实验2 二茂铁的制备 - 华中师范大学化学学院本科教学网管理系统
二茂铁制备实验报告
华南师范大学实验报告学生姓名吴健华学号20102401046专业化学(师范) 班级10化学五班课程名称化学综合实验实验类型：□验证□设计√综合实验时间2014 年 3 月27 日指导老师郑盛润老师预习码：54074 实验评分二茂铁的绿色合成一、前言1.1.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法，力求把对环境的影响降到最低限度，培养学生在从事科研与生产活动中绿色、环保理念。
(2)掌握用微型合成装置合成、提取二茂铁的操作技术。
(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.背景知识二茂铁又叫双环戊二烯基铁,学名二环戊二烯基铁,是由两个环戊二烯基阴离子和一个二价铁阳离子组成的夹心型化合物。
其分子式为(C5H5)2Fe,分子量为186,外观为橙黄色针状或粉末状结晶,具有类似樟脑的气味，不溶于水,溶于甲醇、乙醇、乙醚、石油醚、汽油、煤油、柴油、二氯甲烷、苯等有机溶剂。
其分子呈极性,具有高度热稳定性、化学稳定性和耐辐射性,溶于浓硫酸中,在沸腾的烧碱溶液和盐酸中不溶解,不分解。
在化学性质上,二茂铁与芳香族化合物相似,不容易发生加成反应,容易发生亲电取代反应,可进行金属化、酰基化、烷基化、磺化、甲酰化以及配合体交换等反应,从而可制备一系列用途广泛的衍生物。
目前,二茂铁的制备方法主要可分化学合成法和电解合成法两大类。
化学合成法：化学合成法主要有环戊二烯钠法、二乙胺法、相转移催化法、二甲基亚砜法等。
电解合成法：在直流电的作用下,用恒电流法或恒电压法,以铁板和镍板作电极。
随着各种合成技术的出现，其衍生物也多达数百种,因此其用途越来也越来越广。
二茂铁及其衍生物在生活的应用非常广泛，概括的来讲，主要有以下几个方面：作燃料的添加剂，将二茂铁加到燃料中可能起到助燃、消烟以及抗震的作用；作催化剂，二茂铁可作为合成氨以及高分子过氧化物分解的催化剂；在生化和分析上的应用，二茂铁可用于银、钒、汞、铅、金等元素的安培滴定法分析中；作塑料、橡胶等高分子聚合物的添加剂，将二茂铁加到聚乙烯中可以改善聚乙烯电稳定器涂层的效果；此外, 二茂铁还可用于农业、机械等。
二茂铁的合成
实验#2 二茂铁及乙酰基二茂铁
环戊二烯钾
四水合氯化亚铁 分子量 198.81
二茂铁
分子量 186.04 熔点 172-1740C
氯化亚铁溶液 在 5mL 的梨形烧瓶中加入 0.35g 磨细的绿色的四水合氯化亚铁和 1.5mL 二 甲亚砜 用红色 14 20 的隔膜盖紧瓶口 在隔膜上插入一个空的注射器针头 然后插入引进氮 气的针头 往瓶中通入氮气约 1min 以置换瓶中的氧气 拔去针头 用力振荡烧瓶促使氯化亚 铁溶解
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产物可以是单取代产物 2 或是双取代产物 3 在特殊的反的 1 1-二乙酰二茂铁 3
1 本实验由 M D. Gheorghiu 改进 采用 Ac O / H PO 进行酰化 采用微量的化学药品 本实验包括
2
34
以前的教师 教科书以及其他参与过本课程的人员的贡献
12. 氧化铝 Al2O3 常用色谱载体 除大量吸入或摄入外可认为无害
5
13. 二茂铁 [(η -C5H5) 2Fe] 中等毒性的有机金属化合物 按常规小心处理 避免摄入 吸入以及与皮肤接触 长时间暴露于其中可引起肝部损伤 加热分解释放出辛辣的 具刺激性的烟雾
5
5
14. 乙酰基二茂铁[(η --C5H5)Fe(η -C5H4(COCH3))] 剧毒有机金属化合物 小心处理
