硫酸氫鈉催化合成水楊酸正丁酯

吳春燕

（廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學院資源工程系，廣西河池 547000）

硫酸氫鈉催化合成水楊酸正丁酯

吳春燕

（廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學院資源工程系，廣西河池 547000）

以水楊酸和正丁醇為原料，硫酸氫鈉為催化劑，合成了水楊酸正丁酯?？疾炝苏〈寂c水楊酸摩爾比、反應(yīng)時間、催化劑用量對酯化收率的影響。通過實驗得到最佳工藝條件為:正丁醇與水楊酸摩爾比為1.6∶1，反應(yīng)時間為4h，催化劑用量為水楊酸用量的6%（質(zhì)量分數(shù)），水楊酸正丁酯收率可達60.66%。

水楊酸正丁酯；硫酸氫鈉；催化

水楊酸正丁酯是一種重要的有機化工原料，廣泛應(yīng)用于食品添加劑及日用化學等領(lǐng)域。目前，工業(yè)上大多用濃硫酸合成水楊酸正丁酯，由于濃硫酸引起的副反應(yīng)較多，得到的產(chǎn)品色澤較深，純度低，設(shè)備腐蝕嚴重，后處理工藝復(fù)雜，研究者們積極尋找新的催化劑代替濃硫酸，如對氨基苯磺酸、固體超強酸、磷鎢酸、雜多酸等[1-4]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，硫酸氫鈉作為催化劑，可用于催化羧酸與醇的酯化反應(yīng)，具有反應(yīng)液直接與催化劑分離，操作方面，后處理工藝簡單，對設(shè)備腐蝕較小，催化活性好等優(yōu)點[5]。本文以硫酸氫鈉為催化劑，得到了合成水楊酸正丁酯的最佳工藝條件。

1 實驗

1.1 材料與試劑

原料與試劑：水楊酸、正丁醇、硫酸氫鈉、碳酸鈉、氯化鈉、無水硫酸鎂（分析純）。

儀器:JJ型數(shù)顯恒速電動攪拌器、WZS-21型阿貝折光儀、抽濾裝置。

1.2 實驗方法

在裝有攪拌裝置的三口瓶中依次加入硫酸氫鈉、水楊酸、正丁酯，在三口瓶的一側(cè)裝上溫度計，另一側(cè)裝上分水器，分水器上方配上冷凝管，攪拌加熱，使得反應(yīng)液始終保持微沸狀態(tài)，待無水分出時，停止反應(yīng)。待反應(yīng)液冷卻到室溫時，過濾出硫酸氫鈉，濾液置于分液漏斗中分層，有機層依次用碳酸鈉飽和溶液和氯化鈉飽和溶液洗滌，用無水硫酸鎂干燥后，常壓蒸餾出過量的正丁醇，將分水器中的有機相液體倒入三口瓶中，冷卻。對三口瓶中冷卻后的固液混合物進行抽濾，將濾液轉(zhuǎn)移到分液漏斗中靜置分液，將有機層依次用飽和碳酸鈉、飽和氯化鈉溶液洗滌，用無水硫酸鎂干燥，常壓蒸餾出過量的正丁醇后再進行減壓蒸餾，收集沸點在90～92℃的餾分，即為產(chǎn)品水楊酸正丁酯。

1.3 產(chǎn)物的折光率測定

采用WZS21型阿貝折光儀測定產(chǎn)品的折光率。

2 結(jié)果與討論

2.1 醇酸摩爾比對酯化率的影響

在三口瓶中加入水楊酸0.1mol，催化劑硫酸氫鈉為水楊酸用量的6%（質(zhì)量分數(shù)），回流反應(yīng)時間為4h，改變正丁醇的用量，考察醇酸摩爾比對酯化率的影響，結(jié)果見表1。

表1 醇酸摩爾比對酯化率的影響

由表1可知，隨著醇酸摩爾比的不斷增大，酯化率先逐漸增大后減小，當醇酸摩爾比達到1.6∶1時，酯化率達到最大。這是因為酯化反應(yīng)是可逆反應(yīng)，增大正丁醇的用量時，酯化反應(yīng)向正方向移動提高酯化率；但醇酸摩爾比高于1.6∶1時，過多的正丁醇導(dǎo)致反應(yīng)物濃度下降，酯化率降低。故醇酸摩爾比選擇為1.6∶1。

2.2 反應(yīng)時間對酯化率的影響

在三口瓶中加入水楊酸0.1mol，催化劑硫酸氫鈉為水楊酸用量的6%（質(zhì)量分數(shù)），正丁醇的用量為1.6mol，考察反應(yīng)時間對酯化率的影響，結(jié)果見表2。

