硫酸钛催化合成丁酸丁酯的研究

硫酸钛催化合成丁酸丁酯的研究 一 7 366化学 名爰/i’字 试剂 辱/t 2000正 硫酸钛催化合成丁酸丁酯的研究 苎!!至 (河北师范大学化学系,石家庄050016) 中图分类号:0623624文献标识码:B文章编 号:0258—3283(2000)06—0366—02 丁酸丁酯是无色至淡黄色透明油状液体,有 水果香气,是我国GB276086规定允许使用的食 用香料;也可用于有机合成和用作溶剂.目前工业 上多采用硫酸作催化剂直接酯化法..合成.反应 时间长.副反应多,对设备腐蚀严重.废水排放量 大,后处理工艺复杂因此人们寻求更优良的催化 剂来代替硫酸,已发现对甲苯磺酸,磺酸树脂,固 体超强酸,杂多酸等均可作为酯化反应的催化 剂…].本实验采用硫酸钛作催化剂合成丁酸丁 酯.探讨并确定了反应条件,其酯化率可达 96.2. 1实验部分 1.1试剂和仪器 丁酸,正丁醇,硫酸钛,甲苯等均为分析纯. GC16A气相色谱仪;WYA一1s型阿贝折射 仪. 1.2酯化反应 在100mL装有回流冷凝器,温度计和分水 器的四口瓶中,加入一定量的丁酸,正丁醇,硫酸 钛和甲苯(带水剂),摇匀后,取样测定其酸值.然 后加热回流分水,至几乎无水分出为止,稍冷后又 取样测定其酸值.利用GB1668—81 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 测定反应 前后酸值的变化,计算酯化率: 酯化率一盟趟嚣蠡簇. 反应结束后,冷却,将反应液直接倒入蒸馏 瓶,催化剂硫酸钛成固体留在四口瓶中.加热蒸 馏,先蒸出甲苯和过量的正丁醇,再减压蒸馏收集 沸点55C/l733Pa的馏分.得无色透明有香味的 液体,其折光率与文献值相符.,纯度大于98 (气相色谱分析). 2结果与讨论 2.1反应时间对酯化率的影响 2,!f 采用[1.2tool丁酸,0.32tool正丁醇和0.8g 硫酸钛.再加入15mI甲苯为带水剂,加热回流. 进行酯化反应,结果见表1. 表1反应时间对酯化率的影响 厦厘时目/h05101.5202.5 酯化率,78888594.396.2964 由表1可知,在该实验条件下,酯化率随时间 的增加而提高,当反应时问增到2.0h后,再延长 反应时间,酯化率增加不明显.因此反应时间为 2.0h最佳. 2.2催化剂用量对酯化率的影响 反应条件同2.1,反应时间为2.0h,改变催 化剂的用量进行实验,其结果见表2. 表2催化剂用量对酯化率的影响 催化剂用量,g0.204060.8】0 酯化章,%80389.894696296.0 由表2可知,硫酸钛对丁酸丁酯的合成具有 较好的催化活性,醋化率随催化剂用量的增加而 提高,当催化剂为0.8g时,酯化率最高.故催化 剂的最佳用量为0.8g. 2.3醇酸摩尔比对酯化率的影响 反应条件同2.1,改变正丁醇的用量进行实 验,其结果见表3. 表3醇酸比对酯化率的影响 (醇){(酸)1.0121.416l82.0 酯化率/81687.892.496.296.5971 由表3可见.增加正丁醇的用量有利于酯化 率提高.这是因为,丁酸与正丁醇的酯化反应是平 衡反应,增大正丁醇的用量.有利于反应向生成酯 的方向移动而提高酯化率;正丁醇不仅是反应物 而且还是溶剂,而且共沸脱水也要消耗少量的正 丁醇,因此正丁醇的用量应大于理论的醇酸摩尔 比(1:1).表3表明最佳的醇酸摩尔比为1.6. 2.4带水剂用量对酯化率的影晌 第22卷第6期,刘毕亭:硫酸钛催化合成丁酸丁酯的研究 酯化反应是一个可逆的失水反应,加入带水 剂会有利于酯化反应的进行.采用0.2mol丁酸, 0.36mol正丁醇和0.8g硫酸钛(催化剂).改变 带水剂甲苯的用量进行实验.反应时间为2.0h, 结果见表4. 