由复合催化剂催化合成乙酸乙酯
2014-04-13谭鹏昆袁旭宏叶余原黄海明陈红尤玉静熊双喜
谭鹏昆,袁旭宏,叶余原,黄海明,陈红尤玉静,熊双喜
(1 台州学院,a 生命科学学院;b 医药化工学院, 浙江 台州 318000; 2 台州职业技术学院生化系, 浙江 台州 318000)
由复合催化剂催化合成乙酸乙酯
谭鹏昆1a,袁旭宏2,叶余原1b,黄海明1b,陈红1b尤玉静1b,熊双喜1b
(1 台州学院,a 生命科学学院;b 医药化工学院, 浙江 台州 318000; 2 台州职业技术学院生化系, 浙江 台州 318000)
在一水硫酸氢钠复合催化剂的条件下,由乙醇和乙酸为原料合成了较高收率乙酸乙酯。研究了一水硫酸氢钠复合催化剂使用量、乙醇使用量和反应的时间,带水剂的选择等因素对催化合成乙酸乙酯收率的影响。实验结果证明当乙醇:乙酸摩尔比为 5.5∶1 和硫酸氢钠为 0.7 g, 硫酸在 0.35 g、带水剂 8 mL 时, 回流分水 100 min,酯收率达 87.05%,为最优条件。
乙酸乙酯; 酯化率;复合催化剂;合成
乙酸乙酯,其英文名为ethyl acetate;又称醋酸乙酯,具有天然水果香味的无色透明液体,易挥发,易燃烧,微溶于水,能与乙醇、乙醚等混溶,蒸汽与空气易成爆炸性混合物。乙酸乙酯是工业上非常重要的一类溶剂,也是精细化工、染料中间体及医药生产等领域的基本原料,广泛用作人造珍珠的粘结剂、药物及有机酸的萃取剂[1,2]。
乙酸乙酯的催化合成方法有多种,如浓硫酸法因对环境污染等严重缺点而工业生产中已很少用,近年报道有用无机盐类、固体超强酸、对甲基苯磺酸及强酸性离子树脂等催化合成乙酸乙酯等[3-8]。本文参考俞善信等人发表的硫酸氢钠催化合成乙酸乙酯的论文后,探究了以硫酸氢钠复合催化剂催化合成乙酸乙酯的方法。并取得了乙酸乙酯合成工艺条件的满意结果。
1 实验部分
1.1 药品与仪器
药品:无水乙醇、冰乙酸、无水碳酸钠、环己烷、硫酸氢钠、浓硫酸、无水硫酸镁均为分析纯试剂。
仪器:JB50-D 型增力电动搅拌机、WZSⅠ型阿贝折射仪、9790 气相色谱仪(毛细管柱氢火焰)、岛津 FTIR-8400 型傅立叶变换红外分光光度计
1.2 乙酸乙酯的合成
将乙酸、乙醇和催化剂等按一定配比、7毫升环已烷加入到 150 毫升四颈瓶中,再装上配有电动搅拌器、温度计、球形冷凝管和分水器等酯化装置,在搅拌下加热升温至回流。规定温度下回流数小时,反应终结后,经冷却、过滤、洗涤、干燥等操作、改成蒸馏装置,蒸馏收集 65 度 至 78 度馏分,并作定性及定量分析并计算酯产率。
2 实验结果与讨论
2.1 主催化剂用量
改变催化剂硫酸氢钠用量,酯化条件为:乙酸0.3 mol,乙醇0.2 mol,温度75~85 ℃,回流时间160 min,硫酸0.4 g,7 mL环己烷,对酯化率的影响因素考查,结果列入表1。
表1催化剂用量对酯化率的影响Table 1 Esterification efficiency vs.catalyst dosage
表1可知,加大催化剂量酯收率有提高,当催化的质量在0.7 g 时,酯收率达85.88%,再加大相应的酯收率降低,因此,0.7 g为催化剂的最宜用量。
2.2 助催化剂量
改变助催化剂硫酸的用量,酯化条件为:乙酸0.3 mol,乙醇0.2 mol,温度75~85 ℃,回流时间160 min钟,硫酸氢钠为0.7 g,7 mL毫升环己烷,对酯化率的影响因素考查,结果列入表2。
表2 助催化剂用量对反应的影响Table2 Influence of amount of the catalyst on the reaction
从表2可见,加大肋催化剂量酯收率有提高,当助催化的质量在0.35 g 时,酯收率达86.71%,再加大相应的酯收率降低,因此,0.35 g为助催化剂的最宜用量。
2.3 带水剂的量
改变环己烷的用量,酯化条件为:乙酸0.3 mol,乙醇0.2 mol,温度75~85 ℃,回流时间160 min,硫酸氢钠为0.7 g,硫酸0.35 g,对酯化率的影响因素考查,结果列入表3。
表 3 带水剂的量Table 3 Selection of water-carring agent
从表3可见,加大环己烷量酯收率有提高,当环己烷量在8 mL 时,酯收率达86.93%,再加大相应的酯收率降低,因此,8 mL为环己烷的最宜用量。
2.4 醇酸摩尔比
改变环己烷的用量,酯化条件为:乙酸0.3 mol,乙醇0.2 mol,温度75~85 ℃,回流时间160 min,硫酸氢钠为0.7 g,硫酸0.35 g,8 mL为环己烷,对酯化率的影响因素考查,结果列入表4。
