環(huán)己酮沸點為155．6５℃,折光率n201.4507）過程現(xiàn)象：第一次蒸餾:加熱8分鐘后溶液微沸，溫度開始升高。后液體沸騰，溫度急劇上升。溫度平衡在95度左右。然后有液滴流出,流出液滴呈油狀。第二次蒸餾：溫度上升緩慢，溫度平衡在145度左右開始蒸出餾分，未達(dá)成理論沸點的因素是，蒸餾物質(zhì)未到燒瓶的三分之一,不到其飽和蒸汽壓。(水蒸氣蒸餾原理:任何與水不互溶,不反映的HYPEＲLINＫ＂"\ｔ"_blａnｋ"有機(jī)物質(zhì)（常壓蒸餾分離有困難的)都有一定的飽和蒸汽壓,所以總壓力為所蒸餾物質(zhì)的分壓之和,因此通過蒸餾水帶出所需的有機(jī)物)（二）己二酸的合成1.在２5０ml燒杯中，將計算量的高錳酸鉀溶于8倍水中，加入自制環(huán)己酮,在溫水浴上將反映混合物溫度升至30℃后，加入計算量（０.75mｌ)10%氫氧化鈉溶液，搖蕩或攪拌反映混合物，控制溫度在４５℃（必要時水浴溫?zé)?，并在此溫度下用水浴維持反映1小時。過程現(xiàn)象：溶液呈褐色。2．擦干燒杯外的水，直接放到電熱套里加熱,沸騰后保持5min，使反映完全。3．用玻璃棒蘸取一滴反映液于濾紙上，若在黑色二氧化錳周邊仍出現(xiàn)紫色環(huán)，可加入少量亞硫酸鈉以除去過量的高錳酸鉀，４.反復(fù)操作3,直到不顯紫環(huán)為止。5.吸濾反映混合物,用熱水充足洗滌棕黑色沉淀。6.在蒸發(fā)皿中濃縮至環(huán)己酮體積的約7-８倍。７.趁熱小心用滴管加入濃硫酸，使pH為1～２，若局限性需補(bǔ)加。8.冷卻至室溫使結(jié)晶完全，抽濾得己二酸白色晶體，熔點為152~153℃。過程現(xiàn)象:第一次抽濾，母液為暖色，再次抽濾后溶液變澄清。9.將產(chǎn)物防于蒸發(fā)皿上干燥至衡重。（三)尼龍６６的合成1.向配有回流冷凝管及酸氣吸取專職的50mｌ燒瓶中加入1．５g干燥的己二酸和3.6g氧化亞砜，將混合物在５0~6０℃水浴上加熱3小時左右,待己二酸完全溶解，并不再有氣體放出后,改回流裝置為蒸餾裝置，減壓蒸出過量的氧化亞砜,剩余物為淡黃色的己二酰氯，加入36g環(huán)己烷,搖動溶解。２.向150ｍｌ燒杯內(nèi)加入40ml5%己二胺（1,６-己二胺)水溶液,加入２ml２０%NaOH溶液,小心地將40ｍl5%己二酰氯的環(huán)己烷溶液沿著略微傾斜的燒杯壁傾入溶液中，將會形成兩層,且在液-液界面處立即形成聚合物膜，用一只銅絲鉤緩緩地清楚攀住燒杯四壁的聚合物絲,然后鉤住這團(tuán)物質(zhì)的中心，慢慢地提高銅絲,使聚酰胺得以不斷生成，并可拉出好幾尺長的一股線，用水將這股線洗滌幾次，放置紙上晾干。3.用一段銅絲將兩相系統(tǒng)的剩余部分劇烈攪拌,再形成一些聚合物，浸出液體，倒入廢物桶。用水充足洗滌聚合物，并放置干燥，合并以上得到的尼龍線稱重。本實驗只進(jìn)行尼龍6６前體的合成。五、實驗注意事項（一）環(huán)己酮的合成１.環(huán)己酮的制備中,硫酸氧化環(huán)己醇是一個放熱反映，必須嚴(yán)格控制反映溫度。溫度過高,反映過快、劇烈，不易控制且生成物環(huán)己酮會部分?jǐn)嗔焉杉憾?，溫度過低，氧化反映速度慢,反映時間太長，并且也許積累更多未反映的鉻酸,當(dāng)鉻酸達(dá)成一定濃度時，氧化反映會進(jìn)行得非常劇烈，有失控的危險。2．鉻酸鈉溶液需分批加入且應(yīng)不斷攪拌,反映物橙色消失后即氧化劑反映消耗后，再進(jìn)行加入,控制氧化劑加入的速度為避免氧化劑蓄積以至蓄積到一定量時發(fā)生劇烈反映，溫度升高過快;同時,勿使氧化反映進(jìn)行得過于劇烈，否則產(chǎn)生環(huán)己酮將進(jìn)一步遭受氧化而發(fā)生碳鏈斷裂。