Получение бромистого бутила

Получение бромистого бутила

Бромистый бутил, получение которого описано в данной работе, используется в органическом синтезе.

) для синтеза н-октана:

2CH3CH2CH2CH2Br + 2Na  CH3 (CH2) 6CH3 + 2NaBr

2) для получения бутина-1, который в свою очередь используется как катализатор при получении синтетического каучука (конденсации ацетилена с формальдегидом): Бромбутан -> Бутен -> Дибромбутан -> Бутин

Свойства н-бутилового спирта

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-OH

Бутиловый спирт (н-бутанол) - представитель одноатомных спиртов. Бесцветная вязковатая жидкость с характерным запахом сивушного масла. Смешивается с органическими растворителями.

Применение

Бутанол применяют:

·              как растворитель в лакокрасочной промышленности, в производстве смол и пластификаторов

·              модификаторы мочевино- и меламино-формальдегидных смол.

·              для получения пластификаторов: дибутилфталата, трибутилфосфата.

·              для получения бутилацетата и бутилакрилата и эфиров с гликолями.

·              в синтезе многих органических соединений.

Применение в качестве автомобильного топлива

Может, но не обязательно должен, смешиваться с традиционными топливами. Энергия бутанола близка к энергии бензина. Бутанол может использоваться в топливных элементах, как сырьё для производства водорода.

В 2007 году в Великобритании начались продажи биобутанола в качестве добавки к бензину.

Молярная масса 74,12 г/моль

Плотность 0,81 г/см³

Температура плавления -90,2ºС

Растворимость в воде 7,9 г / 100 мл

Показатель преломления 1,399

Способы получения бутанола

1)      Оксосинтез из пропилена в присутствии НСо(СО)₄ при 120-160°С и 20-35 МПа:

СН₃ - СН = СН₂ + СО + Н₂ ® СН₃СН₂СН₂СНО + (СН₃)₂CHCH = O  CH₃(CH₂)₃OH + (CH₃)₂CHCH₂OH

2)      Из пропилена в одну стадию под давл. 1,0-1,5 МПа (по Реппе):

СН₃ - СН = СН₂ + 3СО + 2Н₂O  CH₃(CH₂)₃OH + (CH₃)₂CHCH₂OH + 2CO₂

)        Из ацетальдегида через ацетальдоль и крoтоновый альдегид, который гидрируют на медных, меднохромовых или никелевых катализаторах:

2CH₃CHO CH₃CH(OH) CH₂CHO  CH₃CH = CHCHO  CH₃(CH₂)₃OH

)        Ацетоно-бутиловым брожением пищ. сырья; соотношение образующихся при этом продуктов - ацетон: н-бутанол: этанол = 3:6:1

Свойства бромистого бутила

Бромистый бутил (СН₃СН₂СН₂СН₂Br) - бесцветная вязковатая жидкость.

Мало растворим в воде, хорошо растворим в этаноле, ацетоне, эфирах.

Молярная масса 137,02 г./моль

Плотность 1,299 г./см³

Температура плавления -112,4º С

Температура кипения 101,6º С

Показатель преломления 1,4398

Метод получения

Для получения бромистого бутила характерен следующий способ получения:

KBr + H₂SO₄ ® HBr + KHSO₄₃CH₂CH₂CH₂OH + HBr ® CH₃CH₂CH₂CH₂Br + H₂O

спирт бутиловый бромид серный

Механизм реакции - нуклеофильное замещение (S_N2)

Реактивы:

н-бутиловый спирт…………………………. 11,5 мл (9 г)

Бромистый калий……………………………. 18,5 г

Серная кислота (ρ=1,84)…………………..15 мл

Хлорид кальция

Посуда и оборудование:

Колбонагреватель, круглодонная колба, обратный холодильник, воронка, приемник, термометр.

