乙酸異丙酯的合成研究

楊志超

摘 要：乙酸異丙酯是在化學工業(yè)中一種重要的有機化學品，它的用途比較廣泛，影響了人們生活的方方面面。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，對乙酸異丙酯的需求量生產(chǎn)越來越大。本文分析了乙酸異丙酯的合成技術(shù)，合成乙酸異丙酯需要使用的集中催化劑。

關(guān)鍵詞：乙酸異丙酯；合成研究

乙酸異丙酯是在化學工業(yè)中一種重要的有機化學品，它的用途比較廣泛，影響了人們生活的方方面面。由于它的獨特的屬性，不僅能夠與有機溶液進行混溶，也可以與水進行混溶，人們給予了它“萬能溶溶劑”的美稱。它廣泛用于有機溶劑的生產(chǎn)。它是生產(chǎn)合成樹脂的重要原料。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，對乙酸異丙酯的需求量生產(chǎn)越來越大。傳統(tǒng)的乙酸異丙酯的的生產(chǎn)方法是由乙酸和異丙醇在催化劑的作用下合成，這種方法既有利又有弊，同時不能滿足現(xiàn)實生產(chǎn)的需要。近年來人們對乙酸異丙酯進行了大量研究，研究乙酸異丙酯的合成方法。

一、乙酸異丙酯的合成技術(shù)

（一）以乙酸和異丙醇為原料合成。以乙酸和異丙醇為原料合成乙酸異丙酯是一種早期的方法，這種方法采用的工藝是液相法酯化。這種方法是先讓兩種原料在催化劑的作用下制成粗產(chǎn)品，粗產(chǎn)品再經(jīng)精加工，包括精餾、脫水、中和等工藝，最后生產(chǎn)出成品。在生產(chǎn)的過程中，催化劑種類、催化劑用量和反應(yīng)時間等都影響酯化反應(yīng)的效果，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。目前我國在以乙酸和異丙醇為原料的基礎(chǔ)上，學者提出了不同的方法生產(chǎn)乙酸異丙酯。

一些學者提出了用磷鋁硅分子篩催化劑，這種催化劑是由水熱法合成的，反應(yīng)器要是固定床的，讓兩種原料在里面進行酯化反應(yīng)。這種方法要注意溫度對反應(yīng)的影響，要注意壓力對反應(yīng)的影響。反復試驗表明，要想使催化劑具有良好的催化活性和反應(yīng)穩(wěn)定性，反應(yīng)時的溫度應(yīng)該為514K到574K之間，反應(yīng)時的壓力應(yīng)該為3.6MPa。一些學者提出了四丁基碘化銨來合成乙酸異丙酯，這是相轉(zhuǎn)移催化劑的。四頸瓶上電熱套加熱攪拌， 經(jīng)蒸餾等步驟最后收集87攝氏度到93攝氏度之間的餾分， 最后生產(chǎn)出乙酸異丙酯，這種產(chǎn)品的醇酸比是1比2，脂收率是百分之九十。一些學者提出用連續(xù)酯化反應(yīng)來生產(chǎn)乙酸異丙酯，這種方法需要制備相應(yīng)的裝置，比如蒸餾柱、精餾塔和冷凝器等。同時蒸餾柱底部要有預反應(yīng)區(qū)。進行生產(chǎn)時，在與反應(yīng)區(qū)加入定量的異丙醇、酸性物質(zhì)和冰醋酸，進行加熱反應(yīng)，m（冰醋酸）∶M（異丙醇）=（1～ 10）∶1 ， 酸性物質(zhì)催化劑的質(zhì)量分數(shù)為0.02%～ 1 %。在精餾柱的中部和預反應(yīng)區(qū)，要分別加入冷醋酸和異丙醇，而且要連續(xù)的加入，進行連續(xù)的反應(yīng)，在經(jīng)過蒸餾程序就可以連續(xù)的生產(chǎn)乙酸異丙酯。這種方法的流程比較簡單，使原料得到充分利用和轉(zhuǎn)化，具有較強處理能力的制備裝置，可以進行循環(huán)操作，而且減少了催化劑的浪費和對環(huán)境的污染，可以連續(xù)使用。還有一些學者提出了一種生產(chǎn)方法，可以同時生產(chǎn)乙酸乙酯和乙酸異丙酯，并且同時對他們進行純化。這種生產(chǎn)方法把乙酸、乙醇和異丙醇的混在一起，在酸催化劑的作用下進行酯化反應(yīng)。產(chǎn)生的粗成品，經(jīng)過分離、蒸餾提純等工藝，可以產(chǎn)出純度很高的乙酸異丙酯。