避免摄入 吸入以及与皮肤接触 加热分解释放出辛辣的 具刺激性的烟雾
.实验步骤
在以下的实验操作中 学生都应严格按照每一步的药品用量要求进行操作 所给出的每步 制备的产量虽不是最高的 但却是学生完成每步制备应达到的产量 若产量明显偏低 表明学 生实验技术较差 有必要重做该步实验
为了最大效率地利用实验时间 在开始实验前认真研究实验相当重要 在二茂铁的制备中 由于环戊二烯单体不稳定 蒸馏后必须马上使用 二茂铁的整个制备过程约需 4h
二茂铁的制备实验报告
二茂铁的制备实验报告
实验目的：掌握两步法合成二茂铁的实验方法，理解二茂铁的结构及其化学性质。
实验原理：二茂铁是一种具有很强的磁性和光学性质的五元环化合物。
其制备方法一般采用两步法，第一步是通过铁冠醚与钠反应得到二茂铁钠，第二步是通过盐酸将其酸化得到二茂铁。
实验步骤：
1.准备实验所需的器材和试剂，清洗干净，并在通风橱中进行。
2.将10.0 g钠粒用手指拿出5个，然后还原分散在无水乙醇中。
3.将10.0 g铁二甲酸根铵溶于50 mL蒸馏水中，滴加6.0 mL10%水合肼溶液，搅拌均匀至铁二甲酸根铵充分溶解。
然后将适量液氨加入溶液，调节PH至10-11。
此时，加入磁力搅拌子。
4.滴加钠乙醇溶液至观察到溶液变为棕色，此时可以停止反应。
5.过滤棕色溶液，沉淀放置至室温下压榨液体垫干。
6.加入10 mL无水乙醇，使沉淀完全颗粒化，然后抽滤并压干。
7.将压榨的样品加入烷基苯（或氯仿）中，进行提纯，得到二茂铁粉末。
用甲苯或丙酮洗涤干净，然后烘干。
8.将得到的二茂铁样品称量，计算收率。
实验结论：通过本次实验，成功地制备了二茂铁，并得到了80.5%的收率。
实验的过程严谨，结论可靠。
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Fe
实验原理
• 二茂铁的制备方法较多，本实验采用非水 溶剂法，是实验室合成二茂铁的一种较为 简单易行的方法。其制备反应如下
2KOH + FeCl2 + 2C5H6 2KCl + 2H2O
(C5H5)2 Fe +
C5H6 久存后会聚合为二聚体，使用前重新 蒸馏使其解聚为单体。
实验原理
• 二茂铁经过升华法提纯后，在磷酸的催化下，
N2
二茂铁的制备
实验装置
升华法提纯二茂铁
实验装置
干燥管
15 min 二茂铁 乙酸酐 磷酸 水浴
水解、中和 冷却、抽滤 冰 乙酰二茂 铁粗产物
乙酰二茂铁的制备
实验步骤
从环戊二烯二聚体制备环戊二烯单体
173～174 ℃ 25 ℃ 环戊二烯二聚体 分子量132.20 沸点170 ℃ 环戊二烯 分子量66.10 沸点41 ℃
实验步骤
60 ml无水乙醚 25 g细粉末状KOH 氮气 搅拌溶解10 min 6.5 g无水二氯化铁 25 ml二甲亚砜 继续搅拌30 min 再加入25 ml乙醚 充分搅拌后，静置 水两次25 ml洗涤 蒸发
二茂铁的制备
滴入 5.5 ml环戊二烯 再搅拌10 min 45 min滴入
溶解后转入
二茂铁和乙酰二茂铁 的制备
实验目的
• 通过二茂铁和乙酰二茂铁的合成 掌握无机制备中无水无氧实验操作的 基本技能: 了解二茂铁的基本性质； 学习升华法、重结晶法纯化化合物的 操作技能。
实验原理
固态时，两个环戊二烯环互为交 错结构；在溶液中，两个环可以 自由旋转； 在常温下为橙色晶体，有樟脑气 味； m.p. 173～174, b.p. 249℃,当温 度高于100℃时容易升华，高于 400℃不分解； 二茂铁具有芳香性； 对碱和非氧化性酸稳定，能溶于 苯、乙醚、石油醚等大多数有机 溶剂中，基本不溶于水。
二茂铁的合成
2 ( C5H5 ) 2FeCl + 2C5H5Mg Br ( C5H5) 2+ MgBr2+ MgCl 2
2. 环戊二烯钠法〔1〕
