硅鎢雜多酸催化乙酸丙酯的合成

訾俊峰

(許昌學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，河南 許昌 461000)

硅鎢雜多酸催化乙酸丙酯的合成

訾俊峰

(許昌學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，河南 許昌 461000)

以硅鎢酸為催化劑合成乙酸丙酯，考察了醇酸的物質(zhì)的量比、反應(yīng)時(shí)間和硅鎢酸的用量對(duì)乙酸丙酯轉(zhuǎn)化率的影響.結(jié)果表明：硅鎢酸是合成乙酸丙酯的良好催化劑，當(dāng)乙酸用量為0.10 mol時(shí)，醇酸物質(zhì)的量之比為1.4∶1.0，反應(yīng)時(shí)間為2.5 h，硅鎢酸質(zhì)量為0.50 g，此時(shí)酯化率可達(dá)98%.

硅鎢酸；催化；酯化；乙酸丙酯

乙酸丙酯作為一種低毒溶劑，可用于化合物的萃取[1]，工業(yè)上可由乙酸和正丙酯直接反應(yīng)制得，但傳統(tǒng)生產(chǎn)方法存在很多不足之處.隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐步增強(qiáng)，一直致力于尋找更加環(huán)保、高效、價(jià)廉易得的催化劑替代傳統(tǒng)催化劑，其中硅鎢酸以其良好的催化性能被廣泛用于酯的合成中[2].本文以硅鎢酸為催化劑，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)及單因素檢驗(yàn)確定了乙酸丙酯最佳的合成條件.

1 實(shí)驗(yàn)部分

在三頸瓶中按一定比例加入乙酸、正丙醇、帶水劑環(huán)己烷和一定量催化劑，裝上溫度計(jì)、分水器和回流冷凝管，加熱回流.其間保持三頸瓶中的反應(yīng)液穩(wěn)定沸騰；持續(xù)回流一定時(shí)間后停止，冷卻裝置至室溫，將反應(yīng)液與催化劑分離.按下式測(cè)定反應(yīng)的酯化率.

將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，加入飽和碳酸鈉溶液，邊加邊震蕩，至無(wú)氣體逸出為止，檢驗(yàn)酯層為中性，靜置，取上層；用飽和食鹽水多次洗滌，再用5 mL飽和氯化鈣溶液洗滌兩次，酯層轉(zhuǎn)入干燥的錐形瓶中，加入無(wú)水硫酸鎂干燥24 h后進(jìn)行蒸餾，收集97.0～99.5 ℃的餾分，取少量餾分，分別測(cè)定其紅外光譜和折光率，并與文獻(xiàn)對(duì)照.

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與分析

本文選擇正丙醇和冰醋酸的物質(zhì)的量之比、催化劑用量和反應(yīng)時(shí)間作為影響酯化率的主要因素，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)[3]考察上述因素對(duì)反應(yīng)酯化率的影響程度，各因素與水平及其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1、表2.

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可知對(duì)酯化率影響最大的因素是醇酸物質(zhì)的量比，且當(dāng)醇酸物質(zhì)的量比為A2時(shí)，平均酯化率最大且明顯高于A(yíng)1和A3.而從催化劑質(zhì)量和反應(yīng)時(shí)間對(duì)酯化率的影響情況統(tǒng)計(jì)來(lái)看，隨著反應(yīng)條件的改變，其平均酯化率均隨之增加，所以要想確定其最優(yōu)反應(yīng)條件，還必須進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn).

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與分析

2.2.1 催化劑的質(zhì)量對(duì)酯化率的影響

由正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，反應(yīng)時(shí)間為2.5～3.0 h的平均酯化率變化不大，因此我們可以限定反應(yīng)時(shí)間為2.5 h，固定醇酸物質(zhì)的量比為1.4∶1(乙酸為0.10 mol)，改變催化劑的質(zhì)量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3.當(dāng)催化劑的質(zhì)量為0.75 g時(shí)，酯化率最大；催化劑的質(zhì)量繼續(xù)增大時(shí)，酯化率反而降低了，因此其最佳催化劑的量應(yīng)為0.50 g.

