乙酸異丙酯的合成

補(bǔ)朝陽(yáng)

（新鄉(xiāng)學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

乙酸異丙酯［1］廣泛用作溶劑、脫水劑及藥物提取劑，具有水果香味，是一種重要的化工原料，可作塑料、纖維衍生物、油類(lèi)用脂肪等的溶劑，是合成樹(shù)脂、表面涂料的重要原料.目前工業(yè)上普遍采用以乙酸和異丙醇為原料，濃硫酸［2］為催化劑直接催化合成乙酸異丙酯，該方法存在副反應(yīng)多、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、環(huán)境污染嚴(yán)重以及產(chǎn)物分離復(fù)雜等問(wèn)題.近年來(lái)已有采用其他催化劑來(lái)催化合成乙酸異丙酯的報(bào)道，例如使用磷鋁硅固體酸［3-4］、酸性離子交換樹(shù)脂［5］、相轉(zhuǎn)移催化劑［6］、硫酸氫鈉［7］等，與硫酸相比固體酸具有高催化活性、產(chǎn)品易分離、可再生重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，但它的催化活性與載體有密切關(guān)系，因此催化劑的制作工序繁重.酸性離子交換樹(shù)脂催化劑雖然具有催化活性高、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點(diǎn)，但離子交換樹(shù)脂內(nèi)含有一定量的水份，不便于運(yùn)輸及貯存.相轉(zhuǎn)移催化劑是高效，低成本和實(shí)用的催化劑，但該類(lèi)催化劑與酯類(lèi)分離困難，甚至?xí)?dǎo)致產(chǎn)物被催化劑污染，影響產(chǎn)物純度.本文作者以硫酸氫鈉［8］作為催化劑催化合成乙酸異丙酯.硫酸氫鈉是高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的酯化反應(yīng)催化劑，來(lái)源廣泛，性質(zhì)穩(wěn)定，價(jià)格低廉，難溶于反應(yīng)體系，易于分離，操作方便，反應(yīng)時(shí)間短，對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕，對(duì)環(huán)境污染小.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

酚酞、氫氧化鈉、硫酸氫鈉、環(huán)己烷、異丙醇、冰乙酸等均為市售分析純?cè)噭?，阿貝折射儀（上海明茲精密儀器廠）.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 酯化反應(yīng)

常壓下，在100mL的單口燒瓶中加入5.7mL（0.1mol）乙酸和實(shí)驗(yàn)量的異丙醇，一定量的硫酸氫鈉為催化劑，環(huán)己烷為帶水劑，并加入幾粒沸石，裝上分水器和冷凝回流管，加熱回流.反應(yīng)結(jié)束后，冷卻，將冷卻后的反應(yīng)液轉(zhuǎn)入分液漏斗中，滴加飽和Na2CO3溶液至無(wú)氣泡產(chǎn)生為止，再用少量飽和NaCl水溶液洗滌一次.分離酯層，無(wú)水MgSO4干燥，蒸餾，收集85～91℃的餾分，得純產(chǎn)品，測(cè)其折光率為1.377 3，與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)一致.

1.2.2 酯化率的計(jì)算

反應(yīng)前取混合反應(yīng)液0.5mL稀釋至10mL，加入酚酞試劑，用自制的0.5mol/L NaOH溶液滴定至溶液剛好出現(xiàn)粉紅色，記錄NaOH體積用量為V1；反應(yīng)結(jié)束冷卻后，取混合反應(yīng)液0.5mL稀釋至10mL，加入酚酞試劑，用自制的0.5mol/L NaOH溶液滴定至溶液剛好出現(xiàn)粉紅色，記錄NaOH體積用量為V2.

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)酯化率的影響

以0.1mol乙酸為基準(zhǔn)，酸醇的物質(zhì)的量之比為1∶0.6，催化劑硫酸氫鈉用量為1.2g，10mL環(huán)己烷作為帶水劑進(jìn)行合成反應(yīng)，改變反應(yīng)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.由表1可知，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為60min時(shí)酯化率達(dá)到最高值，之后沒(méi)有明顯增加，其原因是酯化反應(yīng)是一可逆反應(yīng)，部分酯可能發(fā)生了水解，故最佳反應(yīng)時(shí)間應(yīng)控制在60min.

2.2 酸醇比對(duì)酯化率的影響

以0.1mol乙酸為基準(zhǔn)，反應(yīng)時(shí)間為60min，催化劑硫酸氫鈉用量為1.2g，10mL環(huán)己烷作為帶水劑，改變酸醇的物質(zhì)的量之比進(jìn)行合成反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.由表2可知，隨著醇用量的增加酯化率有所提高，在酸醇比為1∶0.8時(shí)酯化率達(dá)到最高值，之后有所下降.原因可能是副反應(yīng)的發(fā)生，酸的相對(duì)濃度下降，酯化率降低.故酸醇比為1∶0.8時(shí)為最佳.

表1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)酯化率的影響Table 1 Influence of reaction time on conversion

表2 酸醇比對(duì)酯化率的影響Table 2 Influence of CH3COOH/C3H7OH mole ratio on conversion

2.3 催化劑用量對(duì)酯化率的影響

以0.1mol乙酸為基準(zhǔn)，反應(yīng)時(shí)間為60min，酸醇比1∶0.6，10mL環(huán)己烷作為帶水劑，改變催化劑硫酸氫鈉的用量進(jìn)行合成反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3.由表3可知，隨著催化劑用量的增加，酯化率逐步提高，當(dāng)催化劑用量為0.8g時(shí)酯化率達(dá)到最高.隨著催化劑用量的繼續(xù)增大，酯化率有所下降，主要原因是過(guò)量的催化劑導(dǎo)致副反應(yīng)發(fā)生，造成酯化率下降.因此，催化劑用量選擇0.8g為宜.

2.4 帶水劑用量對(duì)酯化率的影響

以0.1mol乙酸為基準(zhǔn)，反應(yīng)時(shí)間為60min，酸醇比為1∶0.8，催化劑硫酸氫鈉用量為0.8g，改變帶水劑用量進(jìn)行合成反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4.

表3 催化劑用量對(duì)酯化率的影響Table 3 Influence of catalyst amount on conversion

表4 帶水劑用量對(duì)酯化率的影響Table 4 Influence of amount of carrying water agent on conversion

由表4可知，隨著帶水劑用量的增加，酯化率有所提高，在帶水劑用量為8mL時(shí)酯化率達(dá)到最高值84.3%，之后有所降低.主要原因是隨著帶水劑用量的增加，反應(yīng)液乙酸和異丙醇的相對(duì)濃度下降，酯化反應(yīng)速率降低，酯化率減小.故帶水劑用量以8mL為宜.

3 結(jié)論

以冰乙酸和異丙醇為原料，硫酸氫鈉為催化劑，合成乙酸異丙酯的最佳反應(yīng)條件為（以0.1mol乙酸為基準(zhǔn)）：反應(yīng)時(shí)間60min，酸醇比1∶0.8，催化劑用量0.8g，帶水劑用量8mL.在此條件下，酯化率最高可達(dá)84.3%.

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