無機鹽對乙酸正丁酯催化研究

摘 要：以乙酸和正丁醇為原料，以無機鹽為催化劑合成乙酸正丁酯。文章探討了催化劑種類、催化劑用量、醇酸比、反應(yīng)時間等對酯化率的影響。結(jié)果表明：Fe2（SO4）3、Al2（SO4）3·18H2O、NaHSO4·H2O為較好的催化劑，且當(dāng)醇酸比為1：1.15，催化劑用量為0.8g，反應(yīng)時間為30～60min時，酯化率較高。

關(guān)鍵詞：乙酸正丁酯；無機鹽催化劑；酯化反應(yīng)；產(chǎn)率

乙酸正丁酯是無色帶香味的液體，是一種重要的化工產(chǎn)品，也是重要的有機合成中間體，廣泛用于有機合成、塑料、涂料等工業(yè)。它是化工、軍工、醫(yī)藥等行業(yè)的主要溶劑，特別是清漆、人造革、塑料等物質(zhì)的良好溶劑[1～2]。傳統(tǒng)的乙酸正丁酯的合成是用濃硫酸做催化劑，但是濃硫酸有強烈的氧化性和脫水性，會導(dǎo)致一系列的副反應(yīng)發(fā)生，使乙酸正丁酯的產(chǎn)率不高，而且濃硫酸會腐蝕設(shè)備，產(chǎn)生大量的廢酸，后期處理會麻煩[3～4]。隨著社會的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)法規(guī)的不斷完善，人們對環(huán)境的要求不斷提高，在合成乙酸正丁酯的工藝中，開發(fā)新型催化劑來替代硫酸已成為人們普遍關(guān)心的問題。論文選用五種無機鹽做催化劑來合成乙酸正丁酯，實驗考察了催化劑種類、催化劑用量醇酸比及反應(yīng)時間等因素對酯化率的影響。

1 試驗部分

1.1 儀器和試劑

阿貝折光儀、調(diào)溫電熱套、溫度計、分水器、圓底燒瓶、回流冷凝管、直流冷凝管、正丁醇（分析純）、冰乙酸（分析純）、Fe2（SO4）3、Al2（SO4）3·18H2O、NaHSO4·H2O、ZnCl2、FeSO4·7H2O無水硫酸鎂、10%碳酸鈉溶液。

1.2 酯的合成

在裝有溫度計、回流冷凝管及帶分水器的三口燒瓶中按一定比例加入冰乙酸、正丁醇、沸石及一定量的無機鹽催化劑，反應(yīng)溫度控制在102℃～110℃加熱回流，在分水器中出現(xiàn)水滴時開始記時?；亓鞣磻?yīng)至分水器中水量不再增加時即為反應(yīng)完畢，停止加熱。

反應(yīng)原理為：

1.3 反應(yīng)酯化率的測定

1.4 反應(yīng)產(chǎn)物的精制

將反應(yīng)后的混合物濾去催化劑，濾液用飽和Na2CO3溶液洗滌至中性，依次用飽和氯化鈉水溶液，飽和氯化鈣水溶液洗滌分液，用無水硫酸鎂干燥，蒸餾收集120～126℃范圍內(nèi)的餾分，即得到無色透明的乙酸正丁酯液體。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同催化劑對酯化率的影響

以Fe2（SO4）3、Al2（SO4）3·18H2O、NaHSO4·H2O、ZnCl2、FeSO4·7H2O為催化劑，在相同條件下，催化劑用量1g，醇酸均為0.1875mol，反應(yīng)時間兩小時后所測得的試驗數(shù)據(jù)如下表1。從表1可以看出Fe2（SO4）3、Al2（SO4）3·18H2O、NaHSO4·H2O這三種無機鹽的催化效果比較好，其中NaHSO4·H2O效果最好，而且從折光率（nD25=1.3918）可知產(chǎn)品純度比較高，選取其中NaHSO4·H2O為催化劑來研究催化劑用量、醇酸比和反應(yīng)時間對酯化反應(yīng)的影響。

2.2 NaHSO4·H2O用量對酯化率的影響

固定乙酸和正丁醇的用量（0.1875mol），催化劑用量分別為0.4g、0.6g、0.8g、1.0g、1.2g反應(yīng)時間兩小時后所測得的試驗數(shù)據(jù)如表2。從表2可以看出，硫酸氫鈉對乙酸正丁酯的合成有很高的催化活性，當(dāng)催化劑用量增加，酯化率也增加，當(dāng)催化劑用量為0.8g 時，酯化率達(dá)到最大，繼續(xù)增加催化劑的用量，酯化率下降，故催化劑用量為0.8g 時為最佳。

2.3 醇酸比對酯化率的影響

固定正丁醇用量為0.1875mol，固定催化劑用量為0.8g，通過改變乙酸的量，考察不同的醇酸比對酯化率的影響，在反應(yīng)時間為兩小時后所測得的實驗數(shù)據(jù)如下表3。從表3可以看出，當(dāng)乙酸的量增加時，酯化率也有所增大，當(dāng)乙酸增加到一定程度時，酯化率沒增加反而有所下降。當(dāng)乙酸增加到一定量時，降低了反應(yīng)體系中正丁醇的濃度，造成了酯化率不增反降的原因。較為合適的醇酸比為1：1.15。

2.4 反應(yīng)時間對酯化率的影響

以醇酸均為0.1875mol，催化劑用量0.8g，分別測15min、30min、60min、90min、120min時的酯化率試驗所得數(shù)據(jù)如下表4。由表4可知隨著反應(yīng)時間的增加，酯化率逐漸增加，當(dāng)時間在30～60分鐘時酯化反應(yīng)基本完成。

3 結(jié)束語

由實驗得出五種催化劑中Fe2（SO4）3、Al2（SO4）3·18H2O、NaHSO4·H2O的催化效果都很好，其中NaHSO4·H2O的酯化率最高。而催化劑用量對酯化反應(yīng)影響相對其它幾個因素要小。當(dāng)醇酸比在1.0～1.2時酯化效果很好，反應(yīng)時間30～60min酯化反應(yīng)基本結(jié)束。以無機鹽做催化劑優(yōu)點在于無毒性、易得、催化劑用量少、產(chǎn)品質(zhì)量好、酯化率高、后處理容易、流程簡單，是酯化反應(yīng)的優(yōu)良催化劑，也是濃硫酸催化劑的理想替代品。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：楊超（1991-），男，湖北隨州人，本科在讀，專業(yè)方向為應(yīng)用化學(xué)。