乙酸正丁酯的制备 毕业论文

中文摘要乙酸正丁酯的合成有许多种方法，有对甲苯磺酸、钨钛杂多酸盐、浓H2S04—KCr207、改性煤基活性炭、固体超强酸、浓硫酸等作催化剂的合成。本实验以浓硫酸作催化剂，以冰乙酸和正丁醇为原料合成乙酸正丁酯，考察醇与酸物质的量比、反响时间、催化剂用量等因素对酯化率的影响。得出反响的最正确条件为：V（正丁醇）：V（冰乙酸）=1.6：1.0,催化剂用量为冰乙酸，质量的3%,反响温度124°C〜126°C，反响时间45min左右，用浓硫酸作催化剂时，乙酸正丁酯的收率为69%〜76%。关键词：乙酸正丁酯；酯化反响；催化剂ABSTRACTSynthesisofbutylacetateTherearemanywaysforacid,titaniumtungstenheteropolyacid,concentratedH2S04—KCr207,modifiedcoal-basedactivatedcarbon,solidsuperacid,concentratedsulfuricacidascatalyst.Inthisexperiment,concentratedsulfuricacidascatalysttoaceticacidandbutanoltobutylacetatewassynthesizedtostudyalcoholandacidmolarratio,reactiontime,catalystamountonesterificationrate.Theoptimalreactionconditionswere:V(n-butylalcohol):V(aceticacid)=1.6:1.0,catalystandaceticacid,with3%,reactiontemperature124°C〜126°C,reaction45mintimearound,withconcentratedsulfuricacidcatalystandbutylacetatetheyieldwas69%~76%.Keywords：butylacetate;esterification;catalyst目录TOC\o"1-5"\h\z目录 1\o"CurrentDocument"第一章前言 4\o"CurrentDocument"乙酸正丁酯的简介 4乙酸正丁酯的性质 4乙酸正丁酯的用途 4羧酸酯的生产现状与开展趋势 5对环境的影响 5\o"CurrentDocument"第二章实验内容 6\o"CurrentDocument"2.1仪器及试剂 6\o"CurrentDocument"仪器 62.1.2试剂 7实验内容 7\o"CurrentDocument"2.3乙酸正丁酯性能测试方法 8\o"CurrentDocument"2.4实验结果与讨论 9\o"CurrentDocument"醇酸质量比的不同对产物的影响 9\o"CurrentDocument"反响时间不同对产物的影响 9\o"CurrentDocument"催化剂用量不同对产物的不同 10\o"CurrentDocument"第三章总结 10\o"CurrentDocument"参考文献 11\o"CurrentDocument"致谢 12第一章前言乙酸正丁酯的简介乙酸正丁酯，英文名：n-Butylacetate别名：醋酸正丁酯，结构式：CH3COO(CH3)3CH3。化学性质：具有愉快水果香味的无色易燃液体，乙酸正丁酯加碱水解，生成乙酸和正丁醇。能与乙醇、甲醇进行酯交换，与AlCl3形成加合物。此外，在光照下，能发生氯化反响，可得到1-氯取代物和4-氯取代物。物理性质：无色透明液体，有水果香味，在水中的溶解度时为0.8%〔质量〕，时为1.0%〔质量〕。