การสังเคราะห์ Diethyl Ether

สวัสดีครับในบทความนี้จะมาลงลึกเรื่องการสังเคราะห์ Ether (Diethyl Ether) กัน วิธีการ ตัวเร่งปฏิกิรยา และความเสี่ยงที่จะเกิด Peroxide

Acid-catalyzed dehydration

ในการสังเคราะห์ Diethy Ether ด้วย Ethanol นั้น จะเป็นปฏิกิริยาที่เรียกว่า "acid-catalyzed dehydration" สาเหตุที่เรียกว่า "Dehydration" คือในมุมมอง Practical จะเหมือนเป็นการดึงโมเลกุลน้ำออกมาจากโมเลกุลที่เป็นสารตั้งต้น และสุดท้ายมี Side Product เป็น H2O ก็เลยเรียก Dehydration นั้นเอง

ก่อนแรก H+ จากกรด Sulfuric Acid Protonate Oxygen Atom ในหมู่ Hydroxyl ของ Alcohol เกิดเป็น alkyloxonium ion หน้าตาเป็นแบบนี้ CH3CH2-OH2+ มีความเป็น Electropile คือสารที่ขาดอิเล็กตรอน (electron-deficient) มีความต้องการอิเล็กตรอนสูง Ethanol โมเลกุลที่สอง มีความเป็น Nucleophile อ่อน ๆ  จึงเข้ามาโจมตี ด้วยความที่ R-OH2 มีความเป็น Good Leaving Group มาก ๆ จึงหลุดออกมาหลายเป็น H2O และเหลือ CH3CH2-OH(+)-CH2CH3 จากนั้นเมื่อ Deprotonate กลับมาแล้วจะกลายเป็น CH3CH2-O-CH2CH3 ในที่สุด

ขอบคุณภาพจาก: https://www.vedantu.com/question-answer/the-formation-of-diethyl-ether-from-ethanol-is-class-12-chemistry-cbse-5fd24da2000fee57ac1a8c3a

ขั้นตอนการสังเคราะห์

สำหรับ Reaction นี้เราจะแบ่งเป็นสองขั้นตอนใหญ่ ๆ

Sulfuric Acid ในปฏิกิริยานี้ เป็นแค่ตัวเร่งปฏิกิริยา แต่เมื่อปฏิกิริยามาคายน้ำออกมาเรื่อย ๆ กรดก็จะค่อย ๆ เจือจางลง ในกรณีแบบนี้ ก็อาจจะจบปฏิกิริยาได้ช้าลง จึงนิยมใช้กันที่ 15-20% โดยปริมาตรของ Ethanol ซึ่งต้องการ 2 mol เพื่อที่จะได้ Diethyl Ether 1 mol ในเคสนี้ เราก็จะใช้ 200g หรือ 253ml (200 หาร 0.789 g/mL) หรือ 4.34 mol (200 หาร 46.068 g/mL) เพื่อให้ได้ Diethyl Ether 2.17 mol รวม ๆ แล้ว ก็จะใช้กรดประมาณ 40ml นั่นเอง

ดังนั้นขั้นตอนแรกจะใช้แค่ Ethanol 100ml ต่อ 40ml Sulfuric acid (ค่อย ๆ เติม) และให้ความร้อนประมาณ​ 140c ไม่เกิน 160c จนกว่า Diethyl Ether จะค่อย ๆ ถูกกลั่นออกมา จึงไปในขั้นตอนที่สอง

2. การค่อย ๆ เติม Ethanol ที่เหลือจำนวณ 150ml อย่างช้า ๆ พยายามปรับอัตราการหยดให้ เท่ากับ อัตราที่ Diethyl Ether กลั่นออกมา เหตุผลที่เราต้องค่อย ๆ เติมเพราะ เราต้องการโมเลกุล Ethanol สดใหม่ที่ยังไม่ถูก Protonate เข้ามาในระบบเพื่อให้เป็น Nucleophile เข้าไปโจมตี alkyloxonium ion นั่นเอง

ความเสี่ยงที่จะเกิด Peroxide จากการจัดเก็บ

Diethyl ether peroxide นั่นน่ากลัวมาก สามารถเกิดระเบิดได้ เป็น shock-sensitive peroxides หากเจอความร้อน หรือถูกกระแทก เช่น เราไม่รู้ว่า Diethyl Ether ที่เราผลิตและเก็บไว้นานหลายเดือน เจอแสง เจออากาศ เจอความร้อน มี Diethyl ether peroxide ปนเปื้อนอยู่ แล้วเราเอามากลั่น เอามาทำปฏิกิริยา หรือโดนความร้อน เสี่ยงที่จะระเบิดแบบไม่รู้ตัวเลยทีเดียว

การป้องกันสามารถทำได้โดยการเติม Butylated hydroxytoluene (BHT) ลงไปเล็กน้อยเพื่อป้องกันการเกิด Peroxide

คลิปวิดีโอการผลิต Diethyl Ether