康玉瑩(西北民族大學(xué)化工學(xué)院， 甘肅 蘭州 730124)

一種乙酸正丁酯的合成方法

康玉瑩(西北民族大學(xué)化工學(xué)院， 甘肅 蘭州 730124)

乙酸正丁酯是一種重要的化工產(chǎn)品，傳統(tǒng)方法存在很多弊端，而以冰醋酸和正丁醇為原料，結(jié)晶三氯化鋁替代濃硫酸為催化劑對(duì)乙酸正丁酯合成實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，并研究了醇酸物質(zhì)的量之比、催化劑的用量、反應(yīng)時(shí)間對(duì)于反應(yīng)酯化率的影響。這種催化劑廉價(jià)易得、性質(zhì)穩(wěn)定、催化活性好、選擇性高、污染小、對(duì)儀器設(shè)備無腐蝕。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)廉價(jià)、綠色、易操作、反應(yīng)條件溫和，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)有積極的指導(dǎo)意義。

乙酸正丁酯；結(jié)晶三氯化鋁；合成

乙酸正丁酯[1]，別名為醋酸正丁酯。分子式為C6H12O2，它為無色透明的液體，具有水果香味，易揮發(fā)，在20℃下相對(duì)于水的密度為0．8826，沸點(diǎn)126．3℃，微溶于水，并溶于醇、醚等大多數(shù)有機(jī)溶劑，并且對(duì)于大部分合成樹脂具有很好的溶解能力，也可用作脫水劑和萃取劑，廣泛地被當(dāng)作原料應(yīng)用于制藥、制革、化工、香料等行業(yè)領(lǐng)域，我國(guó)對(duì)其的需求量仍然很大。

乙酸正丁酯的合成原理為：

1 實(shí)驗(yàn)部分

(1)主要的儀器和藥品 儀器：電熱套、三口燒瓶(250mL)、分水器、錐形瓶(100mL)、球形冷凝管、直形冷凝管、分液漏斗、電動(dòng)攪拌器、溫度計(jì)。

藥品：結(jié)晶三氯化鋁、正丁醇、冰醋酸、無水碳酸鎂、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的碳酸鈉溶液。

(2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 在干燥的250mL三口燒瓶中先加入正丁醇、冰醋酸，再加入結(jié)晶三氯化鋁[2]和幾粒沸石。依次安裝好分水器、直形冷凝管和電動(dòng)攪拌器，并在分水器中提前加入一定量的水，用標(biāo)簽標(biāo)記，注意使水位略低于支管口處。開始加熱回流，控制溫度，當(dāng)分水器中的水面不再上升時(shí)，表明不再有水生成，即反應(yīng)完畢。記錄分出水的量，冷卻后，將三口燒瓶中的反應(yīng)液和分水器中的酯層一同倒入分液漏斗中進(jìn)行洗滌，先用水洗滌幾次，最后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的碳酸鈉溶液洗滌，去除水層，將酯層倒入100mL的錐形瓶中，加入無水碳酸鎂進(jìn)行干燥，將干燥后的粗酯倒入蒸餾燒瓶中，加入沸石，搭建好蒸餾裝置，然后用加熱套加熱蒸餾，收集116～118℃的餾分。產(chǎn)品進(jìn)行稱重并計(jì)算產(chǎn)率。

2 結(jié)果與討論

由結(jié)晶三氯化鋁作為催化劑合成乙酸正丁酯的反應(yīng)，可以分別從醇酸摩爾比、催化劑用量、反應(yīng)時(shí)間去研究對(duì)于反應(yīng)產(chǎn)率的影響，選擇最適宜的條件[3]。

(1)醇酸摩爾比 當(dāng)反應(yīng)體系中結(jié)晶三氯化鋁的用量為3．5g，控制反應(yīng)時(shí)間為40分鐘，改變醇酸摩爾比進(jìn)行反應(yīng)，結(jié)果見表1。

表1 醇酸摩爾比對(duì)于反應(yīng)的影響

由表1分析得知，隨著醇酸摩爾比的增加，酯化率有所增加，到一定程度后反而有所下降，當(dāng)醇酸比達(dá)到1．6∶1時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率可以達(dá)到85．6%，因此，最適宜醇酸摩爾比為1．6∶1。

(2)催化劑用量 在反應(yīng)體系中取醇酸摩爾比1∶1時(shí)，改變催化劑結(jié)晶三氯化鋁的用量，來考察催化劑用量對(duì)于反應(yīng)產(chǎn)率的影響，結(jié)果見表2。

表2 催化劑用量對(duì)于反應(yīng)的影響

從表2可以看出，催化劑用量為3．5g時(shí)，催化效果最明顯。隨著催化劑用量的增加，反應(yīng)酯化率上升，當(dāng)催化劑用量超過3．5g時(shí)，酯化率隨之下降，故最佳催化劑用量為3．5g。

(3)反應(yīng)時(shí)間 醇酸摩爾比為1∶1，催化劑用量為3．5g時(shí)，改變反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行反應(yīng)，結(jié)果見表3。

表3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)于反應(yīng)的影響

從表3可以看出，酯化率隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，反應(yīng)時(shí)間在 30～40min 時(shí)酯化率明顯上升，繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間酯化率增加不大。因此，最佳反應(yīng)時(shí)間為45min。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)使用結(jié)晶三氯化鋁作為催化劑合成乙酸正丁酯的反應(yīng)中，最適宜醇酸摩爾比為1．6∶1，催化劑最適宜用量為3．5g，最佳反應(yīng)時(shí)間是40min，反應(yīng)適宜條件下的產(chǎn)率可達(dá)80%以上。

(2)合成中使用結(jié)晶三氯化鋁代替?zhèn)鹘y(tǒng)合成中的濃硫酸，價(jià)格低廉，產(chǎn)率較高，可以重復(fù)利用且可回收，消除了合成生產(chǎn)中采用液體濃硫酸作催化劑存在著對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重，易導(dǎo)致副反應(yīng)，后處理工藝復(fù)雜，污染環(huán)境等諸多弊端。

(3)由于氣壓低，沸點(diǎn)低，收集餾分的溫度隨之降低，為116～118℃。

[1]由宏君.乙酸正丁酯合成的研究進(jìn)展[J].四川化工,2005,(01):15-17.

[2]武永軍,李皖珠,王聰,朱軍,史洪偉.合成乙酸正丁酯催化劑的研究進(jìn)展[J].山東化工,2015,(01):56-57.

[3]馬楠,王曉崗,張榮華.乙酸正丁酯制備實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2011,(05):86-88.