乙酸正丁酯易溶于松脂、酯胶、苯并呋喃树脂、达马树脂、榄香酯、乳香、贝壳衫脂、马尼拉橡胶、杜仲胶、甘酞树脂等天然树脂，以及聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、氯化橡胶等合成树脂，也能溶于钙镁锌等金属的树脂酸盐，及与醇、酮、醚等有机溶剂混溶，但是与低级同系物相比，较难溶于水。用途：是优良的有机溶剂，广泛用于硝化纤维清漆中，在人造革、织物及塑料加工过程中用作溶剂。也用于香料工业GB2760一96规定为允许使用的食用香料。作为香料，大量用于配制香蕉、梨、菠萝、杏、桃及草莓、浆果等型香精。亦可用作天然胶和合成树脂等的溶剂。[2]分子式：CHO。6122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：用于果香型香精中，主要取其扩散力好的性能，更适宜作头香香料使用，但用量宜少，以免单独突出而影响效果。可大量用于如杏子、香蕉、桃子、生梨、凤梨、悬钩子、草莓等食用香精中，也用于火棉胶、硝化纤维、清漆、人造革、医药、塑料及香料工业中.是一种优良的有机溶剂，能够溶解松香、聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、氯化橡胶、杜仲胶、聚甲基丙烯酸甲酯对醋酸丁酸纤维素；乙基纤维素；氯化橡胶；聚苯乙烯；甲基丙烯酸树脂以及许多天然树脂如栲胶；马尼拉胶；达玛树脂等均有良好的溶解性能。广泛应用于硝化纤维清漆中，在人造革；织物及塑料加工过程中用作溶剂，在各种石油加工和制药过程中用作萃取剂用作分析试剂、色谱分析标准物质及溶剂优良的有机溶剂.[4]羧酸酯类产品是一类根本的有机化工原料，广泛用于香料、香精、增塑剂、溶剂、树脂、涂料、化装品、医药、外表活性剂和有机合成中间体等方面，在国内外具有广阔的市场需求。它作为精细化学产品，具有小批量、高附加值、高纯度、技术密集型的特点。乙酸正丁酯作为羧酸酯产品之一，可由于有机合成、塑料涂料、制药等工业。因其用途广泛在国内市场上供不应求。而传统生产工艺受到酯化反响平衡的限制，一般平衡转化率较低产品别离提纯能耗较高，新的工艺亟待研究开发以提高产品的质量和产量5]。羧酸酯是由羧酸和醇或酚发生酯化反响生成的。酯化反响的实质就是在醇或酚羟基的氧原子上引入酰基的过程，也可称氧—酰化反响。合成酯类产品方法有羧酸法，酰氯法等几中方法。工业上合成酯是用均相催化间歇工艺，以浓硫酸或催化剂，通过有机酸的直接酯化反响来制备。这种工艺的优点是催化活性高，价廉易得，但是也存在许多弊端，例如工艺复杂、产品流失、产生三废、污染化境等。而在药品、化装品添加剂和食物中的一些酯类产品就对其纯度要求相当的高，随着人们对环保意识逐渐增强，所以有必要在传统的方法上加以改良。[6]鉴于此本实验在传统的制备方法上加以改良，通过考察醇与酸物质的量比、反响时间催化剂用量等因素对酯化率的影响。得出反响的最正确条件为：V（正丁醇）：V（冰乙酸）=1.6：1.0,催化剂用量为冰乙酸，质量的3%,反响温度124°C〜126°C,反响时间45min左右，用浓硫酸作催化剂时，乙酸正丁酯的收率为69%〜76%在此实验条件下副反响最少，产物收率最高,故产生的污染也降至最低,增加企业的收益。7]对环境的影响一、健康危害侵入途径：吸入、食入、经皮吸收。健康危害：对眼及上呼吸道均有强烈的刺激作用，有麻醉作用。吸入高浓度本品出现流泪咽痛、咳嗽、胸闷、气短等，严重者出现心血管和神经系统的病症可引起结膜炎、角膜炎角膜上皮有空泡形成。皮肤接触可引起皮肤枯燥。二、毒理学资料及环境行为1.急性毒性：LD5013100mg/kg（大鼠经口〕；LC509480mg/kg（大鼠经口〕；人吸入3300ppmx短暂，对眼鼻有明显刺激;人吸入200〜300ppmx短暂，对眼、鼻有轻度刺激。刺激性：家兔经皮开放性刺激试验：500mg，轻度刺激。