华南师范大学实验报告二茂铁的绿色合成.doc

华南师范大学实验报告

课程名称：综合实验实验项目：二茂铁的绿色合成

前言

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。

(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。

1.2意义

20世纪50年代人类首次成功合成二茂铁以来，二茂铁的应用研究已遍及化学、化工、能源、环保及农业生产等领域，尤其是在燃烧节能和减少环境污染方面，具有良好的应用前景。二茂铁可用作紫外线吸收剂、汽油抗爆剂、橡胶和树脂的熟化剂、火箭燃烧添加剂等，而二茂铁衍生物合成的聚合物还可作为航天飞船的外层涂料。

1.3、文献综述与总结

二茂铁又名二环茂二烯合铁，是一种典型的有机金属配合物，它具有独特的夹心型结构，又叫夹心配合物。其成键电子表现出高度的离域特征。在二茂铁分子中，二价铁离子被夹在两个平面环之间，二价铁离子与环茂二烯互为交错构型，两个茂环上的所有碳原子均通过环上的电子与二价铁离子形成相等的化学键，这些环茂二烯环不容易发生加成反应，但容易发生芳烃上的亲电取代反应。在溶液中，两个茂环可以自由旋转。二茂铁还有芳香性，在环上能形成多种取代基的衍生物，具有广泛的应用前景。

在常温下。二茂铁为橙色晶体，有樟脑气味，熔点为172-174℃，沸点为249℃，高于100℃就容易升华。该化合物在高于500℃下仍能稳定，不易于酸碱反应，但对氧化剂非常敏感。它能溶于苯、乙醚和石油醚等许多有机溶剂，基本上不溶于水。

微型实验（MicroscaleLaboratory，简写为ML）是化学实验方法的一项重要的发展与变革，近20年来国外发展迅速。它是在微型化的仪器装置中进行的化学实验，其试剂用量比对应常规实验节约90%以上，是一种绿色、环保的试验方法。

微型化的仪器装置是开展微型化学实验的物质基础，可称为ML硬件。有关ML硬件的研制与生产时开展ML的基础。由于ML的试剂用量少，一般主原料试剂的用量在5ml以下，固体试剂在0.5g左右，仪器器壁的粘损和多步骤转移等操作的机械损耗就成为影响微型制备产率的主要因素。解决这方面问题的关键是要涉及多功能的微型器件，使一个器件能完成多项操作，以尽量减少实验中物料转移步骤。因此微型实验不是常规实验的简单的减量或缩微，而是要在微型化的条件下对化学实验进行重新设计，再表现以达到运用微少量试剂来获取尽可能多化学信息的目标。设计效果优良的具有通用性的多功能微型实验器件就成为微型实验仪器研制的主要方向。

用微型化学实验装置合成二茂铁具有操作简便快捷、节省经费、减少污染、安全等优点，符合绿色环保理念，是一种绿色合成方法。

实验部分

2.1实验原理

首次发现二茂铁是非常偶然的。1950年Kealy和Pauson采用FeCl3氧化环戊二烯格氏试剂法来制备富瓦烯，然而未得到预期产物富瓦烯，却生成一个橙色的稳定的新配合物（C5H5）2Fe，即二茂铁。

目前，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。

有研究报道六甲基磷酸三胺（HMPA）、二甲基亚砜（DMSO）、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂来合成二茂铁；另外其他研究者则提出以二甲基亚砜为溶剂，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，然后用石油醚萃取混合液来提纯二茂铁。本实验依下述方程式合成：

8KOH+2C2H6+FeCl2·4H2O=Fe(C2H5)2+2KCl+6KOH·H2O

该方法的有点是简化了环戊二烯脱质子步骤。在本法中，氢氧化钾不仅用作脱质子试剂，还可作为干燥剂脱去原料中的水。

2.2仪器与试剂

（1）主要仪器：

氮气袋、磁力搅拌子、磁力加热搅拌器、真空干燥箱、微型实验装置一套、熔点仪、红外光谱仪。

（2）主要试剂：

N2钢瓶、乙二醇二甲醚（C.P）、二甲基亚砜（DMSO，C.P）、氢氧化钾（A.R）、环戊二烯二聚体（工业级）、FeCl4·4H2O(A.R)、HCl（A.R）

2.3实验装置图

2.4实验步骤

(1)二茂铁的制备

安装好实验装置后，在一只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。

先在烧瓶中加入10ml乙二醇二甲醚和4.5g研磨细的KOH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