硫酸氫鈉-硫酸催化合成硬脂酸正丁酯

袁旭宏，熊雙喜

（1.臺州職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物與化學(xué)工程系，浙江臺州318000；2.臺州學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院，浙江臺州318000）

硬脂酸正丁酯，英文名稱：n-Butylstearate，中文別名:十八酸正丁酯，是硬脂酸與正丁醇的酯化產(chǎn)物，一般為無色或微黃色的蠟狀固體或液體。能與礦物油及植物油類混溶，溶于乙醇和乙醚，微溶于水[1]，作為柔潤劑在化妝品配方中應(yīng)用普遍。如用于聚氯乙烯透明軟質(zhì)和硬質(zhì)擠塑、注塑、壓延制品，作織物的潤滑劑、防水劑及潤滑油的添加劑，化妝品的基料等。同時也是一種重要的化工原料，它可作為膠黏劑的配合劑、金屬加工潤滑劑、樹脂添加劑、橡膠和聚烯烴樹脂的增塑劑，合成有用硫酸法，其主缺點(diǎn)是過多副產(chǎn)物、對設(shè)備腐蝕性較強(qiáng)等?，F(xiàn)也有較多新的催化法如對甲苯磺酸催化[2]、離子交換樹脂催化[3]、氨基磺酸催化[4]、NaHSO4·H2O催化等[5]，以上合成硬脂酸正丁酯的研究都有較好的結(jié)果。

本文探討了利用硫酸氫鈉復(fù)合催化劑催化合成硬脂酸正丁酯并確定催化劑用量、反應(yīng)時間、物料配比、反應(yīng)溫度等反應(yīng)條件，取得了較滿意的效果。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

正丁醇（A.R.浙江中星化工試劑有限公司）；硬脂酸（A.R.上海青析化工科技有限公司）；NaHSO4（A.R.廣東汕頭市西隴化工廠）；濃H2SO4分析純（A.R.無錫市展望化工試劑有限公司）；NaHCO3及環(huán)己烷等。

島津FTIR-8400型傅立葉變換紅外分光光度計（日本島津公司）；WZSⅠ型阿貝折射儀（國營上海光學(xué)儀器廠）等。

1.2 硬脂酸正丁酯合成方法

在150mL三口燒瓶中加入一定比例的硬脂酸、正丁醇及NaHSO4-H2SO4復(fù)合催化劑等，混合均勻后加入數(shù)粒沸石，按步驟分別裝上分水器、回流冷凝管及溫度計等，檢查無漏氣后加熱反有回流時數(shù)小時，然后通過回收未反應(yīng)的正丁醇、冷卻、多次洗滌產(chǎn)物至中性，液體干燥后進(jìn)行蒸餾,蒸出醇和環(huán)已烷。減壓下蒸凈溶劑,得淡黃色透明液體產(chǎn)品用儀器檢查。

2 結(jié)果與討論

影響硬脂酸正丁酯酯化率的因素：酸醇摩爾比、催化劑的用量、復(fù)信催化劑用量比、反應(yīng)回流時間及溫度等。研討目標(biāo)為酯化率的影響，帶水劑選環(huán)己烷。

2.1 酸醇摩爾比的影響

合成條件固定為：硬脂酸0.1mol，正丁醇0.4mol，溫度109~113℃，反應(yīng)回流時間140min，NaHSO4為0.9g，H2SO40.25g，12mL為環(huán)己烷，變化醇的用量，考查酯化率的影響因素，結(jié)果見表1。

表1 酸醇摩爾比對酯化率的影響Tab.1 Esterification efficiency vs．n（正丁醇）：n（硬脂酸）

表1得出，當(dāng)酸醇摩爾比1∶4.5時，酯化率96.79%,再加大n（酸）∶n（醇）比，相應(yīng)的酯收率變化很少，所以，酸醇摩爾比為1∶4.5最好。

2.2 催化劑用量的影響

合成條件固定為：酸醇摩爾比1∶4.5，溫度109~113℃，反應(yīng)回流時間140min，硫酸0.25g，12mL為環(huán)己烷，變化NaHSO4催化劑用量，考查酯化率的影響因素，結(jié)果見表2。

表2 催化劑用量對酯化率的影響Tab.2 Esterification efficiency vs.catalyst dosage

表2得出，當(dāng)催化劑用量為1.3g時，酯化率96.75%,再加大催化劑用量，相應(yīng)的酯收率變化很少，所以，催化劑用量為1.3g最好。

2.3 NaHSO4 與濃H2SO4 之比的影響

合成條件固定為：酸醇摩爾比1∶4.5，溫度109~113℃，反應(yīng)回流時間140min，H2SO40.25g，12mL為環(huán)己烷，變化nH2SO4∶nNaHSO4摩爾比，考查酯化率的影響因素，結(jié)果見表3。