亚急性和慢性毒性：猫吸入4200ppm，6小时/天，6天，衰弱，体重减轻，轻度血液变化。危险特性：易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂能发生强烈反响。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。燃烧（分解〕产物：一氧化碳、二氧化碳。现场应急监测方法:气体检测管法4.实验室监测方法:气相色谱法?空气和废气监测分析方法?国家环保局编羟胺-氯化铁比色法?空气中有害物的测定方法?（第二版〕，杭士平主编三、灭火方法：灭火剂：抗溶性泡沫、二氧化碳、干粉、砂土。用水灭火无效，但可用水保持火场中容器冷却。[8]第二章实验内容2.1仪器及试剂仪器表2-1仪器汇总序号仪器名称规格件数1三口烧瓶100ml12温度计150°C13冷凝管球形14烧杯100ml15烧杯500ml16胶头滴管17移液管10ml18电热套120w19滴液漏斗100ml110圆底烧瓶100ml111量筒10ml112量筒100ml113玻璃棒1总计13件试剂表2-2药品汇总序号品名规格产地1乙酸化学纯，500ml江苏强盛化工2正丁醇分析纯，500ml无锡市亚盛化工3无水碳酸钠分析纯，500g江苏强盛化工4人造沸石回药集团化学试剂5硫酸分析纯，500ml宜兴第二化学试剂厂6无水硫酸镁分析纯，500ml江苏强盛化工实验原理酸ea醇反响制备酯，是一类典型的可逆反响：H+ACH3COOH+ch3ch2ch2ch2oh ch3cooch2ch2ch2ch3+h2oS实验步骤：CH3在枯燥的50mO圆底烧瓶中，装入CH.2CH正丁BCH7.CHlCHCI3再稣禺滴浓浓斛酸。混合均匀，投入沸石，然后安装分水器及回流冷凝管，并在分水器中预先加水略低于支管口，记下预先所加水的体积。在石棉网上加热回流，反响过程中生成的回流液滴逐渐进入分水器，控制分水器中水层液面在原来的高度，不致于使水溢入圆底烧瓶内。约40min后不再有水生成，表示反响完毕。停止加热。冷却后卸下回流冷凝管，将分水器中液体倒入分液漏斗，分出水层，酯层仍然留在分液漏斗中。量取分出水的总体积，减去预参加的水的体积，即为反响生成的水量。把圆底烧瓶中的反响液倒入分液漏斗中，与分水器中分出的酯层合并。分别用10mL水、10mL10%碳酸钠液、10mL水洗涤反响液，用10mL10%的碳酸钠洗涤，检验是否仍呈酸性，分去水层。将酯层再用10mL水洗涤一次，分去水层。将酯层倒入小锥形瓶中，加少量无水硫酸镁枯燥。

将枯燥后的乙酸正丁酯倾入枯燥的30mL蒸馏烧瓶中〔注意不要把硫酸镁倒进去！〕参加1-2粒沸石，安装好蒸馏装置，在石棉网上加热蒸馏。收集124-126°C的馏分。⑻⑼制备过程流程图：1〕搭装置、加料、反响：按图装配好反响装置。在圆底烧瓶中按如下加料顺序反响：9mlCH3COOH3-4滴浓H2SO9mlCH3COOH3-4滴浓H2SO1-2粒沸石回流40min分层严取有机层10ml水洗2〕分层严取有机层10ml水洗分水器中分出的酯层10ml水洗-分层10m110%NaCO3洗+烧瓶中的'反应液 >取有机层分层 无水MgSO4干燥加入沸石蒸馏4 收集124-127C馏分，称重、测折射率取有机层 [10]考前须知1、 冰醋酸在低温时凝结成冰状固体〔熔点C〕取用时可温水浴加热使其熔化后量取。注意不要触及皮肤，防止烫伤。2、 在参加反响物之前，仪器必须枯燥。3、 浓硫酸起催化剂作用，只需少量即可。也可用固体超强酸作催化剂。4、 当酯化反响进行到一定程度时，可连续蒸出乙酸正丁酯，正丁醇和水的三元共沸物〔恒沸点C〕其回流液组成为：上层三者分别为86%、11%、3%,下层为19%、2%、97％。故分水时也不要分去太多的水，而以能让上层液溢流回圆底烧瓶继续反响为宜。