丙酮是一種重要的基本有機原料，其化學性質較活潑，能進行鹵代、加成、縮合、還原等反應；作為重要的化工原料，主要用作制造醋酸纖維素膠片薄膜、塑料和涂料溶劑，還是制備有機玻璃甲基丙烯酸甲酯的重要單體。目前世界上丙酮生產方法主要是異丙苯法、異丙醇氧化法和丙烯直接氧化法等。
我校本科實驗教學教材中“丙酮的制備”采用的是異丙醇氧化法。具體步驟是：在 25 mL 圓底燒瓶中，將 5g 重鉻酸鉀用5mL 水溶解后加入 5mL 異丙醇，搖勻。取一小燒杯加 6mL 水，緩慢加入 2 mL 濃硫酸，搖勻后加入恒壓滴液漏斗中。在如圖1（a）所示的具有克式蒸餾頭的蒸餾裝置中進行反應。先加熱蒸餾瓶中混合物至沸騰，然后改用小火，用恒壓滴液漏斗滴加稀硫酸，保持圓底燒瓶微沸，控制溫度收集餾分。通過測定餾分的物理常數———折光率判斷餾分的純度。多年的實驗教學發現，本科生在實驗過程控制反應速度和溫度的能力不高，控制收集餾分溫度范圍較寬，產品的折光率與理論值偏差較大，經溫度矯正后一般在 1.3640～1.3720 左右。本文對制備裝置、制備工藝、原料配比及反應工藝進行了調整和系統研究，有效提高了產品純度。
一、實驗試劑與儀器
試劑：異丙醇（分析純），天津市科密歐化學試劑制造有限公司；重鉻酸鉀（分析純），天津市科密歐化學試劑制造有限公司；濃硫酸（分析純），天津市科密歐化學試劑制造有限公司。
儀器：恒溫磁力攪拌器，單口圓底燒瓶，恒壓滴液漏斗，克氏蒸餾頭，分餾柱，分餾頭，直形冷凝管，真空接液管，接收瓶等。
二、實驗改進措施
（一）實驗裝置改進。該實驗的問題是收集餾分溫度范圍較寬，難以控制。主要是由于原料與產品分離效果不好，原料被蒸出則產品純度不高，餾分溫度范圍大。因此裝置改進首要考慮的是產品與原料的分離問題，故將克式蒸餾頭改成分餾頭，如圖 1（b）所示。為進一步增強分離效果，將分餾頭換成分餾柱，如圖 1（c）所示。對比分析改進裝置 1 和 2 的實驗分離效果。（二）合成工藝條件改進。在合成工藝方面主要探索了三方面的改進，一是反應初期加熱功率減小，在滴加硫酸過程產生的丙酮蒸汽不蒸出, 待滴加結束后再緩慢加熱使丙酮蒸汽緩慢通過分餾裝置蒸出。觀察溫度計讀數較穩定時收集餾分，這一改進便于控制反應溫度；二是加入重鉻酸鉀后不加水，重鉻酸鉀與稀硫酸的固液兩相反應速度也很快產生重鉻酸氧化劑，此外，固液反應較均相反應速度減慢也便于控制初期氧化反應溫度；三是減少異丙醇用量，本反應為了充分消耗氧化劑重鉻酸鉀，采用異丙醇過量 28.2%，本研究采用二者等當量進行反應，分別考察反應產率和產品純度。
三、結果與討論
（一）實驗裝置與加熱模式調整。采用教材實驗方案，實驗結果如表 1 所示。初始餾分 1 溫度較高，折光率較大，更接近原料異丙醇的沸點和折光率（1.3776）。這一結果說明餾分中未反應的原料含量較多，產品純度很低。餾分 2 中產品含量更低。
安裝使用分餾頭，在低溫下加熱，同時滴加濃 H2SO4，待滴加結束后，再調大加熱蒸出餾分。餾分收集記錄結果如表 2 所示。由表中數據可知，加分餾頭后產品初始餾分 1 溫度沒有明顯變化，折光率也沒有明顯變化，說明分餾頭不能很好的實現產品和原料的分離，因此使用分餾頭對實驗沒有顯著影響。
安裝使用分餾柱，調整加熱模式。即先在低溫下加熱，同時滴加濃 H2SO4，待滴加結束后，再調大加熱蒸出餾分。餾分收集記錄結果如表 3 所示。由表中數據可知，加分餾柱后產品初始餾分 1 溫度明顯降低，同時折光率也下降，說明分餾柱很好實現產品和原料的分離，產品純度提高。但是產率較低。加熱方式調整，反應初期采取低功率加熱，給反應一些溫度，可以使上升的原料和產物的蒸汽不被蒸出，使未反應的異丙醇蒸汽進一步反應充分，后期調大功率加熱，將產物丙酮蒸汽導出，收集餾分。這樣的加熱方式可以使反應更充分進行，產物的純度更好，提高反應的產率。
（二）改變合成條件。改變合成條件，重鉻酸鉀中不加水溶解，仍然在低溫下加熱，同時滴加濃 H2SO4，待滴加結束后，增大加熱功率蒸出餾分。餾分記錄結果如表 4 所示。分析表中數據發現，不加水后，餾分 1 的溫度范圍減小了，但產率反而增加，折光率值也變小。餾分 2 的溫度范圍和折光率也都減小。由此得出結論，不加水溶解重鉻酸鉀，不但沒有影響氧化反應發生，相反可以提高產品的產率，產品的折光率值更小，產品純度更好。
（三）調整物料配比。根據反應兩種物料當量關系，異丙醇的用量降低為 3.9 mL，不過量，不加水，先在低溫下加熱，同時滴加濃 H2SO4。滴加結束后，再調大加熱。實驗結果如表 5 所示，餾分 1 的溫度范圍明顯減小，可以控制在 2℃以內，折光率值較接近丙酮理論值。由此發現，異丙醇不過量時，產物中異丙醇的含量顯著降低，產品純度較高，但缺點是產品的產率太低，此法不適用于制備丙酮。
四、結束語
通過異丙醇氧化法制備丙酮，用分餾反應裝置能夠更好地分離產品和未反應的原料，有利于提高產品純度；反應原料中異丙醇過量可以提高反應產率；重鉻酸鉀氧化劑不用水溶解對其氧化能力沒影響，產率更高，產品純度更好；反應初期采取低功率加熱，待反應充分后調大功率的加熱方式，得到的丙酮純度較高，折光率更接近于丙酮理論值。
參考文獻
[1]樓紀東，吳元耀.丙酮的制備[J].化學試劑，1988，10（4）：248-249.
[2]張金艷，王德利.大學化學實驗[M].北京：中國農業大學出版社，2004.
[3]周淑珍，李濤，李玉，等.高純丙酮制備工藝研究[J].河南化工，2010，27（3）：33-34
