酸性离子液体[Hmim]HSO4催化合成乙酸异戊酯

2013-09-23赵新筠张剑光周忠强

大学化学 2013年5期

赵新筠张剑光周忠强

(中南民族大学化学与材料科学学院湖北武汉 430074)

乙酸异戊酯具有香蕉和梨的香味，是一种用途广泛的有机化工产品和食用香料。乙酸异戊酯的制备是高等学校有机化学实验课程中关于酯化反应的一个重要合成实验，通常是用浓硫酸为催化剂催化乙酸和异戊醇反应[1-5]。由于实验废液是含有一定量有机物和碳化有机物的浓硫酸溶液，腐蚀性强，会污染环境，难以处理。随着人们环保意识的增强和绿色化学的兴起，对可逆酯化反应条件进行改进以提高产物的收率，已经成为实验教学改革的热点。

1 实验部分1.1 仪器和试剂

WAY-1S型阿贝折射仪，NEXUS470型傅立叶红外光谱仪，GC-17A ATF气相色谱仪。酸性离子液体[Hmim]HSO4参照文献[17]制备；其他所用试剂均为市售分析纯或化学纯试剂。

1.2 乙酸和异戊醇的酯化反应

将5mL酸性离子液体[Hmim]HSO4，8.8g(10.8mL，0.1mol)异戊醇和13.5g(12.8mL，0.225mol)乙酸依次加入到100mL圆底烧瓶中，装上回流冷凝管，温和回流1h。将反应物冷至室温，小心转移到分液漏斗中，静置后分出下层离子液体，上层液体用15mL质量分数为5%的NaHCO3溶液洗涤，然后用无水氯化钙干燥。将干燥后的产物滤入50mL蒸馏瓶中，蒸馏收集138～143℃馏分，得无色液体10.5g，收率81%。下层离子液体减压蒸除水后重复使用。

2 结果与讨论2.1 酸醇物质的量比对收率的影响

表1 酸醇物质的量比与收率的关系

2.2 离子液体用量对收率的影响

按1.2的实验方法，其他条件不变，改变离子液体用量。从图1可以看出，当离子液体的用量超过2.5mL时，酯化反应的收率(约81%)不再增加，说明离子液体[Hmim]HSO4是高效的催化剂。

图1 离子液体用量对收率的影响

2.3 反应时间对收率的影响

按1.2的实验方法，离子液体用量为2.5mL，其他条件不变，改变反应时间，得到的收率见表2。从表2可以看出，反应时间从30min提高到40min，收率从73%变化到79%；再增加反应时间，收率变化很小。

表2 反应时间与收率

2.4 离子液体的重复使用

离子液体[Hmim]HSO4可溶于乙酸和异戊醇的混合液；反应生成的水溶于离子液体中，而生成的酯不溶于离子液体。回流开始约20min后，即可观察到溶液明显分层。反应结束后，通过简单的分液即可分离产物和离子液体。为了考察离子液体的可重复使用性，将分离后的离子液体减压去水后，按1.2的实验方法，离子液体用量为2.5mL，回流反应40min，重复使用5次，结果见表3。从表3可知离子液体重复使用5次后，催化活性基本不变，表明离子液体作为酯化催化剂可以重复利用。

表3 离子液体重复使用次数与收率

2.5 折光率和红外光谱分析

合成产物为无色透明液体，具有浓郁的香蕉香味。在20℃下测得产物的折光率为1.4005。这与有机化合物手册[18]在20℃下测定的折光率1.4000接近。红外光谱采用液膜法测定，产品的红外光谱特征峰值为2964、1746、1467、1240、1056cm-1，其中2964cm-1归属于饱和C—H的伸缩振动吸收峰；1467cm-1为饱和C—H的弯曲振动吸收峰；1746cm-1处的强峰归属为酯分子中羰基的伸缩振动吸收；1240和1056cm-1应归属为酯结构中的C—O—C单键的特征吸收峰。谱图与文献一致[6]。说明合成产物为目标化合物。