5、 本实验中不能用无水氯化钙为枯燥剂，因为它与产品能形成络合物而影响产率。6、 根据分出的总水量〔注意扣去预先加到分水器的水量〕，可以粗略的估计酯化反响完成的纯度。[9]2.3乙酸正丁酯性能测试方法1、采用阿贝折光仪测试折光率〔1〕．用探镜纸试干蒸馏水，恒温后，将试样1—2滴均匀地滴在磨砂面棱镜上，关紧棱镜。〔2〕．调节反光镜使目镜内现场明亮，转动棱镜调节旋钮或消色散手轮，使视野明暗界线恰巧通过“十〞字交叉点。记录读数与温度，重复2—3次，取其平均值，得样品折光率实验读数值。〔3〕.样品物质的折光率=样品折光率实验读数值一折光仪的校正值。a2、采用密度瓶法测定密度在规定温度20C°时，分别测定充满同一密度瓶的水及试样的质量，由水的质量和密度瓶的容积即试样的体积，根据密度的定义，可算出试样的密度。11]2.4实验结果与讨论醇酸质量比的不同对产物的影响固定反响时间45min,催化剂用量表2-3醇酸质量比不同对产物的影响乙酸的量 正丁醇的 醇酸物质 产物的量产品收率/折光率折光率平/g 量/g 的量比 /g % 均值1:11.5：1对表数据进行分析可知：醇在反响体系中，既起着溶剂的作用，同时又起着反响物的作用。当醇量增加时，收率增加；又因为酯化反响是可逆反响所以适当增加酸的量时，收率也随之增加。反响时间不同对产物的影响固定醇酸质量比1:1，催化剂用量。表2-4反响时间不同对产物的影响乙酸的量 正丁醇的 反响时间 产物的量 产品收率/ 折光率折光率平/g 量/g /min /g % 均值40455055对表数据进行分析可知：在其它条件均不变的情况下，改变酯化反响时间，进行实验，酯的收率均在40〜45min内随着时间的延长收率增加，而在50〜55min时收率下降。说明酯化反响要到达热力学平衡需要的时间较长，且时间过长时容易发生副反响。催化剂用量不同对产物的不同固定醇酸质量比1：1,反响时间45min。表2-5催化剂用量不同对产物的影响乙酸的量正丁醇的催化剂用产物的量产品收率/ 折光率 折光率平/g 量/g 量/ml /g % 均值对表数据进行分析可知：催化剂的增加会使反响速度加快,缩短平衡所需时间。酯的收率均随催化剂量增加而增加。当催化剂增加到一定量时,收率不再发生变化,此时已到达热力学平衡。第三章总结乙酸正丁酯的合成有许多种方法,有对甲苯磺酸、钨钛杂多酸盐、改性煤基活性炭、固体超强酸、浓硫酸等作催化剂的合成。本实验以浓硫酸作催化剂,以冰乙酸和正丁醇为原料合成乙酸正丁酯，考察醇与酸物质的量比、反响时间、催化剂用量等因素对酯化率的影响，并且用测定折光率来计算出乙酸正丁酯的浓度。得出反响的最正确条件为：V（正丁醇）：V（冰乙酸）=1.6：1.0,催化剂用量为冰乙酸，质量的3%,反响温度124°C〜126°C,反响时间45min左右，此条件下乙酸正丁酯的收率为69%〜76%,副反响最少，对环境的影响也降低到最小。且有如下实践经验及结论：醇酸配比对收率有一定的影响，在实际合成中适当提高醇或酸的量；在一定范围内随着时间的延长，反响收率增加，时间过长也会使收率下降，说明此反响随着时间的延长副反响对该合成影响较大。催化剂使反响速率加快，只是减短了到达平衡所需时间，当催化剂量到达一定时，对反响的收率不在有影响。折光率的测定与产物的产物纯度直接相关，产物的提纯相当关键。参考文献高职高专化学教材编写组•？有机化学实验？-—2版•高等教育出版社.2002•77晋春，郭永，薛万华，孟双明•？固体超强酸催化合成乙酸正丁酯？•山西大同大学化学与化工学院，山西大同037009李莉，陈小燕，刘万毅•？催化合成乙酸正丁酯？•宁夏大学化学化工学院，宁夏能源化工重点实验室，宁夏银川750021杜迎春，郭金宝，胡润涛•？乙酸正丁酯的合成？•北京服装学院材料科学与工程学院化工研究所，北京100