尼龍66的合成試驗報告

1、尼龍66的合成實驗報告班級：應(yīng)131-1組別：第七組組員：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)展前途。4、熟練準確的掌握有機實驗的基本操作。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255c ,熱分解溫度大于370c ,連續(xù)使用溫度大于 105c ,因分子主鍵中含有強極性的酰胺基，而酰胺基間的氫鍵使分子間的結(jié)合力 較強，易使結(jié)構(gòu)發(fā)生結(jié)晶化，具有較高的剛性、韌

2、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）主要有關(guān)物質(zhì)介紹1 .環(huán)己酮環(huán)己酮（cyclohexanone）,有機化合物，是六個碳的環(huán)酮，室溫下為無色油狀 液體，有類似薄荷油和丙酮的氣味，久置顏色變黃。微溶于水，可與大多數(shù)有機溶 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 有強烈的刺鼻臭味。易燃，與高熱、明火有

3、引起燃燒的危險，與氧化劑接觸猛烈反 應(yīng)，與空氣混合爆炸極與開鏈飽和酮相同。環(huán)己酮在工業(yè)上被用作溶劑以及一些氧 化反應(yīng)的觸發(fā)劑，也用于制取己二酸、環(huán)己酮樹脂、己內(nèi)酰胺以及尼龍。2 .己二酸己二酸（Adipicacid ）又稱肥酸，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、乙醴等大多數(shù)有機溶劑。當己二酸中的氧氣含量高于14%寸,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 鹽反應(yīng)、酯化反應(yīng)、酰胺化反應(yīng)等，并能與二元胺或二元醇縮聚成高分子聚合物， 其對眼睛、皮膚、粘膜和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 元竣酸，在化工生產(chǎn)、有機合成工業(yè)

4、、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)量居所有二元竣酸中的第二位。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 口。（三）尼龍66合成的反應(yīng)原理尼龍66的生產(chǎn)是通過竣基與氨基發(fā)生縮合反應(yīng)生成酰胺基、同時生成小分子水 的一個放熱反應(yīng)過程，工業(yè)上一般采取兩步法：首先己二胺和己二酸反應(yīng)生成尼龍 66鹽，然后尼龍66鹽進行縮聚反應(yīng)生成聚合物2,主要反應(yīng)方程式如下：環(huán)己酮的合成:己二酸的合成:KMnOjHOOC - CH2 - 0 13 - 12 - COOHOH-SOClj尼龍66的合成：nClCO（CH2 coa fCO（

5、CH2）4CONH（UH J NHt）三、試劑及儀器試劑：濃硫酸、環(huán)己醇、重銘酸鈉（NaCrzCT 2HO）、草酸、食鹽、無水硫酸 鎂、沸石；高鈕酸鉀，氫氧化鈉10%,濃硫酸，亞硫酸鈉（其中投料比為 環(huán)己酮: 高鈕酸鉀：氫氧化鈉10%:濃硫酸=1g:3g:0.25mt2.5ml ）、活性炭；氧化亞碉、環(huán)己 烷、10%NaQ H5%B 二胺溶液。儀器：天平、電熱套、水蒸氣蒸儲裝置、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式紙、蒸發(fā)皿、玻璃棒。一溫度計蒸儲實驗裝置圖如下：萃取步驟及裝置圖振蕩分液四、實驗步驟及實驗現(xiàn)象（一）環(huán)己酮的合成1

6、 .在250ml圓底燒瓶內(nèi)，放置56 ml水，慢慢加入9.3 ml濃硫酸，充分混合后， 小心加入9.8ml環(huán)己醇（0.133 mol ）。溶液冷至30c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重銘酸鈉溶解于6 ml水中。將此溶液分數(shù)批加入圓底燒瓶中， 并不斷振蕩使充分混合。氯化反應(yīng)開始后，混合物迅速變熱，并使橙紅色的重銘酸 鹽變成墨綠色的低價銘鹽?？刂品磻?yīng)溫度在 6065 c之間，（可用冷水浴或流水下 適當冷卻）。待前一批重銘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后震蕩燒瓶并觀察其泡沫，若泡 沫呈微

