金剛烷是一種重要的精細(xì)化工產(chǎn)品，在醫(yī)藥、潤滑劑、催化劑、表面活性劑、照相感光材料等領(lǐng)域有廣泛用途。金剛烷能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)主要是靠三氯化鋁法，三氯化鋁法的優(yōu)點(diǎn)是原料及催化劑便宜易得，工藝簡單。缺點(diǎn)就是收率低、腐蝕設(shè)備、焦油量的控制及產(chǎn)品的分離提純。為了提高金剛烷收率，研究人員在以往研究成果的基礎(chǔ)上，研究了三氯化鋁添加微量水作為助劑的催化體系。試驗(yàn)證明，金剛烷收率有明顯提高。

1、反應(yīng)機(jī)理：

反應(yīng)物為橋式四氫雙環(huán)戊二烯（endo-TCD），endo-TCD先生成它的掛式異構(gòu)體掛式四氫雙環(huán)戊二烯（exo-TCD），然后再異構(gòu)化生成金剛烷（ADH）。從endo-TCD到ADH要經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜的骨架重排過程，見右側(cè)ADH的重排圖。

2實(shí)驗(yàn)部分　　

2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備　　

高壓反應(yīng)釜（1L，威?；C(jī)械廠）、三口燒瓶、氣相色譜儀（7890B，安捷倫）、臺式氣相色譜-（四級）質(zhì)譜聯(lián)用儀（GCMS3100，北京東西分析儀器有限公司）、熔點(diǎn)儀（WRS-3，上海精科）?！　?/p>

2.2實(shí)驗(yàn)藥品　　

環(huán)戊二烯二聚體（純度98.5%以上）、正庚烷（分析純）、1，2-二氯乙烷（分析純）、無水三氯化鋁（分析純）、雷尼鎳（分析純）、乙醇（分析純）、氫氣。　　

2.3實(shí)驗(yàn)操作　　

2.3.1橋式四氫雙環(huán)戊二烯的合成　　

環(huán)戊二烯二聚體與正庚烷以質(zhì)量比1：1，及少量雷尼鎳催化劑，一并加入高壓反應(yīng)釜中，氮?dú)庵脫Q三次，氫氣置換一次。通入3.0MPa的氫氣，溫度110～130℃下反應(yīng)3小時(shí)，降溫，氮?dú)庵脫Q，過濾反應(yīng)液除去催化劑，氣相色譜儀分析各物質(zhì)含量，環(huán)戊二烯二聚體轉(zhuǎn)化率100%，蒸出溶劑，將剩余無色透明液體冷卻后為白色結(jié)晶體。白色晶體用乙醇溶解，使用氣相色譜儀確定其純度：純度98.3%?！　?/p>

2.3.2橋式四氫雙環(huán)戊二烯的異構(gòu)化　　

反應(yīng)在裝有攪拌，溫度計(jì)，冷凝管的三口燒瓶中進(jìn)行，溫度由恒溫油浴鍋控制。橋式四氫雙環(huán)戊二烯與1，2-二氯乙烷以質(zhì)量比10：1一并加入并充分?jǐn)嚢枞芙猓?0℃左右加入無水三氯化鋁催化劑，催化劑與橋式四氫雙環(huán)戊二烯的摩爾比為0.2，攪拌反應(yīng)，氣相色譜儀跟蹤分析橋式四氫雙環(huán)戊二烯的轉(zhuǎn)化率，約反應(yīng)0.5～1小時(shí)，98%以上的橋式四氫雙環(huán)戊二烯異構(gòu)化為掛式四氫雙環(huán)戊二烯，并少量焦油生成，將反應(yīng)液離心過濾除去催化劑?！　?/p>

2.3.3金剛烷的合成　　

離心過的掛式四氫雙環(huán)戊二烯反應(yīng)液加熱到70±2℃，加入無水三氯化鋁催化劑，催化劑與橋式四氫雙環(huán)戊二烯的摩爾比為0.4，加入微量的金剛烷，緩慢滴加水，水與本次加入無水三氯化鋁催化劑的質(zhì)量比為0.01，繼續(xù)攪拌反應(yīng)4～5小時(shí)，反應(yīng)瓶中有大量的金剛烷晶體生成時(shí)，停止反應(yīng)，并伴有少量的焦油生成，使用正庚烷多次萃取反應(yīng)液，蒸出溶劑，粗產(chǎn)品使用水蒸汽汽提提純金剛烷，金剛烷純度99.3%以上。

3、結(jié)論　　

使用無水三氯化鋁做催化劑，使用量與反應(yīng)物掛式四氫雙環(huán)戊二烯的合適摩爾比為0.3：1，選擇水為助催化劑，添加量為催化劑的1%（質(zhì)量比），反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)時(shí)間4小時(shí)，在上述條件下，掛式四氫雙環(huán)戊二烯的轉(zhuǎn)化率為72.1%，以雙環(huán)戊二烯計(jì)，金剛烷的收率可以達(dá)到45.4%。