表4带水剂用量对酯化率的影响 加入带水剂可缩短反应时间.提高酯化率,但 其用量要适宜减少带水剂量或不加带水剂,可使 酯化翠降低,酯化反应温度也不易控制;但加入过 多带水剂,不仅相对降低了醇和酸的浓度,还使反 应温度降低当酯化反应总速率由生成水排出速 率控制转为酯化反应动力学控制后,继续增加带 水剂量,也使酯化率降低.表4表明,在该反应条 件下,带水剂甲苯的最佳用量为15mL 2.5催化剂再生重复使用对酯化率的影响 反应在最佳条件下进行,为了考查催化剂的 重复使用效果.待第一次反应结束后.将反应液尽 量倾出.由于硫酸钛不溶于有机酸,醇.所以催化 剂成固体留在反应瓶中,再加入同样摩尔比的反 应物,按上述方法继续反应.其结果见表5 表5催化剂再生重复使用对酯化率的影响 催化剂重复使用擞数123;56 酯化率96096.2959q5.596.1958 由表5可知,催化剂经再生雷使用,对醋化率 影响不大.所以催化剂经再生可重复使用 可见.硫酸钛是合成丁酸丁酯的良好催化剂 它来源广泛.性质稳定,无吸湿性,不溶于反应体 系.反应后处理简便,省略了硫酸法中水洗,碱洗, 水洗和干燥等步骤,反应条件温和.反应时间短. 酯化率高,无污染,不腐蚀设备,而且催化剂可再 生重复使用.因此,它是一种有前途的酯化反应催 化剂.具有应用价值. 3参考文献 :1]凌关庭,王亦芸,唐述潮.食品添加剂手册( 上册 三年级上册必备古诗语文八年级上册教案下载人教社三年级上册数学 pdf四年级上册口算下载三年级数学教材上册pdf ). 北京:化学工业出版社.1989:136 [2:章思观主编.精细有机化学品技术手册(上册).北 京:科学出版毡,1992:365 [3]林进.王兰芝,王昭煜.珊代化工.1998,18(12):30 [4]王存得.牛蛐琴.钱文元.等,香斟香精化妆品.1991. (2):8 is]刘孝,关云卿,袁娟娟.精细石油化工,i989,(4):37 [6:林进,王兰芝,王红.广东化工,i999.(2):4 StudyoRthesynthesisofbutylbutyratecatalyzedbytita? niumsulfate,Huating<DepartmentofChemistry, HebeiNormalUniversity—Shijiazhuang050016),Huaxue Shi)-2000,22(6),366,387 (上接第365页) 表3反应物摩尔比对苹果酯收率的影响 ‘ 一 种对苹果酯合成有效的催化剂 2,4催化荆的重复使用对苹果醋收率的影响 取催化荆2.0g,反应物摩尔比为1:2.回流 反应1.5h,将催化荆重复使用10次(每次l_5 h),对催化剂使用寿命进行考察.结果见表4. 表4催化剂的重复使用对苹果酯收率的影响 催化荆重复 墼::! 收章,913390589.6887886 由表4可见,该催化剂具有很好的使用寿命, 即使使用lO次,仍保持较好的催化效果,不失为 3结论 纳米级固体超强酸so:/TiO对苹果酯合 成具有很高的催化活性,且可反复使用达10次, 使用寿命长.反应工艺简单,不腐蚀设备,无三废 排放,便于工业化生产. 4参考文献 :1]北京日用化学工业学会.化工产品手册(第一叛) 北京:化学工业出版社,1989:361 [2]ArataKAdv.Cata[.一1990—37:165 [3]武瑞诗,魏雨.无机材料,1999,14(3):461 StudyoRsynthesis0ffructonecalalyzedbysolidsu— peracids0:/TiO2ChengYonghao(Departnaentof Chemistry,HebeiNormalUniversity,Shijiazhuang 050016),HuaxueShiji,2000,22(6),365}367