常州工程职院化学实验技术课件05食品添加剂乙酸异戊酯的制备

项目项目5:5:食品添加剂乙酸异戊酯的制备食品添加剂乙酸异戊酯的制备（（preparationofthepreparationoftheIsopentylIsopentylacetateacetate））任务任务1:1:学生查阅资料、确定方案学生查阅资料、确定方案2 告知任务告知任务(informtask)(informtask)研制研制“ “乙酸异戊酯乙酸异戊酯” ”产品产品1010公斤公斤纯度纯度：：≥≥95%95%市场售价市场售价：：223223元元/100mL/100mL下达任务单下达任务单3 îî布置调研报告，下达任务单布置调研报告，下达任务单选择合成路线及确定合成条件：4学时乙酸异戊酯的制备实训：6学时检查评价：2学时进度安排以工作组为单位，实训小组（2人/组）完成制备过程。产率＞60%。能力要求：能运用图书资源及互联网查找资料；能运用醇与羧酸的性质提出酯的制备方法，并能按工艺的优质、高产、低耗、环保原则对合成路线作讨论。能按已确定的合成方案选择实训仪器,搭建实训装置,能学会带油水分离器的回流操作，巩固蒸馏操作及分液漏斗的使用及干燥剂的选用。知识要求：醇、羧酸的性质，酯化反应原理。酯、酸、醇、醚的物理性质及应用。共沸物的形成及应用。提交材料：1．乙酸异戊酯的制备过程所涉及的各反应物、辅助试剂、中间产物、主副产物的物理性质一览表。2．乙酸异戊酯的制备方案。3．乙酸异戊酯的制备实训报告。项目要求制备方法承接单位（组）（12学时）完成时间产品应为无色透明液体，纯度在90%以上，数量10kg。产品要求AAA贸易公司项目来源食品添加剂乙酸异戊酯的制备项目名称4 参考资料参考资料nn11．孙琳等，．孙琳等，乙酸异戊酯合成实训改进，烟台师范学院学乙酸异戊酯合成实训改进，烟台师范学院学报，报，20042004，，2020nn22．刘春生等，活性碳固载三氯化铁非均相催化合成乙酸．刘春生等，活性碳固载三氯化铁非均相催化合成乙酸异戊酯，香料香精化妆品，异戊酯，香料香精化妆品，20062006，，44nn33．丁敬敏，化学实验技术（．丁敬敏，化学实验技术（II），北京：化学工业出版），北京：化学工业出版社，社，20022002。。nn44．高占先主编，有机化学实验，北京：高等教育出版．高占先主编，有机化学实验，北京：高等教育出版社，社，20052005。。nn55．刘湘，刘士荣编，有机化学实验，北京：化学工业出．刘湘，刘士荣编，有机化学实验，北京：化学工业出版社，版社，20072007。。nn66．李吉海主编．李吉海主编，基础化学实验（，基础化学实验（IIII））—— ——有机化学实验，有机化学实验，北京：化学工业出版社，北京：化学工业出版社，20042004。。66．．nn77．中文期刊网．中文期刊网îî撰写调研报告撰写调研报告5 îî教学过程教学过程工作组汇报乙酸异戊酯的合成路线工作组汇报乙酸异戊酯的合成路线 1 2 2 评价各工作组的合成路线评价各工作组的合成路线确定乙酸异戊酯的合成路线、具体工艺确定乙酸异戊酯的合成路线、具体工艺总结总结 3 3 4 4 5 5 查阅乙酸异戊酯的合成路线查阅乙酸异戊酯的合成路线 1 16 研发室主任课外提供合成路线的选择途径，研发室主任课外提供合成路线的选择途径，由试验员分别运用互联网和图书资料查阅信由试验员分别运用互联网和图书资料查阅信息，并进行分析整理。息，并进行分析整理。îî查阅查阅乙酸异戊酯的合成路线的合成路线7 乙酸异戊酯的主要性质的主要性质及用途及用途îî汇报、分析目标化合物汇报、分析目标化合物nn中文名：乙酸异戊酯，香蕉水中文名：乙酸异戊酯，香蕉水nn英文名称：英文名称：isopentylisopentylacetateacetatenn分子式：分子式：C7H14O2CASC7H14O2CAS：：123123--9292--22nn外观：外观：无色透明液体无色透明液体折光率折光率2020℃℃：：1.40001.4000--1.40401.4040nn香气：较强的新鲜果香，稍甜，有类似熟香蕉、生梨和苹果香气：较强的新鲜果香，稍甜，有类似熟香蕉、生梨和苹果样的气味样的气味nn蒸汽压：蒸汽压：0.7kPa/250.7kPa/25℃℃熔点：熔点：--7878℃℃nn沸点：沸点：143143℃℃密度：密度：相对密度相对密度0.680.68--0.8780.878nn危险标记：危险标记：7(7(易燃液体易燃液体))nn主要用途：用作溶剂，及用于调味、制革、人造丝、胶片和主要用途：用作溶剂，及用于调味、制革、人造丝、胶片和纺织品等加工工业。