表3 催化劑的用量對(duì)酯化率的影響

2.2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)酯化率的影響

固定醇酸物質(zhì)的量比為1.4∶1(乙酸為0.10 mol)，催化劑的質(zhì)量為0.50 g，改變反應(yīng)時(shí)間做單因素實(shí)驗(yàn)，見(jiàn)表4.可以看出：酯化率隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，但在反應(yīng)2.5 h之后，隨時(shí)間的增長(zhǎng)酯化率趨于平緩，因此最佳反應(yīng)時(shí)間為2.5 h.

表4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)酯化率的影響

2.3 最佳條件重復(fù)實(shí)驗(yàn)

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)及單因素檢驗(yàn)結(jié)果所得出的合成乙酸丙酯的最佳反應(yīng)條件，即在乙酸為0.10 mol、正丙醇為0.14 mol、催化劑質(zhì)量為0.50 g、反應(yīng)時(shí)間為2.5 h的條件下進(jìn)行了重復(fù)實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果見(jiàn)表5.表中數(shù)據(jù)變化不大，且酯化率高，3次平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的值平均為98.83%.

表5 最佳條件重復(fù)實(shí)驗(yàn)

2.4 產(chǎn)品分析

本實(shí)驗(yàn)合成的乙酸乙酯為無(wú)色透明液體，有淡淡的清香.其紅外光譜見(jiàn)圖1，測(cè)定顯示特征吸收峰：-1 743.44 cm-1(酯的C=O伸縮振動(dòng)吸收峰位置在1 745～1 720 cm-1)，-1236.52 cm-1(C-O-C非對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)在1 210～1 160 cm-1)，與標(biāo)準(zhǔn)圖譜[4]對(duì)比基本一致；用阿貝爾折光儀測(cè)定其折光率為：nD20=1.384 6(文獻(xiàn)為：nD20=1.384 4)[5]，因此可以判定所得產(chǎn)品為乙酸丙酯.

3 結(jié)論

合成乙酸丙酯的最佳條件為：正丙醇與冰醋酸物質(zhì)的量比為1.4∶1(乙酸為0.10 mol)，催化劑質(zhì)量為0.5 g，回流反應(yīng)2.5 h,酯化率可達(dá)98%以上.

硅鎢酸具有對(duì)設(shè)備腐蝕性小、催化效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此硅鎢酸是一種性能優(yōu)良的催化劑.

[1] 徐克勛.精細(xì)有機(jī)化工原料及中間體手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1998:1-319.

[2] 訾俊峰,宋少堂.硅鎢雜多酸催化合成己二酸二丁酯的研究[J].應(yīng)用化工,2006,35(2):106-107.

[3] 《正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法》編寫(xiě)組.正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法[M].上海:科學(xué)技術(shù)出版社,1979.

[4] 凌關(guān)庭,王亦蕓,唐述潮.食品添加劑手冊(cè)(下冊(cè))[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1989.

[5] 《常用化學(xué)手冊(cè)》編寫(xiě)組.常用化學(xué)手冊(cè)[M].北京:地質(zhì)出版社,1997.

責(zé)任編輯：衛(wèi)世乾

Synthesis of Propyl Acetate Catalyzed by Silicotungstic Acid

ZI Jun-feng

(CollegeofChemistryandChemicalEngineering,XuchangUniversity,Xuchang461000,China)

：Propyl acetate has been synthesized with Silicotungstic acid as catalyst. Molar ratio of silicic acid, reaction time and mass of silicotungstic acid are examined to observe the esterification ratio of propyl acetate. The result shows that silicotungstic acid is a good catalyst for the synthesis of propyl acetate. Based on 0.1 mol acetic acid,molar ratio of alcohol acid is 1.4∶1.0; based on 2.5h reaction time and 0.50 g mass of silicotungstic acid, the yield of product can reach 98%.

silicotungstic acid; catalyze; esterification; propyl acetate

2015-03-26

訾俊峰(1957—)，男，河南許昌人，教授，研究方向：精細(xì)化學(xué)品的合成.

1671-9824(2016)02-0073-03

TQ225

A