正辛烷的合成方法及应用领域

背景与概述^[1]

正辛烷是一种烷烃类有机物，常温下为无色透明液体，相对密度0.7，化学性质稳定。能与苯、石油醚及汽油混溶，溶于乙醚和丙酮，微溶于乙醇，不溶于水。正辛烷易燃，其蒸汽能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限0.84%～3.2%（体积）。高浓度时有麻醉性，有刺激性。在三氯化铝以及氯化氢催化下发生分解和异构化，生成异丁烷、异戊烷和烯烃。正辛烷是工业用汽油的成分之一，还可用作溶剂和有机合成原料。

毒理学性质^[1][2]

正辛烷属于低毒类物质。

急性毒性：LC80g/m3×2小时(小鼠吸入)；小鼠经口0.2ml/只，惊厥、呼吸麻痹、心脏停搏、死亡；人吸入1g/m3×5分钟，粘膜刺激症状。

亚急性和慢性毒性：接触浓度为每立方米数克，连续接触4个月，大鼠甲状腺和肾上腺皮质功能发生可逆性减退。

合成方法^[1][2]

1. 正辛烷的提纯

正辛烷是用途广泛的烃类溶剂之一，工业级正辛烷多为石油馏分经分离制得，纯度较低。对正辛烷进行有效提纯，制备高纯度正辛烷具有重要意义。取原料正辛烷，向其中加入氧化剂进行氧化处理后，蒸馏出正辛烷，用于去除原料正辛烷中的不饱和烃杂质，再将蒸馏后的正辛烷通入装有改性活性炭的吸附剂住进行吸附处理，用于除去氧化过程中形成的高度激极化物质和含苯环类物质等，即可得到纯度≥99%的高纯有机溶剂正辛烷。由于苯环类、不饱和烃中含有的碳碳双键为可吸收紫外可见光的基团，所以去除苯环类、不饱和烃类等有机化合物的正辛烷透光效果也得到改善。

2.正辛烷的合成

于装有搅拌器、回流冷凝器、通气导管(伸入瓶底)的反应瓶中，加入锌-汞齐100g(1.53mol), 250mL浓盐酸、50mL水，搅拌下加入40g(0.35mol)辛酮-2(2),慢慢通入氯化氢气体。若反应过于剧烈，可暂停通氯化氢气体。2-3h后锌-汞齐大部分反应完，停止通氯化氢，放置过夜。撤去搅拌器等，改为水蒸汽蒸馏装置，进行水蒸气蒸馏，直至镏出液透明为止。分出上层油层，用蒸馏水洗涤二次，无水硫酸钠干燥后分镏，收集124-126℃的馏分，得到辛烷26g，收率58%。

3.正辛烷的合成

于装有搅拌器、温度计、回流冷凝器的1L反应瓶中，加入除去氧化层的金属钠(切成小块状)23g(1.0mol)。称取用无水硫酸钠干燥过的溴丁烷(2)68.5g(53mL，0.5mol)，先由冷凝器顶端加入5mL，若反应没有进行，可适当加热，直至反应开始(变蓝色)。慢慢搅拌下，再加入5mL溴丁烷。当反应缓慢时再加入5mL溴丁烷，如此直至溴丁烷加完(约1.5h)。加完后放置1～2h。撤去冷凝器，用滴液漏斗滴加50mL(95%)的乙醇，约30min加完，而后于15min内滴加50mL蒸馏水。搅拌下加热回流3h，使未反应的溴丁烷分解。加入500mL水，分出上层粗品辛烷(17～18g)。用等体积的水洗涤，无水硫酸镁干燥，分馏，收集123～126℃的馏分，得辛烷①(1)约15g，收率52%。注：①用Wurtz反应来制备烷烃，其中往往含有少量的不饱和烃。加入约10%体积的浓硫酸并充分挪动，直至酸层无色或仅有很浅的黄色，分出酸层，依次用10%的饱和碳酸钠、水洗涤，无水硫酸镁或无水钠干燥，而后分馏(或减压分馏)，可得到高纯度的烷烃

应用领域^[3][4]

正辛烷是常见的有机烃，主要被用作制备低碳烯烃，实验中常用正辛烷作为有机溶剂，正辛烷也是常见的有机合成原料，可用于合成卤代烃、醇、醛、有机酸类等基础有机物。

1.裂解为低碳烯烃

乙烯、丙烯是两种重要的基础化工原料，目前主要生产方法为蒸汽裂解、催化裂解等方法。使用多级孔ZMS-5/SiO₂复合催化剂催化正辛烷裂解，72h内裂解主要产物收率分布如下表所示。

2.用作溶剂

正辛烷是一种常有的有机反应溶剂，也被用于高效液相色谱的溶剂。用正辛烷溶解聚异丁烯，通入氯气，100~150℃反应3~6h后，冷却减压抽出残留的HCl和Cl₂，得氯化聚异丁烯。在该反应中正辛烷即为反应溶剂。

主要参考资料

[1]辛烷．物竟化学数据库

[2]范文林，张群星，王洪，有机溶剂正辛烷的提纯方法，CN 201410208564，申请日2014-05-16

[3]赵震，姜桂元，李祥虎，多级孔ZMS-5/SiO₂催化剂及制备方法和正辛烷催化裂解方法，CN 201310353965，申请日2013-08-14

[4]车春玲，一种汽油清净分散剂的制备方法，CN 200910231152，申请日2009-12-10