（二）以乙酸和丙烯為原料合成。近年來，越來越多的化工企業(yè)以乙酸和丙烯為原料來合成乙酸異丙酯，這是一種比較新的合成方法。與以乙酸和異丙醇為原料合成的方法比，它使生產(chǎn)工藝得到大大縮短，節(jié)省了原材料的消耗。這種方法的反應(yīng)比較復雜，主反應(yīng)過程中會產(chǎn)生很多副反應(yīng)。為了不影響乙酸異丙酯的產(chǎn)出效率，在生產(chǎn)中要控制好反應(yīng)產(chǎn)生的條件，盡量限制副反應(yīng)的發(fā)生。日本許多企業(yè)是用這種方法生產(chǎn)乙酸異丙酯的，我國在這方面應(yīng)該像日本學習。同樣在以乙酸和丙烯為原料的基礎(chǔ)上，學者提出了不同的方法生產(chǎn)乙酸異丙酯。

一些學者提出使用NSE01催化，讓乙酸和丙烯進行直接反應(yīng)，從而合成乙酸異丙酯。使用這種方法要對反應(yīng)條件進行研究，比如原料配比、溫度、時間等，這些都會影響酯化反應(yīng)。通過反復試驗表明，當反應(yīng)溫度為411K，使用的原來乙酸和丙烯的配比為1比3，等條件下，催化劑的活性不會下降，乙酸異丙酯的產(chǎn)出率較高。采用硬玻騰床反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)加入10毫升的催化劑，這時候把乙酸加入凈化器，當然要定量連續(xù)的加入，之后乙酸產(chǎn)生的蒸汽就會被丙烯帶入到反應(yīng)器。在出口收集產(chǎn)物時要用水進行了冷凝處理，這樣反應(yīng)產(chǎn)生的廢氣就會被水帶走，排放到室外。收集到產(chǎn)物后，對產(chǎn)物進行分析，可以用堿滴法對產(chǎn)物的乙酸含量進行測定，可以用色譜法對乙酸異丙酯含量進行測定。測定完后對產(chǎn)物做蒸餾處理，然后在經(jīng)過一系列的工藝程序，這樣乙酸異丙酯純度就能達到百分之九十九以上。一些學者是提出用酸性陽離子交換樹脂，用這種催化劑的反應(yīng)既有氣化，也有液化。用他生產(chǎn)乙酸異丙酯，不僅可以改進工藝流程，還可以生產(chǎn)高純度的乙酸異丙酯。一些學者研究了不同酸化劑對酯化反應(yīng)的催化作用。通過大量的實驗得出了，乙酸異丙酯合成反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)，就是升高時反應(yīng)速度不斷加快，在140攝氏度達到臨界點，超過這個溫度逆反應(yīng)速度會大幅度加快，超過正反應(yīng)速度。在反應(yīng)中添加水會對反應(yīng)產(chǎn)生不利影響，一方面乙酸轉(zhuǎn)化率不斷下降，另一方面異丙醇升高，導致乙酸異丙酯純度下降。

