乙酸丁酯制備實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

胡 章，李楚燕，李思東，蔡 鷹

（廣東海洋大學(xué) 理學(xué)院化學(xué)系， 廣東 湛江 524088）

乙酸丁酯制備實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

胡 章，李楚燕，李思東，蔡 鷹

（廣東海洋大學(xué) 理學(xué)院化學(xué)系， 廣東 湛江 524088）

針對乙酸丁酯制備實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)方法存在反應(yīng)時(shí)間長、產(chǎn)物產(chǎn)率低、后處理復(fù)雜、安全隱患多、環(huán)境污染重等諸多不足，通過對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，縮短反應(yīng)時(shí)間，簡化后處理過程，提高酯的產(chǎn)率和純度，消除安全隱患，加強(qiáng)了綠色化教育和環(huán)保意識。

乙酸丁酯；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；制備

乙酸丁酯，為乙酸正丁酯的簡稱，是一種無色透明的液體，具有愉快果香氣味，可用作食用香料；與醇、醚、酯及常用的有機(jī)溶劑互溶，是一種優(yōu)良的有機(jī)溶劑，可用作天然膠和合成樹脂等的溶劑。

天然的乙酸丁酯主要存在于水果中，如香蕉、菠蘿、櫻桃等，目前工業(yè)上主要以化學(xué)合成為主[1,2]。乙酸丁酯的制備在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是一個較為綜合型實(shí)驗(yàn)，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生掌握有機(jī)酸酯的制備原理及其制備方法，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中，可以掌握回流、蒸餾、洗滌、萃取、干燥等多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法不足

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高等院校化學(xué)、化工、水產(chǎn)、海洋、生物、食品、制藥、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、材料等諸多專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)的必修課程。在我校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一直開設(shè)乙酸丁酯制備實(shí)驗(yàn)，按照現(xiàn)使用的《有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》[3]教材上的方法去教學(xué)實(shí)驗(yàn)，耗時(shí)長，產(chǎn)率低，使得學(xué)生實(shí)驗(yàn)積極性不高，環(huán)保意識淡薄，教學(xué)效果不甚理想，主要是因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)存在以下幾方面的不足：

（1）酒精燈加熱慢，耗時(shí)長，且供熱不穩(wěn)定，燈焰經(jīng)常擺動和跳動；此外，操作不當(dāng)易引起失火，存在安全隱患。

（2）濃硫酸作催化劑，用量大（1 mL），操作危險(xiǎn)，副反應(yīng)多，反應(yīng)結(jié)束產(chǎn)生大量酸性廢液，后處理繁瑣且?guī)韲?yán)重環(huán)保問題。

（3）反應(yīng)物料配比較大，資源浪費(fèi)。

（4）生成物水難以去除，反應(yīng)不徹底，產(chǎn)率低。

（5）普通蒸餾純化產(chǎn)物，效果差，產(chǎn)物不純。鑒于教材上乙酸丁酯制備的實(shí)驗(yàn)方法存在以上缺陷，作者在參考有關(guān)文獻(xiàn)[4-7]的基礎(chǔ)上，結(jié)合我校實(shí)際教學(xué)環(huán)境和多年的教學(xué)與科研經(jīng)驗(yàn)，對乙酸丁酯制備方法進(jìn)行了改進(jìn)，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法的諸多不足，取得了良好實(shí)驗(yàn)效果，同時(shí)消除了一些安全隱患，對提高學(xué)生節(jié)約、環(huán)保意識，提升學(xué)習(xí)興趣都起到積極作用。

2 實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)

2.1 熱源裝置的改進(jìn)

原實(shí)驗(yàn)方法是采用酒精燈上置石棉網(wǎng)加熱，升溫慢，且受熱不穩(wěn)定。本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法采用電熱套加熱，其優(yōu)點(diǎn)是升溫快，受熱穩(wěn)定，操作簡便。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作流程見圖1。

圖1 改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)操作流程Fig.1 Improved experimental operation process

2.2 催化劑的改進(jìn)

原實(shí)驗(yàn)方法采用濃硫酸作催化劑，用量大，操作不安全，副反應(yīng)多，且后處理麻煩；本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法采用硅膠負(fù)載硫酸固體催化劑，相比之下具有催化效率高、副反應(yīng)少、后處理方便、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 反應(yīng)物料摩爾配比的改進(jìn)

