乙酸正丁酯的合成

补朝阳

(新乡学院 化学化工学院，河南 新乡 453000)

乙酸正丁酯在工业上有着极为广泛的用途，是常用的有机溶剂，可用作人造纤维、涂料、人造革、清漆、人造香精、氯化橡胶、甲基丙酸树脂、消化纤维素等的溶剂，也可用作药物、有机酸萃取剂及水果香料的原料，还广泛用于香料、塑料、化工、制药等行业，因此乙酸正丁酯不仅是工业上重要的有机溶剂，而且也是一种重要的有机化工原料. 常用作奶油、草莓、香蕉等型的香精[1].

催化合成乙酸正丁酯的方法很多，但工业上传统的合成乙酸正丁酯的方法以硫酸为催化剂，由冰乙酸和正丁醇直接酯化而成. 浓硫酸作为催化剂虽然可以获得较高的酯化率，但是在酯化反应过程中常常伴随有较为复杂的副反应发生，从而使得到的产品质量受到很大的影响，给产品的后处理工作带来麻烦，且设备腐蚀较为严重，环境污染严重. 因此随着社会的发展，环境保护法规的不断完善，人们对环境的要求不断提高，在合成乙酸正丁酯的工艺中，开发新型催化剂来替代硫酸已成为研究者普遍关心的问题.

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

冰乙酸，正丁醇，硫酸氢钾，环己烷，酚酞，无水乙醇等均为市售分析纯试剂. 阿贝折射仪.

1.2 实验方法

1.2.1 酯的合成

正丁醇的量固定为0.1 mol，按照一定的酸醇比将冰乙酸和正丁醇加入到100 mL单口烧瓶中，加入一定量的环己烷作带水剂，装上分水器(分水器中装满环己烷)，加热回流一定时间后使反应结束. 待反应液冷却后，先用5%碳酸钠溶液洗涤，再用饱和氯化钠水溶液洗涤，无水硫酸镁干燥，常压蒸馏，收集108～113 ℃馏分即为产品，计算收率. 测定产品的折光率.

1.2.2 酯化率的测定

分别取反应前混匀的混合液与反应后静置、冷却的混合液各0.1 mL，稀释至10 mL，加入2～3滴0.2%酚酞，用已标定的氢氧化钠溶液滴定至溶液刚出现粉红色，半分钟内不退色，分别记录所用氢氧化钠的体积V1、V2，按下式计算乙酸正丁酯的酯化率: 酯化率=(1-V2/V1)×100%.

2 结果与讨论

2.1 反应时间对酯化率的影响

固定正丁醇0.1 mol (下同)，醇酸比控制为1∶1.35，催化剂为0.8 g，环己烷为10 mL，通过改变反应时间，考察反应时间对酯化率的影响，结果见表1.

由上表1可见，随着反应时间的增加，合成乙酸正丁酯的酯化率增大，反应进行到60 min时，反应的酯化率达到最大，再延长反应时间，酯化率没有明显的改变，说明反应已达到最佳反应时间，故实验选择酯化时间为60 min.

2.2 醇酸摩尔比对酯化率的影响

固定正丁醇为0.1 mol，催化剂为0.8 g，环己烷为10 mL，控制回流时间为60 min，通过改变冰乙酸的量，考察不同的醇酸摩尔比对酯化率的影响，结果见表2.

表1 反应时间对酯化率的影响Table 1 Influence of reaction time on conversion

表2 醇酸摩尔比对酯化率的影响Table 2 Influence of C4H9OH/CH3COOH mole ratio on conversion

由表2可知，当冰乙酸的量增加时，酯化率随之相应的增大，当冰乙酸增加到一定程度时，酯化率没增加反而有所下降. 当冰乙酸增加到一定量时，降低了反应液中正丁醇的浓度，这有可能就是酯化率不增反降的原因. 因此我们选择醇酸比为1∶1.35.

2.3 催化剂用量对酯化率的影响

实验固定正丁醇为0.1 mol，醇酸比为1∶1.35，环己烷为10 mL，控制回流时间为60 min，通过改变催化剂的用量，考察不同用量的催化剂对酯化率的影响，结果见表3.

由表3可见，硫酸氢钾对乙酸正丁酯的合成有很高的催化活性，当催化剂用量增加，酯化率也增加，当催化剂用量为0.8 g时，酯化率达到最大，继续增加催化剂的用量，酯化率下降，故催化剂用量为0.8 g时为最佳.

2.4 带水剂用量对酯化率的影响

实验固定正丁醇为0.1 mol，醇酸比为1∶1.35，催化剂为0.8 g，控制回流时间为60 min，通过改变带水剂环己烷的用量，观察不同用量的带水剂对酯化率的影响，结果见表4.

表3 催化剂用量对酯化率的影响Table 3 Influence of catalyst amount on conversion

表4 带水剂用量对酯化率的影响Table 4 Influence of amount of carrying water agent on conversion

由表4可见，开始增加带水剂环己烷的用量，反应的酯化率相应的增加，当带水剂用量为8 mL时，该反应的酯化率达到最大，再增加带水剂的用量，酯化率反而下降，故本实验选择带水剂用量为8 mL.

3 结论

综上实验可知，以硫酸氢钾为催化剂，以冰乙酸与正丁醇为原料，催化合成乙酸正丁酯的最佳反应条件为：正丁醇与冰乙酸的物质的量之比为1∶1.35，催化剂为0.8 g，带水剂为8 mL，反应时间为60 min. 酯化率可达95.2%.

硫酸氢钾具有价格便宜，易得，稳定等优点，以其为催化剂，酯化反应时间短、酯化率高、不腐蚀设备、无污染，适合工业化生产，是一种具有工业应用前景的催化剂.

参考文献：

[1] 孔祥文， 于 龙， 张 静， 等. 乙酸正丁酯的绿色合成[J]. 实验室研究与探索， 2011， 30(2)：21-26.

[2] 赵文献， 郭保国. 合成乙酸丁酯反应的新方法[J]. 精细化工， 1994， 25(6)：55-57.

[3] 姜红波. 碘催化合成乙酸正丁酯的研究[J]. 化学工程师， 2011， 189(6)：14-15.

[4] 宁满霞. 结晶三氯化铝催化合成乙酸正丁酯的研究[J]. 东莞理工学院学报， 2003， 10(1)：26-29.

[5] 秦传高， 曹崇江， 钟 秦， 等. 固体超强酸SO4/ZrO2对乙酸正丁酯的催化合成研究[J]. 江苏化工， 2007， 35(4)：35-37.

[6] 吴良彪. 固体超强酸催化合成乙酸正丁酯的研究[J]. 广东化工， 2010, 37(4)：110-111.