有机化学论文
丙酮是一种重要的基本有机原料，其化学性质较活泼，能进行卤代、加成、缩合、还原等反应；作为重要的化工原料，主要用作制造醋酸纤维素胶片薄膜、塑料和涂料溶剂，还是制备有机玻璃甲基丙烯酸甲酯的重要单体。目前世界上丙酮生产方法主要是异丙苯法、异丙醇氧化法和丙烯直接氧化法等。
我校本科实验教学教材中“丙酮的制备”采用的是异丙醇氧化法。具体步骤是：在 25 mL 圆底烧瓶中，将 5g 重铬酸钾用5mL 水溶解后加入 5mL 异丙醇，摇匀。取一小烧杯加 6mL 水，缓慢加入 2 mL 浓硫酸，摇匀后加入恒压滴液漏斗中。在如图1（a）所示的具有克式蒸馏头的蒸馏装置中进行反应。先加热蒸馏瓶中混合物至沸腾，然后改用小火，用恒压滴液漏斗滴加稀硫酸，保持圆底烧瓶微沸，控制温度收集馏分。通过测定馏分的物理常数———折光率判断馏分的纯度。多年的实验教学发现，本科生在实验过程控制反应速度和温度的能力不高，控制收集馏分温度范围较宽，产品的折光率与理论值偏差较大，经温度矫正后一般在 1.3640～1.3720 左右。本文对制备装置、制备工艺、原料配比及反应工艺进行了调整和系统研究，有效提高了产品纯度。
一、实验试剂与仪器
试剂：异丙醇（分析纯），天津市科密欧化学试剂制造有限公司；重铬酸钾（分析纯），天津市科密欧化学试剂制造有限公司；浓硫酸（分析纯），天津市科密欧化学试剂制造有限公司。
仪器：恒温磁力搅拌器，单口圆底烧瓶，恒压滴液漏斗，克氏蒸馏头，分馏柱，分馏头，直形冷凝管，真空接液管，接收瓶等。
二、实验改进措施
（一）实验装置改进。该实验的问题是收集馏分温度范围较宽，难以控制。主要是由于原料与产品分离效果不好，原料被蒸出则产品纯度不高，馏分温度范围大。因此装置改进首要考虑的是产品与原料的分离问题，故将克式蒸馏头改成分馏头，如图 1（b）所示。为进一步增强分离效果，将分馏头换成分馏柱，如图 1（c）所示。对比分析改进装置 1 和 2 的实验分离效果。（二）合成工艺条件改进。在合成工艺方面主要探索了三方面的改进，一是反应初期加热功率减小，在滴加硫酸过程产生的丙酮蒸汽不蒸出, 待滴加结束后再缓慢加热使丙酮蒸汽缓慢通过分馏装置蒸出。观察温度计读数较稳定时收集馏分，这一改进便于控制反应温度；二是加入重铬酸钾后不加水，重铬酸钾与稀硫酸的固液两相反应速度也很快产生重铬酸氧化剂，此外，固液反应较均相反应速度减慢也便于控制初期氧化反应温度；三是减少异丙醇用量，本反应为了充分消耗氧化剂重铬酸钾，采用异丙醇过量 28.2%，本研究采用二者等当量进行反应，分别考察反应产率和产品纯度。
三、结果与讨论
（一）实验装置与加热模式调整。采用教材实验方案，实验结果如表 1 所示。初始馏分 1 温度较高，折光率较大，更接近原料异丙醇的沸点和折光率（1.3776）。这一结果说明馏分中未反应的原料含量较多，产品纯度很低。馏分 2 中产品含量更低。
安装使用分馏头，在低温下加热，同时滴加浓 H2SO4，待滴加结束后，再调大加热蒸出馏分。馏分收集记录结果如表 2 所示。由表中数据可知，加分馏头后产品初始馏分 1 温度没有明显变化，折光率也没有明显变化，说明分馏头不能很好的实现产品和原料的分离，因此使用分馏头对实验没有显著影响。
安装使用分馏柱，调整加热模式。即先在低温下加热，同时滴加浓 H2SO4，待滴加结束后，再调大加热蒸出馏分。馏分收集记录结果如表 3 所示。由表中数据可知，加分馏柱后产品初始馏分 1 温度明显降低，同时折光率也下降，说明分馏柱很好实现产品和原料的分离，产品纯度提高。但是产率较低。加热方式调整，反应初期采取低功率加热，给反应一些温度，可以使上升的原料和产物的蒸汽不被蒸出，使未反应的异丙醇蒸汽进一步反应充分，后期调大功率加热，将产物丙酮蒸汽导出，收集馏分。这样的加热方式可以使反应更充分进行，产物的纯度更好，提高反应的产率。
（二）改变合成条件。改变合成条件，重铬酸钾中不加水溶解，仍然在低温下加热，同时滴加浓 H2SO4，待滴加结束后，增大加热功率蒸出馏分。馏分记录结果如表 4 所示。分析表中数据发现，不加水后，馏分 1 的温度范围减小了，但产率反而增加，折光率值也变小。馏分 2 的温度范围和折光率也都减小。由此得出结论，不加水溶解重铬酸钾，不但没有影响氧化反应发生，相反可以提高产品的产率，产品的折光率值更小，产品纯度更好。
（三）调整物料配比。根据反应两种物料当量关系，异丙醇的用量降低为 3.9 mL，不过量，不加水，先在低温下加热，同时滴加浓 H2SO4。滴加结束后，再调大加热。实验结果如表 5 所示，馏分 1 的温度范围明显减小，可以控制在 2℃以内，折光率值较接近丙酮理论值。由此发现，异丙醇不过量时，产物中异丙醇的含量显著降低，产品纯度较高，但缺点是产品的产率太低，此法不适用于制备丙酮。
四、结束语
通过异丙醇氧化法制备丙酮，用分馏反应装置能够更好地分离产品和未反应的原料，有利于提高产品纯度；反应原料中异丙醇过量可以提高反应产率；重铬酸钾氧化剂不用水溶解对其氧化能力没影响，产率更高，产品纯度更好；反应初期采取低功率加热，待反应充分后调大功率的加热方式，得到的丙酮纯度较高，折光率更接近于丙酮理论值。
参考文献
[1]楼纪东，吴元耀.丙酮的制备[J].化学试剂，1988，10（4）：248-249.
[2]张金艳，王德利.大学化学实验[M].北京：中国农业大学出版社，2004.
[3]周淑珍，李涛，李玉，等.高纯丙酮制备工艺研究[J].河南化工，2010，27（3）：33-34