2 ( C 5H 5 ) 2F e +
环戊二烯在烧碱作用下, 生成环戊二烯
基 钠( C5H5 Na) , 然后在四氢呋喃溶液中, 与
氯化亚铁反应而制得。
C5H6+ NaOH
Na+ 反复进行这系列反应, 在阴极上不
断地生成二茂铁。将暗红色的电解液用石油
醚抽提, 再将抽提液浓缩, 冷却 至 0℃, 即可
析出橙红色的二茂铁。故总反应式为:
电流 2C5H6+ F e ( C5H5) 2Fe+ H2↑
显然, 电化学合成二茂铁工艺简单, 宜于
工业化生产。其成本仅为化学合成法的八分
C5H5Na+ HC5H5) 2Fe+ 2NaCl
3. 二乙胺一步法〔2〕
环戊二烯在二乙胺中与无水三氯化铁直
接反应。环戊二烯使三氯化铁还原为氯化亚 铁, 再与两个脱去一个氢离子的环戊二烯负 离子生成二茂铁。
据日本专利介绍〔3〕, 在 1mol F eCl3 和 13 mol 二乙胺中加入 4mol 环戊二烯; 搅拌反应 2h, 再用稀硫酸处理, 能够得到收率为 91% 的二茂铁。
一、二茂铁的性质
二茂铁亦称双环戊二烯基铁, 是一种结 构稳定、具有芳香性的有机金属化合物。其分 子式为( C5H5 ) 2F e, 为一种 橙黄色 的针状 结 晶。熔点 173- 174℃, 沸点 249℃, 具有类似 樟脑的气味。不溶于水, 可溶于甲醇、乙醇、乙 醚和苯等有机溶剂。可进行水蒸汽蒸馏; 具有 较高热稳定性、化学稳定性和耐辐射性。
二茂铁的合成和电化学性能研究
二茂铁的合成和电化学性能研究实验目的：1.了解二茂铁这一典型金属有机化合物的合成方法和有关性质。
2.学会电化学电极的准备和操作。
3.熟悉常规的电化学测试方法（循环伏安法和交流阻抗法）以及数据的处理。
实验原理：1.二茂铁：二茂铁(Fe(C5H5)2, ferrocene, Fc)是一个典型的金属有机化合物 夹心型结构 G Wilkinson 和Woodward 在1952年确定了它的结构。
性质：熔点：172～173℃，400℃不分解，但在100℃开始升华。
能溶于乙醚、石油醚等非极性溶剂，不溶于水。
对碱和非氧化性酸稳定。
具有芳香性，在环上能进行酰化反应，烷基化反应等芳香环所具有的反应特性。
特别是它的带有手性的衍生物，可以作为手性配体，用于手性化合物催化合成的辅助配体。
2.二茂铁的制备二茂铁的合成方法很多，一般都是用绿化亚铁和环戊二烯的盐在碱的作用下得到。
例如：3.循环伏安法在一定扫描速率下，从起始电位正向扫描到转折电位期间，溶液中Red 被氧化生成Ox ，产生氧化电流；当负向扫描从转折电位变到原起始电位期间，在指示电极表面生成的Ox 被还原生成Red ，产生还原电流。
从循环伏安图上读取以下数据： 可逆性判断： 计算电极面积和扩散系数: Fe FeCl 2 +C 5H 6三乙胺Fe(C 5H 5)2FeCl 2 + MC 5H 5(M=Na, K)Fe(C 5H 5)2FeCl 2 + C 5H 5MgBr Fe(C 5H 5)2i —E 曲线pc ϕpa ϕpcpa 0'()2ϕϕϕ+=pa i pc i pa pc 1i i ≈pc pa 0.059nϕϕϕ∆=-=53/21/21/2p 2.6910i n ACD v =⨯4.交流阻抗:也叫做电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy，简写为EIS)，早期的电化学文献中称为交流阻抗(AC Impedance)。
实验2二茂铁的制备
2. 铅的难溶盐
（1）氯化铅 0.5ml水+5d Pb(NO3)2+4dHCl
① 加热 ② + 浓HCl
PbCl2+2HCl(浓)＝H2[PbCl4]
（2）碘化铅 1.0ml水+5d Pb(NO3)2+4dKI，Δ
PbI2+2KI＝K2[PbI4]