Ход синтеза

Собирают установку для синтеза, состоящую из нагревателя, круглодонной колбы и обратного холодильника. В круглодонную колбу вливают 17,5 мл воды, добавляют бромистый калий и бутиловый спирт, присоединяют обратный холодильник. В форштос холодильника вставляют воронку и через неё небольшими порциями (по 2-3 мл) при постоянном помешивании приливают 15 мл концентрированной серной кислоты. В колбу бросают кипелки и осторожно нагревают смесь до слабого кипения, кипятят в течение 1 ч. Затем заменяют обратный холодильник на нисходящий (холодильник Либиха), усиливают нагревание и отгоняют бромистый бутил в приемник с водой. Перегонку заканчивают, когда маслянистые капли бромистого бутила не будут опускаться на дно приемника. Содержимое приемника переносят в делительную воронку, тщательно отделяют нижний слой от воды, собирая его в сухую колбу. Для удаления следов воды бромистый бутил «осушают» безводным хлоридом кальция в течение 10 - 15 мин, периодически встряхивая колбочку. Когда жидкость становится прозрачной, процесс сушки считают законченным. Бромистый бутил отделяют от твердого осадка хлорида кальция декантацией (сливанием через край) в перегонную колбу. Прибор для простой перегонки предварительно тщательно высушивают. Приемник взвешивают. Медленно перегоняют бромистый бутил, отбирая фракцию, кипящую в пределах 98-103ºС. Определяют объем полученного продукта, измеряют его показатель преломления. Выход по руководству 12,5 г.

Наблюдения за ходом эксперимента.

По прошествии реакции бромида калия и н-бутанола с серной кислотой, смесь разделилась на два слоя: верхний масляный слой светло-коричневого цвета и нижний - прозрачный. Перегонка велась до тех пор, пока маслянистые капли не перестали капать на дно приемника. При осушении кусочки хлорида кальция значительно набухли, что свидетельствовало о большом количестве воды в получаемом продукте. При перегонке продукт стал практически прозрачным.

Полученный продукт идентифицировали по ИК-спектру.

На основе спектра были сделаны следующие выводы:

·        Имеется интенсивная полоса поглощения С-Н в sp³ - гибридном состоянии в области 2900 см^-1, свидетельствующая о наличии - СН₂ - углеводородного радикала

·        Имеется полоса поглощения 1250 см^-1, характерная для класса соединений простых эфиров, которые могли присутствовать в сыром продукте по причине возможной межмолекулярной дегидратации спирта

·        Наблюдаем полосу средней интенсивности 1050 см^-1, свидетельствующую о наличии именно первичного спирта

·        Слабые пики при 500-750 см^-1 говорят о малом содержании брома в полученном продукте

Выход продукта

CH₃CH₂CH₂CH₂OH + KBr + H₂SO₄ ® CH₃CH₂CH₂CH₂Br + KHSO₄ + H₂O

n(CH₃CH₂CH₂CH₂OH) = 9/74,12 = 0,12 г./моль

n(KBr) = 18,5/118,9 = 0,16 г./моль

Н-бутанол в недостатке, тогда:

n(CH₃CH₂CH₂CH₂OH) = n(CH₃CH₂CH₂CH₂Br)

m(CH₃CH₂CH₂CH₂Br) = 0,12 * 137,02 = 16,44 г. - теоретический выход продукта (100%)

выход по руководству: 12,5 г, что составляет 76% от теоретического

практический выход: 12 г.

Абсолютная ошибка: (1 - 12/12,5) * 100% = 4%.

Был синтезирован бромистый бутил из н-бутанола, бромида калия, серной кислоты и произведена идентификация продукта по его ИК-спектру.

Абсолютная ошибка составила 4%.

Библиографический список

1.   Тюкавкина Н.А. Руководство к лабораторным занятиям по органической химии. М.: Дрофа, 2002

2.      Тюкавкина Н.А. Органическая химия. Основной курс. М.: Дрофа, 2003

.        Е.В. Ермолаева, И.С. Акчурина, Е.С. Ильина Основы синтезов органических соединений: учеб. пособие Владим. гос. ун-т. - Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2010.

.        Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Л.: Химия, 1991