可用于香皂、合成洗涤剂等日化香精配纺织品等加工工业。可用于香皂、合成洗涤剂等日化香精配方中，但主要用于食用香精配方中，可调配香蕉、苹果、草方中，但主要用于食用香精配方中，可调配香蕉、苹果、草莓等多种果香型香精莓等多种果香型香精8 工作组汇报的合成路线工作组汇报的合成路线nn乙酸和异戊醇直接酯化法合成乙酸和异戊醇直接酯化法合成nn乙酸酐和异戊醇的酯化乙酸酐和异戊醇的酯化（该法不需催化剂）（该法不需催化剂）nn乙酸与异戊酯酯化的催化剂改良法多种：如用强乙酸与异戊酯酯化的催化剂改良法多种：如用强酸性阳离子交换树酯、三氯化负载物、对甲苯磺酸性阳离子交换树酯、三氯化负载物、对甲苯磺酸等。酸等。îî汇报合成路线汇报合成路线 CH 3 COOH + (CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 2 OH CH 3 COOCH 2 CH 2 CH(CH 3 ) 2 + H 2 O 催化剂9 îî评价合成路线评价合成路线合成路线的选择因素之一10 方案一：强酸性阳离子交换树酯法方案一：强酸性阳离子交换树酯法nn优点：优点：固体催化剂，活性高，固体催化剂，活性高，产品易分离，不用带水剂。产品易分离，不用带水剂。nn缺点：缺点：价格高，制备麻烦，价格高，制备麻烦，副反应多，产品纯度低副反应多，产品纯度低nn报道产率：报道产率：97%97%îî选择合成路线选择合成路线11 îî选择合成路线选择合成路线方案二：对甲苯磺酸法方案二：对甲苯磺酸法nn优点：优点：无氧化性，无碳化作用，腐蚀小，无氧化性，无碳化作用，腐蚀小，污染小。不用带水剂。污染小。不用带水剂。nn缺点：缺点：不易与产物分离，有一定腐蚀不易与产物分离，有一定腐蚀nn报道产率：报道产率：96%96%12 方案三：三氯化铁负载物催化方案三：三氯化铁负载物催化îî选择合成路线选择合成路线nn优点：优点：nn产品易分离，无腐蚀，产品易分离，无腐蚀，nn催化剂可重复使用催化剂可重复使用nn缺点：缺点：nn催化剂价格，制作麻烦催化剂价格，制作麻烦nn报道产率：报道产率：90%90%13 方案四：硫酸氢盐或硫酸盐催化方案四：硫酸氢盐或硫酸盐催化îî选择合成路线选择合成路线nn优点：优点：nn副反应少，污染少，副反应少，污染少，nn催化剂便宜，易得催化剂便宜，易得nn缺点：缺点：nn产率不高产率不高nn报道产率：报道产率：85%85%合成路线的选择原则合成路线的选择原则—— —— îî确定合成路线确定合成路线综合上述考虑，考虑到实验室的条件、原料的采购、环保问题，采用硫酸催化较为现实可行。总结实验室有机合成路线的原则：优质、高产、低耗、可行。 CH 3 COOH+(CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 2 OH CH 3 COOCH 2 CH 2 CH(CH 3 ) 2 +H 2 O 硫酸15 拟定小试方案思路拟定小试方案思路nn小试方案内容：各原料辅料的名称用量、反应仪器名称规小试方案内容：各原料辅料的名称用量、反应仪器名称规格、反应装置、工艺指标、小试步骤。格、反应装置、工艺指标、小试步骤。nn合成过程中应考虑的工艺指标主要有：原料比、溶剂、反合成过程中应考虑的工艺指标主要有：原料比、溶剂、反应仪器及装置、反应时间、反应温度。应仪器及装置、反应时间、反应温度。îî拟定小试方案拟定小试方案16 问题：反应条件的确定可从哪几方面考问题：反应条件的确定可从哪几方面考虑？