乙酸乙酯催化劑效能的比較研究

摘要：通過(guò)乙醇乙酸酯化法合成乙酸乙酯的試驗(yàn)，對(duì)對(duì)甲基苯磺酸、硫酸氫鈉、氯化鐵晶體三種催化劑的不同指標(biāo)進(jìn)行比較，從而對(duì)催化劑的催化效能進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選出最經(jīng)濟(jì)有效的催化劑為對(duì)甲基苯磺酸。

關(guān)鍵詞：乙酸乙酯；對(duì)甲基苯磺酸；硫酸氫鈉；氯化鐵晶體

中圖分類號(hào)：TQ655 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-0432（2012）-12-0043-2

基金項(xiàng)目：吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目。

乙酸乙酯是化工、醫(yī)藥、染料的基本原料，也可用于涂料、纖維等有機(jī)物質(zhì)的溶劑，由于他還具有獨(dú)特的香味，因此在食品工業(yè)中可用作調(diào)味劑，是常見(jiàn)的應(yīng)用廣泛的脂類，傳統(tǒng)工業(yè)以及教學(xué)當(dāng)中都使用濃硫酸做催化劑，酯化率低、后處理工藝復(fù)雜、設(shè)備腐蝕、三廢污染嚴(yán)重，已經(jīng)不符合綠色化學(xué)的主題，本文將對(duì)對(duì)甲基苯磺酸、硫酸氫鈉、氯化鐵晶體三種催化劑的催化效能做一評(píng)價(jià)[1]。

1 材料與方法

1.1 試劑

乙醇（分析純）；冰乙酸（分析純）；對(duì)甲基苯磺酸；硫酸氫鈉；氯化鐵晶體；環(huán)乙烷；飽和碳酸鈉；飽和氯化鈉；沸石；飽和氯化鈣。

1.2 儀器

2WAJ 阿貝折光儀（上海光學(xué)儀器廠）；IR紅外光譜儀（北京科貿(mào)有限公司）；PTHW 電加熱套（上海一科一起設(shè)備有限公司）；RKC REX-C100溫控儀（浙江樂(lè)捷有限公司）；FZG-15干燥箱（南京華奧干燥設(shè)備有限公司）；冷凝管等常見(jiàn)玻璃儀器。

1.3 乙酸乙酯的合成

裝置好溫度計(jì)、滴液漏斗、回流冷凝管后，在三頸中，加入一定量的催化劑、環(huán)己烷與0.1mol乙酸，并加入幾粒沸石，緩慢升溫并快速攪拌，當(dāng)溫度達(dá)到78℃時(shí)通過(guò)滴液漏斗緩慢加入0.2mol的無(wú)水乙醇，回流反應(yīng)一段時(shí)間后，稍冷卻，改裝成蒸餾裝置，溫度控制在60℃～80℃[2]。

將得到的餾出液進(jìn)行后處理，將飽和的碳酸鈉溶液加入餾出液中，不斷振蕩直到無(wú)氣泡產(chǎn)生，逐漸加入飽和的NaCl溶液，將混合液轉(zhuǎn)入分液漏斗中，分去水層，用飽和碳酸鈉溶液洗滌，直至石蕊試紙檢驗(yàn)酯層時(shí)不顯酸性，再用飽和氯化鈉和飽和氯化鈣洗滌，放出下層廢液，取有幾層用無(wú)水硫酸鎂干燥后得到乙酸乙酯[3]。

改變催化劑的用量重復(fù)多次試驗(yàn)，測(cè)其產(chǎn)率，篩選出催化劑的最佳用量，并重復(fù)利用催化劑，測(cè)其使用次數(shù)。

1.4 產(chǎn)品檢驗(yàn)

將所得產(chǎn)品進(jìn)行紅外光譜分析，并用阿貝折光儀測(cè)其折射率[4]，與文獻(xiàn)值對(duì)照。

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)品分析

所得產(chǎn)品為無(wú)色透明具有果香味的液體，經(jīng)紅外光譜分析，其紅外光譜圖與標(biāo)準(zhǔn)圖譜[5]基本一致，經(jīng)折射儀測(cè)定ND20 =1.3778～1.3722，與文獻(xiàn)值[6]基本相符，確定為乙酸乙酯。