表2 反應(yīng)時間對酯化率的影響

由表2可知，反應(yīng)時間較短時，酯化率較低，隨著反應(yīng)時間的延長，酯化率不斷增加，當反應(yīng)時間達到4h時，酯化率達到最大值；再延長反應(yīng)時間，酯化率反而下降，這是因為延長反應(yīng)時間會導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生。故反應(yīng)時間選擇為4h。

2.3 催化劑用量對酯化率的影響

在三口瓶中加入水楊酸0.1mol，醇酸摩爾比為1.6∶1，反應(yīng)時間為4h，考察催化劑硫酸氫鈉用量為水楊酸用量的4%、5%、6%、7%、8%（質(zhì)量分數(shù)，表3以硫酸氫鈉質(zhì)量表示）時對酯化率的影響，結(jié)果見表3。

表3 催化劑用量對酯化率的影響

由表3可知，隨著催化劑硫酸氫鈉的增多，酯化率不斷上升，當催化劑用量達到水楊酸用量的6%（質(zhì)量分數(shù)）時，酯化率已達到最大值；繼續(xù)增加催化劑用量，會導(dǎo)致反應(yīng)液分離困難，蒸餾后殘留液及殘渣量增加，使酯化率有所下降。故選擇催化劑硫酸氫鈉用量為水楊酸用量的6%（質(zhì)量分數(shù)）。

2.4 催化劑重復(fù)使用次數(shù)對酯化率的影響

在三口瓶中加入水楊酸0.1mol，醇酸摩爾比為1.6∶1，反應(yīng)時間為4h，將催化劑硫酸氫鈉重復(fù)使用4次，結(jié)果見表4。

表4 催化劑用量重復(fù)使用次數(shù)對酯化率的影響

由表4可見，催化劑使用次數(shù)為3次時，對酯化率影響不大。當重復(fù)使用4次后，酯化率下降較明顯。故催化劑可重復(fù)使用3次。

2.5 平行實驗

在三口瓶中加入水楊酸0.1mol，醇酸摩爾比為1.6∶1，反應(yīng)時間為4h，催化劑硫酸氫鈉用量為水楊酸用量的6%（質(zhì)量分數(shù)）時進行平行實驗，結(jié)果見表5。

表5 平行實驗結(jié)果

由表5可知，該酯化反應(yīng)在上述實驗所得到的適宜反應(yīng)條件下進行平行實驗，具有良好的重現(xiàn)性。

2.6 發(fā)產(chǎn)品折光率到測定

通過阿貝折光儀測定，產(chǎn)品的折光率為1.5110，與文獻[6]相符。

3 結(jié)論

以水楊酸和正丁醇為原料，采用硫酸氫鈉作為催化劑，通過實驗得出的最佳工藝條件為:正丁醇與水楊酸摩爾比為1.6∶1，反應(yīng)時間為4h，催化劑用量為水楊酸用量的6%（質(zhì)量分數(shù)），水楊酸正丁酯收率可達60.66%。

[1] 趙衛(wèi)星，姜紅波.對氨基苯磺酸催化合成水楊酸正丁酯[J].應(yīng)用化工，2013，42（8）:1426-1427.

[2] 梁字，郭俊勝.固體超強酸催化合成水楊酸正丁酯[J].河南化工，2003（4）:22-23.

[3] 趙侖，唐棟，劉建平.磷鎢酸催化合成水楊酸正丁酯的研究[J].長春師范學院學報:自然科學版，2006，25（6）: 44-46.

[4] 丁健樺，彭雪嬌，胡春華.雜多酸(鹽)催化合成水楊酸正丁酯的研究[J].華東地質(zhì)學院學報，2003，26（1）: 70-72.

[5] 黃靈芝，李麗峰，黃朋勉，等.L-酒石酸異丁酯的合成[J].長沙理工大學學報:自然科學版，2007(4):91-93.

[6] Dean J A.蘭氏化學手冊(15版)[M].北京:世界圖書出版公司，1999.

Synthesis of n-Butyl Salicylate Catalyzed by Sodium Bisulfate

WU Chun-yan
(Department of Resources Engineering，Guangxi Modem Vocational Technology College，Hechi 547000，China)

Butyl salicylate was synthesized from salicylic acid and n-butanol catalyzed by sodium bisulfate.The effect of the molar ratio of n-butanol to salicylic acid，the reaction time，the amount of catalyst was discussed.Optimal conditions were obtained:the molar ratio of n-butanol to salicylic acid was 1.6∶1, the reaction time was 4h and the mass ratio of catalyst to salicylic acid was 6%, the yield of butyl salicylate was 60.66%.

n-butyl salieylat; sodium bisulfate; catalysis

O 625.52+3

A

1671-9905(2015)01-0021-02

吳春燕（1982-），女，廣西欽州人，碩士，講師，主要從事化工教學和研究工作

2014-10-28