二、合成乙酸異丙酯使用的催化劑

用于合成乙酸異丙酯的的催化劑有許多種，主要的有以下幾種。（1）液體酸催化劑。在很早的時候，工業(yè)上用硫酸用作化學反應(yīng)的催化劑。在乙酸異丙酯傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法中，即用乙酸和異丙醇合成，就是把液態(tài)硫酸作為催化劑，兩種原料在硫酸的作用下進行直接反應(yīng)。硫酸的優(yōu)點是催化活性好，但它的缺點也是不能忽視的，比如具有很強的腐蝕性，進行分離的時候比較困難，會對環(huán)境造成污染等。（2）固體酸催化劑。以乙酸和異丙醇為原料合成乙酸異丙酯，固體算催化劑也是常用的一種催化劑。與液體酸相比，它的優(yōu)點比較明顯，比如容易從產(chǎn)品中分離出來，可以循環(huán)使用，催化活性比較高等。他被認為是比較理想催化劑，已經(jīng)開始逐漸取代液體酸。把載體做干燥處理，然后在酸性溶液中進行長時間的泡浸，選擇適合的溫度對載體進行過濾，就可以制得乙酸異丙酯。吸附量對固體酸催化劑的催化效率影響比較大，而載體的體積大小和結(jié)構(gòu)特征又影響了吸附量。所以，載體在一定程度上影響了固酸的催化效率。（3）離子交換樹脂催化劑。以乙酸和丙烯為原料合成乙酸異丙酯，離子交換樹脂催化劑是常用的一種催化劑，而且在各種化學工業(yè)品中也得到廣泛的應(yīng)用。離子交換樹脂催化劑催化效果比較好，在它的作用下生產(chǎn)的乙酸異丙酯，往往純度比較高。如果交換樹脂是強酸性陽離子的，那么生產(chǎn)的乙酸異丙酯也是比較廉價的。（4）雜多酸鹽催化劑。自從上世紀七十年代，日本實現(xiàn)了雜多酸鹽催化劑的工業(yè)化生產(chǎn)，雜多酸鹽催化劑就廣泛的用于工業(yè)化學品的生產(chǎn)，包括乙酸異丙酯。它是新一代的催化劑，具有分子篩式的結(jié)構(gòu)特征，它的選擇性很大，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，催化活性比較高，它的這些優(yōu)點和特征，使得它是適合用于乙酸異丙酯的合成。雜多酸還有特性，綜合合還原性和酸性，所以無論是在固態(tài)里還是在溶液中它的結(jié)構(gòu)都非常穩(wěn)定，是非常優(yōu)良的催化劑。（5）相轉(zhuǎn)移催化劑。相轉(zhuǎn)移催化劑用于相轉(zhuǎn)移催化劑反應(yīng)，這種反應(yīng)是有機合成的一種新方法，近些年在工業(yè)生產(chǎn)中用的比較多。以乙酸和丙烯為原料合成乙酸異丙酯，相轉(zhuǎn)移催化劑也是用的比較多的催化劑。它有兩個特點，一個是水相包含著鹽，一個是有機相溶解需要反應(yīng)。它的缺點就是，會污染產(chǎn)物，與酯類分離比較困難。

結(jié)語：綜上所述，乙酸異丙酯是在工業(yè)中廣泛使用的有機化學品，目前對它的需求量越來越大。合成乙酸異丙酯主要有兩種方法，一種是以乙酸和異丙醇為原料合成，一種是以乙酸和丙烯為原料合成。合成乙酸異丙酯使用的催化劑主要有液體酸催化劑、固體酸催化劑、離子交換樹脂催化劑、雜多酸鹽催化劑、相轉(zhuǎn)移催化劑等。

參考文獻：

[1] 王學麗，王富麗，張毅，常有國，連丕勇. 乙酸異丙酯催化合成研究進展[J]. 工業(yè)催化，2006，03：26-30.

[2] 文彬，伍小駒. 乙酸異丙酯合成研究進展[J]. 精細化工中間體，2002，03：7-8+49.