乙酸丁酯的合成与精制1

乙酸丁酯的合成与精制方案一•实验知识背景1、 简介乙酸丁酯，又名乙酸-2-甲基丙脂，英文名isobutylacetate，无色有果香气味的液体,分子式为C6H12O2,相对分子量111・16沸点(101・3kPa)126.114C,熔点-73.5C,相对密度0.8807,折光率为1.3941,燃点为421C，乙酸丁酯微溶于水，能与醇、醚等一般有机溶剂混溶，在酸或碱的作用下，水解生成乙酸和丁醇。2、 性质分子式：C6H1202。分子量:116.16。FEMA:2174。CAS:123-86-4。密度:0.8764熔点(°C):-77.9沸点(C):126.1闪点(C):22(闭杯)折射率:1.3907(19C)色状：无色液体。溶解情况： 溶于醇、醚、醛等有机溶剂，溶于180份水。稳定性：在弱酸性介质中较稳定。3、 用途乙酸丁酯是一种重要的化工产品，也是重要的有机合成中间体，广泛用于有机合成、塑料、涂料等工业。它是化工、军工、医药等行业的主要溶剂，特别是清漆、人造革、塑料等物质的良好溶剂。此外，它还是制造油漆、飞机漆的主要原料，可用于香料、化妆品、食品添加剂、防腐防霉剂和药物的合成工业中。乙酸正丁酯具有广泛的应用价值和巨大的发展前景。随着经济的发展和人民生活水平的提高，对乙酸丁酯的需求量也越来越大。目前，工业上大多数采用浓硫酸催化酯化乙酸丁酯，但该法存在反应时间长、副反应多、后处理困难、产品损失大、设备腐蚀严重、存在安全隐患和三废污染严重等问题。因此，开发催化活性高和环保型的催化剂如固体酸催化剂代替浓硫酸势在必行。4、 目前酯的制备途径很多，其反应式如下：RC00H+R'CH20H〜RC00CH2R'+H20RC00R'+R”CH20H〜RC00R”+R'CH20HRC00R'+R”C00H~RC00R”+R'C00HRC0CL+R'0H~RC00R'+HCl(RC0)20+2R'0H~2RC00R'+H20RC00R'+R”C00R”'〜RC00R”'+R”C00R'RC00Na+R'Cl〜RC00R'+NaCl其中，①为有脂肪酸与脂肪醇的直接脱水反应；②和③为脂肪酸酯与脂肪醇或脂肪酸置换生成新酯的反应；④为脂肪酸酰卤和醇的反应；③为两种酯之间的酯交换反应；⑥为脂肪酸酐与醇的反应；⑦为脂肪酸盐与卤代烷的反应。上述制备酯的反应中，工业上应用最多的是①②③三种方法。6、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116.160.8825-77.9126.50.72、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/C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90.763.08.029.05、传统实验原理反应：一浓H「SO.CH3COOH+CH3CH2CH2CH2OH CH3COOCH2CH2CH2CH3+H2。副反应：浓HSO〜' 42CH3CH2CH2CH2OH H3CH2CH2CH2OCH2cH2cH2CH3+H2。浓H,O4・CH3CH2CH2CH2OH 3CH2CH=CHJ+H2O为了促使反应向右进行，通常采用增加酸或醇的浓度或连续地移去产物（酯和水）的方式来达到的。在实验过程中二者兼用。至于是用过量的醇还是用过量的酸,取决于原料来源的难易和操作上是否方便等诸因素。提高温度可以加快反应速度。二•乙酸乙酯的合成方法文献探究在合成乙酸乙酯过程中，有多种催化剂可以实现反应。传统上羧酸酯类的合成都是用浓硫酸作催化剂，但存在诸如设备易腐蚀、副反应多、废酸排放污染环境等弊端。因此人们不断寻求更优良的催化剂来代替硫酸。下面我们通过对前人用不同催化剂的进行反应取得的结果进行探讨。（文献来源见尾页标注）采用活性炭负载四氯化锡做催化剂采用活性炭负载四氯化锡做催化剂，用活性炭将四氯化锡分散，减少了四氯化锡的用量，提高了催化活牲，具有选择性好、后处理工艺简单、催化剂易回收等优点。但催化剂还要花时间制备。2•采用等体积浸渍法：负载型催化剂，并用于催化乙酸与正丁醇的酯化反应。考察了反应条件对乙酸转化率的影响。结果表明，适宜的反应条件为反应时间3h、原料醇酸比为4:1、催化剂用量为1.Og,乙酸的转化率为95%左右，乙酸正丁酯的选择性为100%，催化剂可重复使用。缺点温度太高，制备时间太长。3、采用固载型12一磷钨杂多酸、六水合三氯化铁做催化剂以浓硫酸、六水合三氯化铁、12一磷钨杂多酸、固载型12一磷钨杂多酸作催化剂分别催化制备乙酸正丁酯。通过实验探讨出各种催化剂催化合成的最佳工艺条件，并进行比较研究，结果表明：固载型12一磷钨杂多酸、六水合三氯化铁具有催化产率高、无污染、能重复使用等优点，具有良好的工业应用前景。