（3）铬酸铅 5d Pb(NO3)2+几d K2CrO4
（2）铅、锑、铋的硫化物
PbS + 4HCl(浓)＝H2[PbCl4] + H2S Sb2S3 + 12HCl＝2H3[SbCl6] + 3H2S Bi2S3 + 8HCl＝2H [BiCl6] + 3H2S Sb2S3 + 6OH-＝SbS33- + SbO33- + 3H2O Sb2S3 + 3S2-＝2Sb2S33Sb2S3 + 3Sx2-＝2Sb2S43-+ S PbS + HNO3→S+Pb2+ + NO2 + H2PbCrO4+4OH-＝[Pb(OH)4]2-+ CrO42
② +6mol·L-1HNO3
（4）硫酸铅 1.0ml水+5d Pb(NO3)2+Na2SO4
白色沉淀 +NaAc（s）
PbSO4+2NaAc＝Pb(Ac)2+ Na2SO4
思考题
1. 实验中如何配制氯化亚锡溶液？ 2. 预测二氧化铅和浓盐酸反应的产物是什么？写出
AlCl3+NH3·H2O+NH4Cl
三、ⅠA、ⅡA元素的焰色反应
用LiCl、NaCl、KCl、CaCl2 、SrCl2、BaCl2进行焰色反应
实验一_华南师范大学实验报告
华南师范大学实验报告【前言】1、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法，力求把对环境的影响降到最低限度，培养学生在从事科研与生产活动中绿色、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。
2、意义由于二茂铁及其衍生物具有广泛的用途,特别是在航天及军事工业上的应用,因而发达国家发展迅速。
我国从20世纪60年代开始研制二茂铁,但生产和衍生物的开发应用方面均较落后,年产量约2kt,而国内年需求量约为7.5kt,产不足需。
随着二茂铁在石油、石油切割气、汽油、柴油等方面的应用,二茂铁的特殊作用逐渐被国人所认识,其应用范围将越来越广。
另外,随着我国石油化工的不断发展,C5来源也不断增加,以环戊二烯为原料制备二茂铁,进而开发二茂铁及其衍生物的利用途径,对于合理利用石油化工的C5资源具有一定的现实意义,同时也将推动金属有机化工产品在我国的开发和利用。
因此二茂铁及其衍生物的生产和应用开发在国内将会有一个突破性进展,开发利用前景广阔。
3、文献综述与总结二茂铁（FcH）又名双环戊二烯基铁，学名二环戊二烯基铁，属于金属有机化合物，它是由两个环戊二烯基阴离子和一个二价铁阳离子组成的具有夹心形状的化合物（见图），其分子式为（C5H5）2Fe。
二茂铁易溶于甲醇、乙醇、乙醚、石油醚、汽油、二氯甲烷、苯等常用有机溶剂，溶于浓硫酸，在沸腾的烧碱和盐酸溶液中不溶解、不分解；二茂铁具有高度热稳定性、化学稳定性和耐辐射性；二茂铁具有芳香性，100℃以上能升华，不容易发生加成反应，易发生取代反应；此外二茂铁还有低毒性，在溶液中两个环可以自由旋转等特点。
正是基于二茂铁的这种稳定性、芳香性、低毒、亲油性、富电性、氧化还原性和易取代等特点，使得自二茂铁出现以来就引起了广大科研工作者极大的兴趣，对于二茂铁及其衍生物的合成、结构及性质和应用的研究一直以来都是大家所关注的热点。
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N2
二茂铁的制备
实验装置
升华法提纯二茂铁
实验装置
干燥管
15 min 二茂铁 乙酸酐 磷酸 水浴
水解、茂铁的制备
实验步骤
从环戊二烯二聚体制备环戊二烯单体
173～174 ℃ 25 ℃ 环戊二烯二聚体 分子量132.20 沸点170 ℃ 环戊二烯 分子量66.10 沸点41 ℃
参考文献
• Eugene G. Rochow 主编；申泮文译. 无 机合成. 第六卷， 科学出版社，1972： 142.