表3 nH2SO4∶nNaHSO4摩爾比對產(chǎn)品產(chǎn)率的影響Tab.3 InfluenceofMolarratioofreactantsonProductyield

表3得出，當(dāng)nH2SO4∶nNaHSO4摩爾比為0.16∶1時，酯化率96.98%,再加大用量，相應(yīng)的酯收率變化很少，所以，nH2SO4∶nNaHSO4摩爾比為0.16∶1最好。（相當(dāng)4DH2SO4）。

2.4 反應(yīng)時間對酯化率的影響

合成條件固定為：酸醇摩爾比1∶4.5，溫度109~113℃，nH2SO4∶nNaHSO4摩爾比為0.16∶1，12mL為環(huán)己烷，變化反應(yīng)回流時間，考查酯化率的影響因素，結(jié)果見表4。

表4 反應(yīng)時間對酯化率的影響Tab.4 Esterification efficiency vs. reaction time

表4得出，當(dāng)反應(yīng)時間為105min時，酯化率為97.97%,再加大反應(yīng)時間，相應(yīng)的酯收率變化很少，所以，反應(yīng)時間為105min最好。

2.5 溫度對酯化率的影響

合成條件固定為：酸醇摩爾比1∶4.5，溫度109~113℃，nH2SO4∶nNaHSO4摩爾比為0.16∶1，12mL為環(huán)己烷，反應(yīng)回流時間105min，變化反應(yīng)溫度，考查酯化率的影響因素，結(jié)果見表5。

表5 溫度對酯化率的影響Tab.5 Esterification efficiency vs. reaction temperature

表5得出，當(dāng)反應(yīng)溫度為110~113℃時，酯化率97.35%,再改變反應(yīng)溫度，相應(yīng)的酯收率變化較少，因此，反應(yīng)溫度為110~113℃最好。

2.6 重復(fù)實驗

合成條件固定為：酸醇摩爾比1∶4.5，溫度109~113℃，nH2SO4∶nNaHSO4摩爾比為0.16∶1，12mL為環(huán)己烷，反應(yīng)回流時間105min，反應(yīng)溫度為110~113℃，考查酯化率的影響因素，結(jié)果見表8。

表6 重復(fù)實驗的結(jié)果Tab.6 The result of The Repeat experiment

表5得出，在同樣條件下實驗5次，酯化率均為97.56%，比較穩(wěn)定。

3 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析

3.1 折光率和溶點(diǎn)

產(chǎn)品為淡黃色液體,產(chǎn)品折射率（20℃）：1.4455（文獻(xiàn)折射率（20℃）：1.4456）,產(chǎn)品凝固后是26.5~27.5e熔化（文獻(xiàn)凝固點(diǎn)27.5e）基本相一致。

3.2 紅外光譜

紅外光譜圖得出；1740.4cm-1（C=O），1173.3cm-1（C-O-C）；與硬脂酸正丁酯的標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜相一致。

4 結(jié)論

（1）NaHSO4-H2SO4二者復(fù)合的催化劑能催化合成硬脂酸正丁酯，同時具有價格低、易得、體系分離方便、催化性能良好、操作方便、無腐蝕、反應(yīng)時間短、催化劑用量也少等優(yōu)點(diǎn)。

（2）NaHSO4-H2SO4復(fù)合催化劑催化合成硬脂酸正丁酯的最佳條件是：酸醇摩爾比1∶4.5，溫度110~113℃，nH2SO4∶nNaHSO4摩爾比為0.16∶1，12mL為環(huán)己烷，反應(yīng)回流時間105min，反應(yīng)溫度為110~113℃，酯化率均在97.56%。

（3）為合成硬脂酸正丁酯工韭提供一良好方法。

［1］徐克勛.精細(xì)有機(jī)化工及中間體手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.311-319.

［2］寧安讓,寧方.硬脂酸正丁酯的合成和性質(zhì)及應(yīng)用［J］.安徽化工,1998,24（6）：26-27.

［3］車榮睿,魏榮寶.離子交換樹脂在酯化反應(yīng)中的應(yīng)用［J］.精細(xì)石油化工,1993，（5）：47-52.

［4］張宗森,顏芳.氨基磺酸催化合成硬脂酸正丁酯［J］.陜西化工,1999,28（1）：23-24.

［5］鐘桐生,俞善信，硫酸氫鈉催化合成硬脂酸正丁酯［J］.沈陽化工學(xué)院學(xué)報，2002,16（2）：121-123.