7、黃色或不為墨綠色時，加入少量草酸（約 1g）使反應(yīng)液完全變成墨綠色，以 破壞過量的重銘酸鹽。過程現(xiàn)象：溶液由橙色變?yōu)榘党壬?，再變?yōu)槟G色，當全部加入重銘酸鹽且冷 卻后，溶液為墨綠色，震蕩后溶液邊緣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 .在反應(yīng)瓶內(nèi)加入60毫升水，再加幾粒沸石，裝成蒸儲裝置，將環(huán)己酮與水一 起蒸儲出來（環(huán)己酮與水能形成包沸點為 95c的恒沸混合物）。直至流出液不再混 濁后再多蒸1015ml （總收集約50ml）,儲出液中加入約10g食鹽（鹽析）飽和儲出 液，轉(zhuǎn)移至分液漏斗中在分液漏斗中靜置后分出有機層，用無水硫酸鎂干燥。干燥 后過濾，進行蒸儲收集15

8、4156c的微分（衡沸點1C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 C,折光率n201.4507）過程現(xiàn)象：第一次蒸儲：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。第二次蒸儲：溫度上升緩慢，溫度平衡在 145度左右開始蒸出儲分，未達到理 論沸點的原因是，蒸儲物質(zhì)未到燒瓶的三分之一，不到其飽和蒸汽壓。（水蒸氣蒸儲 原理：任何與水不互溶，不反應(yīng)的有機物質(zhì)（常壓蒸儲分離有困難的）都有一定的 飽和蒸汽壓，所以總壓力為所蒸儲物質(zhì)的分壓之和，因此通過蒸儲水帶出所需的有 機物）（二）

9、己二酸的合成1 .在250ml燒杯中，將計算量的高鈕酸鉀溶于 8倍水中，加入自制環(huán)己酮，在 溫水浴上將反應(yīng)混合物溫度升至 30c后，加入計算量（0.75ml） 10%C氧化鈉溶液， 搖蕩或攪拌反應(yīng)混合物，控制溫度在 45C （必要時水浴溫?zé)幔⒃诖藴囟认掠盟?浴維持反應(yīng)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,使反應(yīng)完全。3 .用玻璃棒蘸取一滴反應(yīng)液于濾紙上，若在黑色二氧化鈕周圍仍出現(xiàn)紫色環(huán)， 可加入少量亞硫酸鈉以除去過量的高鈕酸鉀，4 .重復(fù)操作3,直到不顯紫環(huán)為止。5 .吸濾反應(yīng)混合物，用熱水充分洗滌棕黑色沉淀。6 .在蒸發(fā)皿中濃縮至

10、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pFfe 12,若不足需補加。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152153C。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收專職的50ml燒瓶中加入1.5g干燥的己二酸和3.6g氧化亞碉，將混合物在5060c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，改回流裝置為蒸儲裝置，減壓蒸出過量的氧化亞碉，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40m15婦二胺（1,

11、6-己二胺）水溶液，加入2ml20%NaOH 液，小心地將40m15%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，然后鉤住這團物質(zhì)的中心，慢慢地提升銅絲，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。用水充分洗滌聚合物，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

12、放熱反應(yīng)，必須嚴格控制反應(yīng)溫度。 溫度過高，反應(yīng)過快、激烈，不易控制且生成物環(huán)己酮會部分斷裂生成己二酸，溫 度過低，氧化反應(yīng)速度慢，反應(yīng)時間太長，而且可能積累更多未反應(yīng)的銘酸，當銘 酸達到一定濃度時，氧化反應(yīng)會進行得非常劇烈，有失控的危險。2 .銘酸鈉溶液需分批加入且應(yīng)不斷攪拌，反應(yīng)物橙色消失后即氧化劑反應(yīng)消耗 后，再進行加入，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) 生劇烈反應(yīng)，溫度升高過快；同時，勿使氧化反應(yīng)進行得過于猛烈，否則產(chǎn)生環(huán)己 酮將進一步遭受氧化而發(fā)生碳鏈斷裂。3 .加入草酸的原因時為了除去過量氧化劑，防止再蒸儲操作時，溫度升高而發(fā)生氧化反應(yīng)，造成碳鏈斷裂而損失。

13、4 .環(huán)己酮的合成時，水的儲出量不宜過多，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，若儲分太多，應(yīng)重新蒸儲。（在進行蒸儲操作時， 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?炸裂。）5 .在蒸儲前應(yīng)除掉硫酸鎂，因為無水硫酸鎂與水的結(jié)合為可逆反應(yīng)，而下一步 操作為水蒸氣蒸儲。（補充：一般實驗中無水硫酸鎂用量為每10ml溶液用0.51g）6 .分離環(huán)己酮除了用水蒸氣蒸儲法外，還可以利用萃取的方法進行分離，即加 入一定量的水，使無機鹽全溶于水后，再加入有機溶劑萃取，最后進行水洗、干燥、 蒸儲即可。7 .第一次蒸儲，進行普通蒸儲操作即可，因為其產(chǎn)品沸點為

