实验一华南师范大学实验报告

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1、华南师范大学实验报告【前言】1、实验目的①了解一些易对环境造成污染的化合物的绿色合成方法，力求把对环境的影响降到最低限度，培养学生在从事科研与生产活动中绿色、环保理念。②掌握用微型合成装置合成、提纯二茂铁的操作技术。③学会通过熔点的测定、红外光谱等手段来分析鉴定二茂铁。2、意义由于二茂铁及其衍生物具有广泛的用途,特别是在航天及军事工业上的应用,因而发达国家发展迅速。我国从20世纪60年代开始研制二茂铁,但生产和衍生物的开发应用方面均较落后,年产量约2kt,而国内年需求量约为7.5kt,产不足需。随着二茂铁在石油、石油切割气、汽油、柴油等方面的应用,二茂铁的特殊作用逐渐被国人所认识,其

2、应用范围将越来越广。另外,随着我国石油化工的不断发展,C5来源也不断增加,以环戊二烯为原料制备二茂铁,进而开发二茂铁及其衍生物的利用途径,对于合理利用石油化工的C5资源具有一定的现实意义,同时也将推动金属有机化工产品在我国的开发和利用。因此二茂铁及其衍生物的生产和应用开发在国内将会有一个突破性进展,开发利用前景广阔。3、文献综述与总结二茂铁（FcH）又名双环戊二烯基铁，学名二环戊二烯基铁，属于金属有机化合物，它是由两个环戊二烯基阴离子和一个二价铁阳离子组成的具有夹心形状的化合物（见图），其分子式为（C5H5）2Fe。二茂铁易溶于甲醇、乙醇、乙醚、石油醚、汽油、二氯甲烷、苯等常用有机溶

3、剂，溶于浓硫酸，在沸腾的烧碱和盐酸溶液中不溶解、不分解；二茂铁具有高度热稳定性、化学稳定性和耐辐射性；二茂铁具有芳香性，100℃以上能升华，不容易发生加成反应，易发生取代反应；此外二茂铁还有低毒性，在溶液中两个环可以自由旋转等特点。正是基于二茂铁的这种稳定性、芳香性、低毒、亲油性、富电性、氧化还原性和易取代等特点，使得自二茂铁出现以来就引起了广大科研工作者极大的兴趣，对于二茂铁及其衍生物的合成、结构及性质和应用的研究一直以来都是大家所关注的热点。二茂铁的出现极大的推动了金属有机化学的发展，被认为是近代化学发展的里程碑。2.1二茂铁的发现1951年Kealy及Pauson利用格氏试剂C

4、5H5MgBr和催化剂FeCl3合成富瓦烯没有成功，但是却意外地得到了一种黄色的晶体，经过一些简单的研究他们得出该物质的分子式为C10H10Fe，并且初步得出该物质的一些物性，如他们测出该物质的熔点172.5～173℃，沸点249℃，不溶于水、10%NaOH和热的浓盐酸，但易溶于稀硝酸，浓硫酸及二氯甲烷、苯、乙醚、石油谜、甲醇和乙醇等一些常用有机溶剂，比较稳定。几乎同时Miller等人用环戊二烯和铁在300℃及常压下也制得了该物质。Fischer等人通过X射线衍射的研究，提出该物质具有五角反棱柱的结构。通过这些研究确定了该物质是由上下两个带负电的环戊二烯基芳环，中间是一个带二价正电荷

5、的铁离子，形如三明治，因此又将它称为“三明治化合物”，并正式命名为二茂铁。2.2二茂铁的制备2.2.1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、二甲基亚砜法等。2.2.1.1环戊二烯钠法,反应式为：2.2.1.2二乙胺一步法，环戊二烯在二乙胺中与无水三氯化铁直接反应，环戊二烯使三氯化铁还原为氯化亚铁，再与两个脱去一个氢离子的环戊二烯负离子生成二茂铁。2.2.1.3二乙胺二步法，反应式为：2.2.1.4二甲基亚砜法，在氮气氛、室温、常压下，新蒸馏的环戊二烯与碱反应，生成环戊二烯负离子，再将其与亚铁离子反,应生成二茂铁，用水蒸汽蒸馏即得精制二茂铁。据介绍，将环戊二烯

6、和FeCl2·4H2O连续添加到有KOH的二甲基亚砜中进行反应，在"5.333Kpa的条件下，蒸馏所生成的混合物，可得二茂铁和二甲基亚砜混合物，再用环己烷萃取，即得二茂铁，其收率为90%。2.2.1.5四水氯化亚铁法在强碱作用下，以四氢呋喃和二甲基亚砜为溶剂，环戊二烯和亚铁离子反应得粗产品，再经水蒸汽蒸馏得产品，产品收率为75%~80%，该法原料易得，反应在有水（氯化亚铁结晶水）存在下也可进行，且溶剂可循环使用。2.2.1.6相转移催化法在室温下，向环戊二烯的四氢呋喃溶液中加入相转移催化剂18-冠-6和氢氧化钾，然后再加入氯化亚铁进行反应得到二茂铁。2.2.2电解合成法在直流电的作用

7、下，用恒电流法或恒电压法，以铁板和镍板作电极，电解体系中的阳离子Na+在阴极上被还原，与环戊二烯反应生成环戊二烯钠和氢分子；由阳极反应产生的Fe2+向阴极转移，与阴极的环戊二烯基钠作用生成二茂铁，并置换出Na+。电极反应式如下：Na+反复进行这系列反应，在阴极上不断生成二茂铁。将暗红色的电解液用石油醚提取，再将抽提液浓缩，冷却至0℃，即可析出橙红色的二茂铁。总反应方程式为：【实验部分】1、实验仪器与药品1.1实验仪器氮气袋、磁力搅拌子、磁力加热搅拌器、真空