王伯康等编.中级无机化学实验. 高等教育 出版社，1984.
•
二茂铁和乙酰二茂铁 的制备
实验目的
• 通过二茂铁和乙酰二茂铁的合成 掌握无机制备中无水无氧实验操作的 基本技能: 了解二茂铁的基本性质； 学习升华法、重结晶法纯化化合物的 操作技能。
实验原理
固态时，两个环戊二烯环互为交 错结构；在溶液中，两个环可以 自由旋转； 在常温下为橙色晶体，有樟脑气 味； m.p. 173～174, b.p. 249℃,当温 度高于100℃时容易升华，高于 400℃不分解； 二茂铁具有芳香性； 对碱和非氧化性酸稳定，能溶于 苯、乙醚、石油醚等大多数有机 溶剂中，基本不溶于水。
称重 测定熔点
注意事项
通常“解聚”应在合成二茂铁的当天做，
不然，馏出液必须密封后放在液氮中保存。
蒸发乙醚时要注意安全，避免明火。
在升华法提纯二茂铁时，温度不可超过180 摄氏度。
思考题
本实验在合成二茂铁时，为什么操作要求 在严格的无水条件下？
分析影响二茂铁产率的因素，如何提高它 的合成产率？ 为什么在升华法提纯二茂铁时，温度不可 超过180摄氏度？ 在制备乙酰二茂铁时，为什么中和反应需 要在低温下进行？
Fe
实验原理
• 二茂铁的制备方法较多，本实验采用非水 溶剂法，是实验室合成二茂铁的一种较为 简单易行的方法。其制备反应如下
2KOH + FeCl2 + 2C5H6 2KCl + 2H2O
(C5H5)2 Fe +
C5H6 久存后会聚合为二聚体，使用前重新 蒸馏使其解聚为单体。
实验原理
• 二茂铁经过升华法提纯后，在磷酸的催化下，
上层清夜
2 mol· L-1 HCl 两次25 ml洗涤
称重 测定熔点 试验其在浓硫酸、浓盐酸、 浓NaOH 中的溶解性
实验步骤
乙酰二茂铁的制备
10 ml乙酸酐 1 g 二茂铁 2 ml 85% 的磷酸 沸水 固体碳 酸氢钠 中性
10 mL 冷 水
15 min 后 40 g碎冰
抽滤 水洗
石油醚（60-90℃） 重结晶
二茂铁与醋酸酐反应，得到乙酰二茂铁。反
应式如下：
COCH3
Fe
乙酸酐 磷酸
乙酸酐 磷酸
H3COHC
COCH3
Fe
Fe
乙酰二茂铁可以经由石油醚重结晶提纯
实验装置
接收瓶中放入 少量CaCl2 ,使 用电热套加热， 收集41℃ ～ 42 ℃馏分约50 mL, 环戊二烯单体的制备 备用
实验装置
接液封装置
实验步骤
60 ml无水乙醚 25 g细粉末状KOH 氮气 搅拌溶解10 min 6.5 g无水二氯化铁 25 ml二甲亚砜 继续搅拌30 min 再加入25 ml乙醚 充分搅拌后，静置 水两次25 ml洗涤 蒸发
二茂铁的制备
滴入 5.5 ml环戊二烯 再搅拌10 min 45 min滴入
溶解后转入