14、 95c 了，而后需用 水蒸氣蒸儲法，因為其收集的微分為155c左右，超過140c的的產(chǎn)品進行分儲時一 股均用水蒸氣蒸儲法，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)干燥蒸儲設(shè)備）8 .最后一次蒸儲時的接收瓶不應(yīng)用廣口瓶，由于本次試驗蒸儲后的物質(zhì)后續(xù)還 要用，為避免轉(zhuǎn)移過程中造成的損失，因此可用小燒杯接收。（二）己二酸的合成1 .根據(jù)環(huán)己酮產(chǎn)品的量，計算高鈕酸鉀、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鈕酸鉀，原則上也可以使用濃硫 酸、酸性或中性高鈕酸鉀，但濃硫酸的氧化性太強會使己二酸進一步氧化，使其質(zhì) 量下降，同時，鈕鹽難回收；關(guān)于高鈕酸鉀的選擇，高鈕

15、酸鉀可被還原成二氧化鈕， 且堿性條件下氧化有機物速度快，鉆鹽也易回收利用。3 .沸騰后保持5min是為了使二氧化鈕凝聚成大分子，其后比較容易分離。4 .除去過量的高鈕酸鉀使用少量的亞硫酸鈉。原則上也可使用濃硫酸，因為高 鈕酸鉀及其還原產(chǎn)物二氧化鈕都為強氧化劑，且都很難用水除掉，而不用濃硫酸的 原因是，濃硫酸與二氧化鈕反應(yīng)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，因而二氧化鈕會雜于己二酸中；而用亞硫酸鈉則無需加熱，且生 成物為無色的硫酸鈕溶液。5 .抽濾時需加少量熱水，充分洗滌棕黑色沉淀，但不需加太多水，10ml左右即可，否則后進行蒸發(fā)濃縮會耗費太多時間。6 .最后抽濾時最好不

16、用母液清洗，但需用清水洗滌充分洗滌以除去產(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加，防止局部過熱。六、實驗數(shù)據(jù)處理（一）原始數(shù)據(jù)記錄1.環(huán)己酮的合成濃硫酸環(huán)己醇重銘酸鈉無水硫酸鎂燒杯（空）燒杯（含產(chǎn)品）9.3ml9.8ml11.60g0.05g0.5g110.85g115.20g2.己二酸的合成上一步儲出的產(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鈕酸鉀氫氧化鈉濃硫酸亞硫酸鈉己二酸13.10g （理

17、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)處理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（20C）為0.96g/cm3、環(huán)己酮 相對分子質(zhì)量為98.14g/mol ; 環(huán)己醇的物質(zhì)的量為（根據(jù)反應(yīng)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=0.094mol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=9.23g環(huán)己酮的產(chǎn)率為：產(chǎn)率

18、=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2.40g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=0.044mol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=6.43g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)率己一酸產(chǎn)率

19、總產(chǎn)率47.13%37.33%17.59%4.各反應(yīng)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：mB硫酸=（9.3+10.9） ml*1.84g/ml=37.17g己二酸環(huán)己醇重銘酸鈉高鈕酸鉀濃硫酸2.4g9.41g11.60g13.10g37.17g將己二酸的質(zhì)量擴大到一噸，可得消耗定額 （kg/t）環(huán)己醇重銘酸鈉高鈕酸鉀濃硫酸3920.834833.335458.3315487.50七、誤差及實驗結(jié)果分析（一）實驗誤差分析1 .在分批加入銘酸鈉溶液時沒有充分攪拌，使氧化劑反應(yīng)完全，導(dǎo)致氧化劑蓄 積，最后一次加入完全時發(fā)生劇烈反應(yīng)，溫度升高過快

20、，且沒有很快的將溫度維持 在6065c之間，氧化反應(yīng)進行得過于猛烈，部分環(huán)己酮將進一步遭受氧化而發(fā)生 碳鏈斷裂，導(dǎo)致產(chǎn)物有損失。2 .抽濾、萃取、蒸儲等操作會導(dǎo)致產(chǎn)品損失，加食鹽進行鹽析、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，造成產(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，且純度降低。（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，分析原因如下：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，所以可能造成濃硫酸的過量，對產(chǎn)品造成了碳化，使產(chǎn)品顏色發(fā)暗。2 .在最后一次的抽濾中，沒有用清水洗滌充分洗滌以除去產(chǎn)品中在蒸發(fā)過程中也無 法去除的物質(zhì)（如殘留的酸）。3 .在產(chǎn)品干燥過程中，電熱套加熱速度過快，使底