2.2 對(duì)甲基苯磺酸的催化效能

對(duì)甲基苯磺酸的使用量對(duì)乙酸乙酯產(chǎn)率的影響見(jiàn)圖2-1。

對(duì)甲基苯磺酸從0.2g增加到0.4g，其產(chǎn)率逐漸增加，到0.4g時(shí)產(chǎn)率達(dá)到最大值92%，隨后隨著對(duì)甲基苯磺酸量的增加產(chǎn)率反而下降，可能是過(guò)量的對(duì)甲基苯磺酸導(dǎo)致了副反應(yīng)的發(fā)生。

2.3 硫酸氫鈉的催化效能

硫酸氫鈉使用量對(duì)乙酸乙酯產(chǎn)率的影響及使用次數(shù)對(duì)催化效能的影響見(jiàn)圖2-2、2-3。

硫酸氫鈉的量從0.8到1.2逐漸增大，其產(chǎn)率也逐漸增加，到1.2g時(shí)產(chǎn)率達(dá)到最大值85%，但隨后隨著硫酸氫鈉的逐漸增大，其產(chǎn)率降低，可能是過(guò)量的硫酸氫鈉導(dǎo)致了副反應(yīng)的發(fā)生。

從圖中可以看出，硫酸氫鈉用到三次之后，其催化效能驟然降低，所以硫酸氫鈉可使用3次。

2.4 氯化鐵晶體的催化效能

氯化鐵晶體的使用量對(duì)產(chǎn)率的影響及氯化鐵使用次數(shù)對(duì)產(chǎn)率的影響見(jiàn)圖2-4、2-5。

氯化鐵晶體的量從11g到13g逐漸增加，到13g時(shí)產(chǎn)率達(dá)到最大值57%，隨后隨著氯化鐵晶體的增加其產(chǎn)率降低，可能是過(guò)量的氯化鐵晶體導(dǎo)致了副反應(yīng)的發(fā)生。

從圖中可以看出，氯化鐵晶體在前五次使用時(shí)，其催化效能保持穩(wěn)定，在第六次使用時(shí)，催化效能驟降。

2.5 結(jié)論

從上述圖中可知，當(dāng)對(duì)甲基苯磺酸0.4g時(shí)，產(chǎn)率為92%，是三種催化劑中用量最少而產(chǎn)率最高的。所以乙酸乙酯的制備用對(duì)甲基苯磺酸最經(jīng)濟(jì)有效。此三種催化劑來(lái)源廣泛，價(jià)廉易得，對(duì)設(shè)備的腐蝕和環(huán)境的三廢污染遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)工業(yè)中所用的濃硫酸，對(duì)甲苯磺酸是強(qiáng)固體有機(jī)酸，其催化效能最高，但因其溶于有機(jī)溶劑，所以若要重復(fù)利用，其后處理復(fù)雜，繁瑣，硫酸氫鈉催化效能次之，難溶于有機(jī)溶劑，所以要重復(fù)利用，其后處理方便。氯化鐵晶體催化效能不及前兩者，但可重復(fù)利用次數(shù)多，操作方便，反應(yīng)溫和，也是一種值得推廣的綠色催化劑。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐常龍等.硫酸氫鈉催化合成乙酸乙酯[J].九江學(xué)報(bào)，2005，2（4）：53-66.

[2] 周本華，張懷紅.綠色合成法制備乙酸乙酯[J].上東化工，2010，9（11）：25-27.

[3] 馮喜蘭等.乙酸乙酯合成實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[M].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2010，6（4）：15-17.

[4] 高占先.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].高等教育出版社，2006：111-112.

[5] AldrichKatalogHandbuch.SigmaChemieCmbhDeutchland.1993：644-650.

[6] 辛督強(qiáng)等.測(cè)量液體折射率的幾種方法[M].大學(xué)物理，2007，1（1）：34-37.