不同催化剂催化合成乙酸正丁酯合成

不同催化剂对合成乙酸正丁酯影响的探讨邵明栋周颖指导老师：李红缨（肇庆学院化学化工学院2010化学班）一、实验目的和要求1、学习酯类化合物的制备一般原理和方法2、掌握带分水器的回流冷凝操作3、探究不同催化剂对乙酸正丁酯的合成催化效果二、实验原理乙酸正丁酯是一种重要的有机化工原料,也是染料香料等的重要中间体,广泛应用于涂料,制革,香料,医药等工业.传统的酯化方法是浓硫酸作催化剂直接酯化,但存在硫酸用量大,反应选择性差,副反应多,设备腐蚀,废酸污染等问题.近年来,国内外开发了一系列新型催化剂,其中包括一水合硫酸氢钠,三氯化铝,十二水硫酸铁铵等。为了考察以上不同催化剂的催化作用,笔者做了一系列实验.为了便于说明问题,本文分别选用浓硫酸,一水合硫酸氢钠,十二水硫酸铁铵，三氯化铝作为催化剂制备乙酸正丁酯.主反应副反应H+C4H9OH+H2O2C4H9OC4H9三、试剂与仪器CH3COOH+H+C4H9OHCH3COOC4H9+H2O催化剂剂催化剂1.试剂:乙酸正丁醇浓硫酸一水合硫酸氢钠三氯化铝十二水硫酸铁铵10ml饱和食盐水10%碳酸钠溶液2.仪器:斜三颈烧瓶圆底烧瓶直形冷凝管球形冷凝管分水器蒸馏头接引管锥形瓶分液漏斗水银球温度计阿贝折光仪四、物理常数1、主要反应物、产物的物理常数化合物分子量密度熔点℃沸点℃溶解度乙酸60.151.049216.6117.9任意混溶正丁醇74.120.8098-89.53117.257.920乙酸正丁酯116.160.8825-77.9126.50.7正丁醚130.230.7725-97.9142.2不溶于水2、正丁醇、乙酸正丁酯和水形成的几种恒沸化合物恒沸化合物沸点/℃组成的质量分数/%乙酸正丁酯正丁醇水二元乙酸正丁酯-水90.772.927.1正丁醇-水93.055.544.5乙酸正丁酯-正丁醇117.632.867.2三元乙酸正丁酯-正丁醇-水90.763.08.029.0五、反应装置及实验操作1.实验装置图2.实验步骤2.1浓流酸催化合成乙酸正丁酯在.干燥的三颈烧瓶中加入11.5ml（9.3g，0.125mol）正丁醇和冰醋酸7.9ml(8.3g,0.1375mol)，摇动下慢慢加入浓流酸，混合均匀后加入2粒沸石，装上温度计分水器和冷凝管，在分水器中加入水至下支管口处，在石棉网上小火加热回流40min，控制反应温度和回流速度，回流过程中产生的水逐渐放出，保持分水器中水层液面在原来的高度，并记录分出的水量。直至分水器中的水不再增加时，即可认为反应基本完成。停止加热，待反应冷却至室温，将分水器中液体和反应液全部转入分液漏斗，用10ml饱和食盐水洗涤烧瓶，并将涮洗液合并于分液漏斗中，摇振后静置，分去下层水溶液。然后将酯层依次小心用10ml水、10ml10%碳酸钠溶液、10ml水洗涤，洗涤过程注意振摇漏斗并放气，静置后分去水溶液。称量1-2g无水硫酸镁放入锥形瓶中，把酯层转入锥瓶中干燥至澄清。将干燥的酯转入50的干燥圆底烧瓶中（切勿使无水硫酸镁落入烧瓶），加2粒沸石，安装好蒸馏装置，在石棉网加热蒸馏，收集122—126℃馏分于一预先称量的干燥锥瓶中，称量产物并计算产率。测产物的折光率。2.2十二水合硫酸铁铵催化合成乙酸正丁酯在圆底烧瓶中加9.3ɡ（11.5ml），正丁醇8.0ml乙酸，1.5ɡ十二水合硫酸铁铵，按上述步骤反应45min，停止加热,将分水器中的酯层和反应液一并倒入分液漏斗中，然后同上述方法处理2.3一水合硫酸氢钠催化合成乙酸正丁酯黄骁南[10]等人利用一水合硫酸氢钠作为催化剂合成乙酸正丁酯,在圆底烧瓶中加9.3ɡ（11.5ml），正丁醇7.2ml乙酸，1.0ɡ一水合硫酸氢钠，接上回流冷凝管和分水器,在分水器中预先加入少量饱和食盐水至略低于支管口，反应一段时间后，把水分出，并保持分水器中水层液面在原来的高度,反应30min，停止加热,将分水器中的酯层和反应液一并倒入分液漏斗中，按上述方法洗涤，干燥，常压蒸馏，收集(124-126℃)的馏分，计算产率2.4三氯化铝催化乙酸乙酯的合成宁满霞[3]利用结晶三氯化铝为催化剂合成乙酸在干燥的三颈瓶中加入9.3（11.5ml）正丁醇、4.5ml冰乙酸、3.5ɡ结晶三氯化铝和几粒沸石，依次安装好温度计、分水器、回流冷凝管等，通水冷却。加热，记录好反应时间和温度，待收集到的水与反应生成的水相近时，反应结束。将分水器中的酯层与烧瓶中的反应液混合，依上方法处理2.5产品分析用阿贝折射仪在20℃下测其折光率，其数值分布于同文献值［2］1.3941-1.3943相比较，分析产品的纯度六、注意事项1正确使用分水器2正确判断反应终点A分水器中无油珠下沉B分出水量已达到或超过计算值3影响产品产率的主要因素AC4H9OH是否全部反应完B粗品的干燥程度4实验中应防止乙酸正丁酯的挥发A、洗涤过程中液体静止分层时应注意密闭B、产品要倒入指定的回收瓶七、参考文献［1］孔祥文，于龙，张静，舒燕乙酸正丁酯的绿色合成实验室研究与探索2011,230(2)［2］何坚，孙国宝香料化学与工艺学［M］北京:化学工业出版社，1996:350-351［3］宁满霞结晶三氯化铝催化合成乙酸正丁酯的研究东莞理工学院学报2003，610（1）26-29［4］张连伟乙酸正丁酯合成的研究进展当代化工2005，634（3）173-175［5］由宏君乙酸正丁酯合成的研究进展乙酸正丁酯合成的研究进展20058(1)15-17