3.加入草酸的因素時為了除去過量氧化劑，防止再蒸餾操作時，溫度升高而發(fā)生氧化反映，導(dǎo)致碳鏈斷裂而損失。4．環(huán)己酮的合成時,水的餾出量不宜過多，否則即使使用鹽析，仍不可避免有少量環(huán)己酮溶于水中而損失掉,若餾分太多，應(yīng)重新蒸餾。（在進(jìn)行蒸餾操作時，都不可蒸干,至少保證燒瓶為濕潤的，否則殘留固體會噴射、跳蹦，甚至?xí)篃空选?5.在蒸餾前應(yīng)除掉硫酸鎂，由于無水硫酸鎂與水的結(jié)合為可逆反映，而下一步操作為水蒸氣蒸餾。（補(bǔ)充：一般實驗中無水硫酸鎂用量為每１0ml溶液用0.５～１ｇ）6.分離環(huán)己酮除了用水蒸氣蒸餾法外，還可以運(yùn)用萃取的方法進(jìn)行分離,即加入一定量的水，使無機(jī)鹽全溶于水后，再加入有機(jī)溶劑萃取,最后進(jìn)行水洗、干燥、蒸餾即可。７．第一次蒸餾，進(jìn)行普通蒸餾操作即可，由于其產(chǎn)品沸點為９5℃了,而后需用水蒸氣蒸餾法，由于其收集的餾分為155℃左右，超過140℃的的產(chǎn)品進(jìn)行分餾時一般均用水蒸氣蒸餾法，為避免直型冷凝管水冷卻導(dǎo)致玻璃溫差大而炸裂。(使用前應(yīng)干燥蒸餾設(shè)備)8．最后一次蒸餾時的接受瓶不應(yīng)用廣口瓶，由于本次實驗蒸餾后的物質(zhì)后續(xù)還要用,為避免轉(zhuǎn)移過程中導(dǎo)致的損失,因此可用小燒杯接受。（二)己二酸的合成１．根據(jù)環(huán)己酮產(chǎn)品的量,計算高錳酸鉀、氫氧化鈉、濃硫酸的量。２.關(guān)于氧化劑的選擇。本實驗使用的是堿性高錳酸鉀，原則上也可以使用濃硫酸、酸性或中性高錳酸鉀,但濃硫酸的氧化性太強(qiáng)會使己二酸進(jìn)一步氧化，使其質(zhì)量下降,同時，錳鹽難回收；關(guān)于高錳酸鉀的選擇，高錳酸鉀可被還原成二氧化錳，且堿性條件下氧化有機(jī)物速度快,錳鹽也易回收運(yùn)用。3.沸騰后保持5min是為了使二氧化錳凝聚成大分子,其后比較容易分離。4.除去過量的高錳酸鉀使用少量的亞硫酸鈉。原則上也可使用濃硫酸,由于高錳酸鉀及其還原產(chǎn)物二氧化錳都為強(qiáng)氧化劑，且都很難用水除掉，而不用濃硫酸的因素是，濃硫酸與二氧化錳反映需加熱,而此條件下己二酸溶解度增大，不利于其結(jié)晶析出及分離，因而二氧化錳會雜于己二酸中；而用亞硫酸鈉則無需加熱，且生成物為無色的硫酸錳溶液。5．抽濾時需加少量熱水,充足洗滌棕黑色沉淀,但不需加太多水，１0ml左右即可，否則后進(jìn)行蒸發(fā)濃縮會花費(fèi)太多時間。6.最后抽濾時最佳不用母液清洗,但需用清水洗滌充足洗滌以除去產(chǎn)品中在蒸發(fā)過程中也無法去除的物質(zhì)（如殘留的酸)以提高產(chǎn)品質(zhì)量。(抽濾時，布氏漏斗坡面應(yīng)朝向連接膠管的孔，防止液體流出過慢時沿壁被吸到孔里。)7．在電熱套上干燥己二酸產(chǎn)品時，溫度要從低到高依次增長，防止局部過熱。六、實驗數(shù)據(jù)解決(一）原始數(shù)據(jù)記錄1.環(huán)己酮的合成濃硫酸環(huán)己醇重鉻酸鈉草酸無水硫酸鎂燒杯（空）燒杯（含產(chǎn)品）9.3ｍl9.8ml11.60g０．0５ｇ0.5g110.8５g11５.20g2.己二酸的合成上一步餾出的產(chǎn)品為１１5.20-１10.8５=4．35ｇ,根據(jù)投料比計算其他試劑的加入量高錳酸鉀氫氧化鈉濃硫酸亞硫酸鈉己二酸１3.1０g（理論計算13.0５g）1.00ml（理論計算１．０875ml）10.9ml(理論計算１０.８７5ml)0.0g2.40g(二)數(shù)據(jù)解決1.