4、 采用阳离子交换树脂催化阳离子交换树脂的主要特点是价廉易得，不腐蚀设备，不污染环境，不会引起副反应，不溶于反应体系，能够重复使用，易于分离、回收和再生，操作简单，产品收率较高，具有工业推广价值。黎中良等人利用阳离子交换树脂作为催化剂合成乙酸正丁酯，最佳反应条件是：醇酸比为1.3:1.0,反应2h，阳离子交换树脂的用量为1.1g，产品的收率达到95.17%。但存在催化剂制备过程复杂，易发生副反应等缺点。5、 固体超强酸催化合成乙酸正丁酯自1997年HinoM等首先合成了Ti02/一新型固体超强酸，并且介绍了其催化性能以来，TiO2/sO4。一在有机合成中不仅具有非常高的活性，而且不怕水、耐高温，反应条件比较容易控制，因此TiO2/SO4一的使用越来越受到人们的重视。固体超强酸在有机合成中的优点是活性高、重复使用性好、不腐蚀设备、制备方法简便、处理条件易行、便于工业化，这对于节约能源，提高经济效益是很有意义的。古绪鹏等人利用SO4/ZrO2一Tio2一La固体酸作为催化剂合成乙酸正丁酯，最佳反应条件是：在反应时间2h，醇酸摩尔比1/25,催化剂用量为反应物质量的179,6时，酯的产率高达97.69,6。实验发现，该催化剂使用后无需任何处理，可重复使用多次，是一种贮存稳定性高、选择性好、对环境友好的催化剂。6、 以固载杂多酸盐TiSiWl2O4o/rioz为催化剂合成了乙酸丁酯探讨了反应时间、原料配比、催化剂用量等对乙酸丁酯产率的影响.实验结果表明，该催化剂对乙酸丁酯的合成具有良好的催化活性，在适宜的条件下，乙酸丁酯产率可达84.82%。7、 浓磷酸作催化剂：FloodD.T.用浓磷酸做催化剂，可获得较高的收率，但反应需要8h，时间较长[3]・&分子筛替代催化剂酯化：周迎春等提出了酯化的改，进用分子筛催化酯化反应，具有操作简单，酯的纯度高，后处理简单，催化剂可回收重复利用等特点，尤其是减少了酸性废液的排放，因而具有很大的实用意义，但由于其自制装置吸水管的规格与反应量对应，给操作上带来一定的限制。9.三氧化二钕作催化剂：此法在醇酸摩尔比为1:1.2,催化剂用量为醇重量的3%，反应时间为2小时，转化率可达80.4%,反应时间短，催化剂用量少。而且反应完毕分出催化剂，洗涤，干燥，回收可循环使用。操作简便，腐蚀性远远小于硫酸。二、实验采用的合成与精制方案经过一系列比较，综合原料的转化率、实验室做实验的可行性、经济成本等各方面的因素，最后决定本实验采用硫酸氢钾为催化剂合成乙酸丁酯。1、 实验原理乙酸乙酯主要是通过乙酸与正丁醇在催化剂作用下，加热可发生酯化反应，反应的合成路线如下：催化剂CH3COOH+CH3CH2CH2CH2OH ►CH3COOCH2CH2CH2CH3+H2O加热2、 仪器与试剂仪器：圆底烧瓶（250ml）1个、分水器1支、精馏柱、直形冷凝管1支、蒸馏头1只、温度计1只、接收管1支、分液漏斗1支、移液管1支、滴定管（碱式）、锥形瓶、量筒（100ml）滤纸、铁架台、玻璃棒、酒精灯设备：磁力搅拌加热套1台、气相色谱仪、天平试剂：正丁醇、冰醋酸、硫酸氢钾、饱和碳酸钠溶液、无水硫酸镁、饱和氯化钙溶

液、饱和氯化钠溶液、沸石、棉花、pH试纸。3、实验流程及装置图流程图乙酸*■成品乙酸*■成品丁醇实验装置图制备装置蒸馏装置制备装置蒸馏装置实验步骤1） 在250ml的圆底烧瓶中加入57.0ml正丁醇、43.0ml冰醋酸和2・4g硫酸氢钾混合均匀后加入1-2粒沸石。2） 按试验装置图安装好仪器。3） 在分水器中加入计量过的水，使水面稍低于分水器回流支管的下岩。打开冷凝水,反应瓶在磁力搅拌器上，小火加热回流。4） 反应过程中，不断有水分出，并进入分水器的下部，通过分水器下部的开关将水分出，注意水层与油层的界面，不要将油层放掉。5） 反应约50min后，此时停止加热冷却。6） 过滤分离出催化剂，将分水器中液体倒入分液漏斗，分出水层。7） 用40ml饱和碳酸钠溶液洗涤至中性，再依次用40ml饱和氯化钠溶液洗涤，分出酯层。8） 将分离出来的上层油层倒入一干燥的小锥形瓶中，加入无水硫酸镁干燥，直至液体澄清。9） 干燥后的液体，用少量棉花通过三角漏斗过滤至干燥的250ml蒸馏烧瓶中，加入沸石，安装蒸馏装置，磁力搅拌器加热，收集117-124C的馏分。10） 称量，计算产率，用气相色谱法测定乙酸丁酯的纯度。气相色谱分析方法：采用外标法进行色谱分析。分析方法：用10"的注射器抽取样品，用乙醇将其稀释至5ml,抽取1"注入色谱分析仪。与标准乙酸丁酯进行对比。比较试样与标准试样中待测组分的峰值，求出待测组分的含量。其计算式如下：Xi=EixAi/AeXi为试样中组分i的含量，Ei为标准组分i的含量，Ai为试样中组分i的封面积，Ae为标准试样中组分i的封面积。实验进度安排实验进度安排：第十一周找老师商讨方案。第十二周方案确定后，领器材和药