虑？nn原料（反应物料、辅助试剂）原料（反应物料、辅助试剂）nn反应器反应器nn加料方式加料方式nn反应温度反应温度nn反应时间反应时间îî确定工艺条件确定工艺条件主反应方程式主反应方程式îî确定工艺条件确定工艺条件 CH 3 COOH+(CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 2 OH CH 3 COOCH 2 CH 2 CH(CH 3 ) 2 +H 2 O 硫酸18 反应原理反应原理nn1.1.羧酸和醇在酸催化下发生酯化反应，分子间脱羧酸和醇在酸催化下发生酯化反应，分子间脱水制备酯的方法水制备酯的方法nn2.2.也可用酯交换反应、酸酐与醇发生反应，不过也可用酯交换反应、酸酐与醇发生反应，不过从经济角度来看，都不是价廉的路线。从经济角度来看，都不是价廉的路线。nn问题：复习酯化反应的原理问题：复习酯化反应的原理19 原料原料nn问题问题11、如何配料？、如何配料？nn问题问题22、各反应物投料多少？、各反应物投料多少？nn问题问题33、反应体系如何选择？、反应体系如何选择？îî确定工艺条件确定工艺条件原料：冰醋酸、异丙醇溶剂条件：环已烷、浓硫酸冰醋酸 8.6mL 异丙醇： 13.5mL 环已烷： 10mL 浓硫酸：1.6g 反应体系为酸性，以环已烷为反应溶剂体系20 反应液占反应器的反应液占反应器的1/2~2/31/2~2/3。。îî确定工艺条件确定工艺条件21 îî确定工艺条件确定工艺条件带油水分离器的回流装置22 硫酸催法制备乙酸异戊酯硫酸催法制备乙酸异戊酯î乙酸异戊酯小试最终确定方案小试最终确定方案一：酯化反应一：酯化反应 1 1）在）在100mL 100mL圆底烧瓶中加入圆底烧瓶中加入8.6mL 8.6mL冰醋酸，冰醋酸，再加入再加入13.5mL 13.5mL异戊醇和异戊醇和10mL 10mL环己烷，环己烷，分批加入分批加入2mL 2mL浓硫酸后混合均匀，摇均后浓硫酸后混合均匀，摇均后加入沸石。另外在分水器中预先加水至支管加入沸石。另外在分水器中预先加水至支管口后再放出口后再放出 2.5mL 2.5mL水。水。 2 2）安装带分水器的回流装置。）安装带分水器的回流装置。 3 3）用电热套加热回流，至分水器中水层不再增）用电热套加热回流，至分水器中水层不再增加为止。反应约需加为止。反应约需1.5h 1.5h。。23 二：分离、洗涤、干燥二：分离、洗涤、干燥11）撤去热源，稍冷后拆除回流装置。）撤去热源，稍冷后拆除回流装置。22）待烧瓶中反应液冷却至室温后，将其倒入分液漏斗中（注意）待烧瓶中反应液冷却至室温后，将其倒入分液漏斗中（注意勿将沸石倒入！）用勿将沸石倒入！）用30mL30mL冷水淋洗烧瓶内壁，洗涤液并入冷水淋洗烧瓶内壁，洗涤液并入分液漏斗。充分振摇，静置。待液层分界清晰后，移去顶塞分液漏斗。充分振摇，静置。待液层分界清晰后，移去顶塞（或将塞孔对准漏斗孔），缓慢旋开旋塞，分去水层。（或将塞孔对准漏斗孔），缓慢旋开旋塞，分去水层。33）有机层用）有机层用20mL1020mL10％碳酸氢钠溶液分两次洗涤。最后再用饱和％碳酸氢钠溶液分两次洗涤。最后再用饱和氯化钠溶液洗涤一次。分去水层，有机层由分液漏斗上口倒氯化钠溶液洗涤一次。分去水层，有机层由分液漏斗上口倒入干燥的锥形瓶中。入干燥的锥形瓶中。44）向盛有粗产物的锥形瓶中加入约）向盛有粗产物的锥形瓶中加入约2g2g无水硫酸镁，配上塞子，无水硫酸镁，配上塞子，振摇至液体澄清透明，再放置振摇至液体澄清透明，再放置20min20min。。硫酸催法制备乙酸异戊酯硫酸催法制备乙酸异戊酯î乙酸异戊酯小试最终确定方案小试最终确定方案24 三：蒸馏提纯三：蒸馏提纯安装一套干燥的普通蒸馏装置。安装一套干燥的普通蒸馏装置。将干燥好的粗酯小心地滤入烧瓶中，将干燥好的粗酯小心地滤入烧瓶中，放入几粒沸石，用电热套（或甘油放入几粒沸石，用电热套（或甘油浴）加热蒸馏，用干燥并事先称量浴）加热蒸馏，用干燥并事先称量其质量的锥形瓶收集其质量的锥形瓶