原實(shí)驗(yàn)方法中采用冰醋酸/正丁醇摩爾配比為2∶1，雖然過量的乙酸可促使化學(xué)平衡有利于酯的生成，但致使太多原料浪費(fèi)，且后處理繁瑣。本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法采用冰醋酸/正丁醇摩爾配比為1.2∶1。

2.4 帶水劑的引入

本實(shí)驗(yàn)酯化反應(yīng)為平衡反應(yīng)，生成物中有水生成，雖然采用濃硫酸可吸收一些，但酯的產(chǎn)率不高，約65%。本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法通過引入帶水劑環(huán)己烷，降低酯化反應(yīng)體系溫度，減少副反應(yīng)的發(fā)生，提高原料的利用率；更重要的是，在回流反應(yīng)時(shí)可及時(shí)將生成的水帶出反應(yīng)體系，促使平衡反應(yīng)向酯化方向進(jìn)行，提高酯的產(chǎn)率。

2.5 分水器的引入

在回流反應(yīng)裝置中引入分水器，可不斷地將反應(yīng)過程中生成的水除去，提高酯化產(chǎn)率。

2.6 產(chǎn)物純化工藝的改進(jìn)

本酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中各物質(zhì)的沸點(diǎn)如下：冰醋酸，117.9 ℃；正丁醇，117.7 ℃；乙酸正丁酯，125～126℃。由于這些物質(zhì)的沸點(diǎn)相差不大，在原實(shí)驗(yàn)方法中采用普通蒸餾很難將其分離，本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法采用分餾裝置，可將產(chǎn)物與雜質(zhì)分離開來，提高產(chǎn)物純度。

3 結(jié) 論

采用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，與原實(shí)驗(yàn)方法相比，得到以下結(jié)果與結(jié)論：

（1）酯的產(chǎn)率大大增加，由原65%提高為86.32%；其純度也顯著提升為96%。

（2）實(shí)驗(yàn)安全系數(shù)明顯提高，回避了明火的使用與濃硫酸的操作，消除了一些安全隱患。

（3）縮減回流反應(yīng)時(shí)間，簡化后處理操作，縮短了整體實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

（4）綠色催化劑的使用，改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境，加強(qiáng)了綠色化教育和環(huán)保意識。

［1］ 張連偉．乙酸正丁酯合成的研究進(jìn)展[J].當(dāng)代化工，2005，34(3)：173-175．

［2］ 段曉曉，費(fèi)莎，王浩貴．季銨鹽型離子液體催化合成乙酸丁酯的研究[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2015，44(6)：1-3．

［3］ 趙建莊，符史良．有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].第二版．北京：高等教育出版社，2007-10．

［4］ 李建偉，周長智，弓彥忠．硅膠負(fù)載硫酸催化酯化反應(yīng)研究[J].應(yīng)用化工，2005，34(6)：364-365．

［5］ 郭鵬，裴強(qiáng)，張永笑．無溶劑條件下硅膠固載硫酸催化酮與芳香醛的Cross-Aldol縮合反應(yīng)[J].信陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，24(1)：134-136．

［6］ 王孝華，王洪，劉亞婭．乙酸丁酯制備實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，27(3)：28-31．

［7］ 劉曉庚．提高酯化反應(yīng)效率的研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2000，(1)：53-54．

Improvement of Preparation Experiment of Butyl Acetate

HU Zhang，LI Chu-yan，LI Si-dong，CAI Ying
（Department of Chemistry, College of Science, Guangdong Ocean University, Guangdong Zhanjiang 524088，China）

Aiming at the existing problems in the traditional preparation experiment of butyl acetate, such as long time for reaction, low yield of product, complex post-treatment, many security risks, serious environmental pollution, and so on, improvement of the experiment was carried out to shorten the reflux reaction time, simplify the post-treatment, improve the yield and purity of the ester, eliminate safety hazards, and strengthen the students’education on green chemistry and environmental awareness.

Butyl acetate; Experimental improvement; Preparation

O 623.624

： A

： 1671-0460（2015）10-2398-02

2015-08-19

胡章（1976-），男，湖北隨州人，副教授，博士，2009年畢業(yè)于浙江大學(xué)藥物化學(xué)專業(yè)，從事藥物化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等教學(xué)與研究。E-mail：huzhcarrot@163.com。