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将反应物倒出,静止后物料分层,上层为甲苯,下层是混有DMEA和Na2CO3的双酯。用真空泵真空抽滤可以除去携水剂甲苯。
取抽滤后的反应物加适当蒸馏水搅拌,理论上Na2CO3和DMEA能溶于蒸馏水中,酯不溶于水,因此可以分离开。但事实上,我们静止后发现,分层现象极不明显,说明该双酯溶于或者大部分能溶于水,故不能有效的将Na2CO3和DMEA从产物中除去。该实验方案失败。
图4
【注意的问题】
1)升华问题。做该产品时顺酐易升华,都粘在瓶壁上会导致原料损失。反应温度75度。60度升华现象较严重。
2)100度以下,无催化剂情况下,生成双酯的可能性小。
3)总会有顺酐反应不完,产物冷却后总会以固体形式析出来,产品气味刺激。
4)反应应加少量的浓硫酸(通常为醇用量的1%)催化即可,简化反应后除去硫酸的实验操作。 3.1.2 方案二实验现象及讨论
【步骤简述】取MAH:DMEA=1:3,水浴溶解完全后加少量浓硫酸作催化,减压蒸馏抽水促使单酯化反应,生成单酯后再减压抽胺促使双酯化反应。
【现象分析】75℃水浴的条件下,MAH与DMEA反应先生成单酯(橙黄色),然后加少量的硫酸作催化,采用抽真空法,抽水,促使单酯与DMEA进一步反
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应生成双酯(红棕色)。反应完成后抽真空去除过量的DMEA,余下的就是接枝PP所需的酯。
事实上,我们发现得到的产物中出现明显的分层现象,上层为红棕色粘稠的液态物质,下层则是淡黄色的固体沉淀。经翻阅文献发现,上层的红棕色液态为所要制备的双酯,下层析出的固体为马来酸。
于是我们需要进一步将双酯从混合物中分离出来。向锥形瓶中加入适量的丙酮溶液,溶解产物并转移至离心管中,多洗几次,用离心机,转速调为400r/min,离心5min,再将离心后的上层清液倒入小烧杯中,室温的条件下,丙酮极容易挥发,将小烧杯放置在通风橱内8h,待丙酮彻底挥发尽后,留下的物质为所要合成的双酯。
图5
对该双酯做红外测试发现波峰并不明显,如图
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图6
猜测可能是双酯过于黏稠,致使KBr片的涂层太厚,导致测试效果不理想。 【解决方法】向双酯中加入丙酮,配成5%的丙酮溶液于试管中,再用超声波震荡使溶液均匀,将该溶液涂在KBr片上,分别涂成有1层,2层,3层,4层,5层溶液的KBr片,室温下晾干,完成制样,送去做红外测试。
图7
3.1.3 方案三实验现象及讨论
【步骤简述】先将DMEA与HCl制成铵盐,再加入等量的MAH,以甲苯作溶剂回流,反应结束后减压蒸馏去除溶剂。
【现象分析】由于二甲基乙醇胺和盐酸的挥发性都很大,在溶液加入过程中,要先将盐酸配成20%的稀溶液,再将密度较大的DMEA向稀的盐酸溶液中添加,防止温度过高。将DMEA与盐酸制成铵盐,在酸性条件下,加入MAH后溶液
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仍然保持浅黄色,溶解效果非常好,大大减少了之前的MAH升华问题,加甲苯在115℃下回流。
由于客观条件,反应温度常会有小幅波动,温度110℃时,由于热量损失,体系内溶液不沸腾,不能顺利回流;但温度达到120℃时,体系颜色迅速变黑,气味非常难闻。可能是由于铵盐水解条件下溶液偏酸性,加入MAH后体系的酸值很大,高温下产物碳化。该方案不成功。
图8
3.1.4 方案四实验现象及讨论
【步骤简述】取MAH:DMEA=1:1.5,加少量硫酸催化,在DMSO和THF的混合溶剂回流下反应生成双酯和马来酸,加丙酮重结晶分离后,减压蒸馏去除溶剂。
【现象分析】过量的马来酸酐仅用四氢呋喃溶解效果不好,后补加20mL的DMSO,完全溶解后在THF的沸点下回流8h,冷却至室温时发现溶液没有析出固体的马来酸,于是放入冰箱冷冻一段时间,有大量固体析出,说明该方法MAH 的转化率更低,不是最佳方案。 3.1.5 最佳方案
综上所述,最佳方案是方案二。
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3.2 红外分析
3.2.1 马来酸酐的红外分析
图9
1242cm-1处为环状马来酸酐的C-O伸缩振动。
1782cm-1和1850cm-1处为马来酸酐两个共轭羰基的红外吸收峰,前者是对称的振动耦合谱带,后者是马来酸酐环上两个-C=O反对称振动的耦合谱带。
1641cm-1是属于双键C=C的特征红外吸收峰。
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