環(huán)己酮的產(chǎn)率已知：環(huán)己醇的相對分子質(zhì)量為100.1６g／mol、密度(20℃）為０．９6g／cm3、環(huán)己酮相對分子質(zhì)量為98．１4ｇ/mol;①環(huán)己醇的物質(zhì)的量為（根據(jù)反映方程式環(huán)己醇：環(huán)己酮=1:1）:ｎ環(huán)己醇=n環(huán)己酮(理論)=(0．9６g／ｍl*9.８ml）/100．16g/moｌ=0．０9４mol②環(huán)己酮的理論質(zhì)量為:m環(huán)己酮(理論）=ｎ環(huán)己酮(理論）*M環(huán)己酮＝0.０9４mｏl*98．１4g/mｏｌ=9．2３g③環(huán)己酮的產(chǎn)率為:產(chǎn)率＝4.３５/9.２3＊10０%＝４7．１3%２．己二酸的產(chǎn)率已知:己二酸的相對分子質(zhì)量為146.14ｇ/mol，質(zhì)量為2.40g①己二酸理論的物質(zhì)的量為:n己二酸（理論）=n環(huán)己酮(實際）=m環(huán)己酮(實際）／M環(huán)己酮=４.35g／98．14g／moｌ=0.044ｍｏl②己二酸理論質(zhì)量為：m己二酸(理論)=n己二酸(理論）*M己二酸＝0.0４４mol＊146．1４ｇ/mol＝6.43g③己二酸的產(chǎn)率為：產(chǎn)率＝2．４0/6.43*１00％=37.33%3.總產(chǎn)率由環(huán)己醇到己二酸的產(chǎn)率:總產(chǎn)率=環(huán)己酮產(chǎn)率*己二酸產(chǎn)率＊100%=4７.1３%*3７.33％=17.５9%環(huán)己酮產(chǎn)率己二酸產(chǎn)率總產(chǎn)率４7．１３%３７.33％１7.59%４.各反映物的消耗定額W環(huán)己醇的質(zhì)量:m環(huán)己醇=0.9６g/ml＊９.８ｍl＝９.４1ｇ濃硫酸的質(zhì)量：m濃硫酸＝(９.3＋10.9)ml*１.８4ｇ/ｍl=37.17g己二酸環(huán)己醇重鉻酸鈉高錳酸鉀濃硫酸2．4ｇ9.4１g11.６0g13.１0g37.1７g將己二酸的質(zhì)量擴(kuò)大到一噸,可得消耗定額(ｋｇ/t)環(huán)己醇重鉻酸鈉高錳酸鉀濃硫酸３92０.８３4８33.３354５8.３315４87.50七、誤差及實驗結(jié)果分析(一)實驗誤差分析1．在分批加入鉻酸鈉溶液時沒有充足攪拌,使氧化劑反映完全，導(dǎo)致氧化劑蓄積，最后一次加入完全時發(fā)生劇烈反映，溫度升高過快，且沒有不久的將溫度維持在６0～65℃之間，氧化反映進(jìn)行得過于劇烈，部分環(huán)己酮將進(jìn)一步遭受氧化而發(fā)生碳鏈斷裂,導(dǎo)致產(chǎn)物有損失。2.抽濾、萃取、蒸餾等操作會導(dǎo)致產(chǎn)品損失，加食鹽進(jìn)行鹽析、用無水硫酸鎂干燥產(chǎn)品時會對產(chǎn)品產(chǎn)生吸附，在轉(zhuǎn)移的過程中，也有少量產(chǎn)品損失。;3.在加入濃硫酸過程中液體濺出,導(dǎo)致產(chǎn)率偏低。４.各物質(zhì)在稱量或量取過程中存在誤差。5.最后蒸干時,有少量的固體熔融，使得產(chǎn)品的量減少,且純度減少。(二）實驗結(jié)果分析最后所得產(chǎn)品顏色比理論產(chǎn)品顏色稍暗，分析因素如下:1.在第一次加入濃硫酸過程中有液體濺出,而后按照比例計算量繼續(xù)加入剩余的濃硫酸,所以也許導(dǎo)致濃硫酸的過量,對產(chǎn)品導(dǎo)致了碳化，使產(chǎn)品顏色發(fā)暗。2.在最后一次的抽濾中，沒有用清水洗滌充足洗滌以除去產(chǎn)品中在蒸發(fā)過程中也無法去除的物質(zhì)（