乙酸丁酯的合成与精制

化工实验研究方法与技术 1 乙酸丁酯的合成与精制 实验目的 1) 学习醇与酸直接酯化反应的原理和实验方法。 2) 了解用水分器回流去水的操作。 3) 熟练液态有机物的分离、纯化的基本操作。 4) 研究催化剂用量对酯化反应的影响。 5) 硫酸氢钾与其他催化剂催化效果做横向比较（其他组）。 实验知识背景 乙酸丁酯，又名乙酸-2-甲基丙脂，英文名isobutyl acetate，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）126.114℃，熔点-73.5℃， 相对密度0.8807，折光率为1.3941，燃点为421℃，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。 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。 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： 但是在合成过程中，有多种催化剂可以实现上述反应。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 CH3COOH+CH3CH2CH2CH2OH CH3COOCH2CH2CH2CH3+H2O 催化剂 加热 化工实验研究方法与技术 2 反应取得的结果进行比较，从而确定我们合理的催化剂。 1. 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]． 2. 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。 3. 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。 4. 用固体强酸 PS- 8612作催化剂：PS-8612 型催化剂是是一种性能稳定的固体 lewis 酸。每一次使用后只要把反应液倾倒出来，催化剂不作任何处理又可以进行下次反 应，重复多次，催化效率并不减弱，并不留任何废品废渣，便于连续生产。对环境 无污染，产品纯度高。 近年来开发环境友好的酯化催化剂成为该领域的研究热点．固体杂多酸、微波诱导 稀土固体超强酸、阳离子交换树脂、硫酸铈、硫酸氢钾、腰果酚醛铁聚合物用、硫酸钛 等均能不同程度地克服硫酸催化存在的弊端。 经过一系列比较，综合各方面的因素，本实验采用硫酸氢钾为催化剂合成乙酸丁酯。 考察了催化剂用量、醇酸物质的量比、反应时间及催化剂重复使用次数等因素对收率的 影响。结果表明该催化剂具有催化活性高，易分离回收，重复使用性良好，无废液排放 等优势。最佳反应条件下，收率为82.7%。同时，是由于该实验准备在学校实验室中操 作，硫酸氢钾是一种较常见的化学物质，安全无毒，价格便宜，从安全和价格等方面考 虑，选用该催化剂是相当合理的。 仪器与试剂 仪器：磁力搅拌加热套 1台、圆底烧瓶（100ml）1个、分水器1支、球形冷凝管1支、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 （50ml）、滴定管（碱式）、锥形瓶（50ml）2个、量筒（25ml）2个、滤纸、铁 架台、玻璃棒。 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、 化工实验研究方法与技术 3 饱和氯化钠溶液、氢氧化钾无水乙醇溶液、沸石、棉花、pH试纸。 实验 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 框图 乙酸 丁醇 酯化 中和 分馏 洗涤 成品 KHSO4 Na2CO3 NaCl/CaCl2 实验装置图 实验步骤 1) 在 100ml 的圆底烧瓶中加入 24.0ml 正丁醇、 14.4ml 冰醋酸和 1.5g 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。 化工实验研究方法与技术 4 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 60min 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 15ml饱和碳酸钠溶液洗涤至中性，再依次用 15ml 饱和氯化钠溶液洗涤一次，饱 和氯化钙溶液洗涤两次，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 100ml 蒸馏烧瓶中，加入沸 石，安装蒸馏装置，磁力搅拌器加热，收集 124-127℃的馏分。 10) 称量，计算产率，并测定产品的折光率。 11) 改变催化剂用量，分别再取催化剂用量为 1.8g、2.1g、2.4g 重复以上操作步骤。 比较四次反应的产物质量和收率，分析得出结果。 实验结果分析 （1）通过测定反应前后混合液的酸值，利用式 1 计算酯化率。 （2）用阿贝折射仪测定所得产品的折射率，并与文献值相比较。 （3）用气相色谱仪测定所得产物的纯度。 （4）将平行组实验结果相比较，确定各因素对酯化率的影响。 （5）列出正交表，确定出最佳因素水平。 实验进度安排 第一天 上午：熟悉实验环境，按实验步骤先进性第一组实验，熟练整个流程的操作。 下午：进行其他三组对比试验，得到实验数据。 第二天：分析实验结果，撰写实验报。 参考资料 化工实验研究方法与技术 5 1) 谢川，鲁厚芳主编.工科化学实验.成都：四川大学出版社，2006年 10月：125-126 2) 虞大红，吴海霞主编.实验化学.（第二版），北京：化学工业出版社，2007年 5月：25-27 3) 陈丹云，李杰，蔡永红. 乙酸丁酯的催化合成.化工中间体合成.2009.4:14-15 4) 白秀丽, 李晓莉.乙酸正丁酯的合成与应用.长春师范学院学报.2008(5) 13-14 5) 冯桂荣，耿 静.乙酸正丁酯合成条件探讨.唐山师范学院学报.2007(9) 73-74 6) 蔡述兰，邹立科，郭小群. 硫酸镍催化合成乙酸丁酯. 四川理工学院学报（自然科学 版）.2008(2) 72-74 7) 李常风1 杜黎明.磷酸二氢钠催化合成乙酸丁酯的研究. 首都师范大学学报(自然科学 版).2005(12) 43-45