从表 4 可见,当酸醇摩尔比 1∶5.5 时, 酯化率 87.85 %,再增加 n(酸)/n(醇)比,相应的酯收率变化较少,因此,最适宜的酸醇摩尔比 1∶5.5。
表 4 醇酸摩尔比对酯化率的影响Table 4 Esterification efficiency vs.n(alcohol)/n(salicylic acid)
2.5 反应时间对反应的影响
改变反应时间,酯化条件为:温度75~85 ℃,酸醇摩尔比1∶5.5,硫酸氢钠为0.7 g,硫酸0.35 g,8 mL为环己烷,对酯化率的影响因素考查,结果列入表5。
从表 5 可见,当反应时间为 100 min 时, 酯化率较高为 86.97,%, 再增加反应时间,相应的酯收率变化较少,因此,最适宜的反应时间为 100 min。
2.6 温度对酯化率的影响
改变反应温度,酯化条件为:反应时间为100min,酸醇摩尔比1∶5.5,硫酸氢钠为0.7 g,硫酸0.35 g,8 mL为环己烷,对酯化率的影响因素考查,结果列入表6。
表 6 温度对酯化率的影响Table 6 Esterification efficiency vs. reaction temperature
从表 6 可见,当反应温度为 70~80 ℃时,酯化率较高为 87.05%, 再增加反应温度,相应的酯收率变化较少,因此,最适宜的反应温度为 70~80 ℃。
3 产品的检测
3.1 折光率测定
3.2 红外光谱测定
由红外光谱可知下列吸收峰(υ,cm-1)的情况:2 984.6、2 860(烃基 C-H 的吸收峰);1 741.6(酯羰基 C=O 的特征吸收峰,即为乙酸乙酯羰基的吸收峰);1 242.1(酯中 O-C-O 键的特征吸收峰)。与标准的乙酸乙酯谱图相符。
4 结 论
(1)硫酸氢钠复合催化剂对合成乙酸乙酯有比较好的催化性能,在优化条件下最高 87.05%的酯化率,不仅能代替硫酸催化剂,还对环境无污染,是一种价低、易得的绿色友好催化剂。
(2)以此催化剂催化合成乙酸乙酯的最佳条件是:n(酸)/n(醇)为 1∶5.5、回流反应时间 100 min、反应温度 70~80 ℃,硫酸氢钠的用量 0.7 g 克,硫酸的用量为 0.35 g。环己烷 8 mL,最高酯化率达87.05,%。
(3)为工业生产提供了有相当参考价值的探研新思路。
[1]章思规. 实用精细化学品手册(有机卷,下) [M]. 北京:高等教育出版社,1987.
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Catalytic Synthesis of Ethyl Acetate by Using Composite Catalyst
TAN Peng-kun1a, YUAN Xu-hong2, YE Yu-yuan1b, HUANG Hai-Ming1b, CHEN Hong1b, YOU Yu-Jing1b, XIONG Shuang-xi1b*
( 1. Taizhou University, a.School of Life Science;b. Department of Medical Chemistry, Zhejiang Taizhou 318000; 2. Taizhou Vocational & Technical College, Zhejiang Taizhou 318000,China)
Ethyl acetate was synthesized from ethanol and acetic acid by using sodium bisulfate monohydrate as catalyst; effects of the catalyst dosage, ethanol dosage and reaction time, water-carrying agent type on the yield of ethyl acetate were investigated. The results show that ethyl acetate yield can reach to 92.07% when mole ratio of ethanol to acetic acid is 5.5∶1, and sodium bisulfate is 0.7g, sulfuric acid is 0.35 g, water-carrying agent is 8ml, reaction time is 100 min.
ethyl acetate; esterification rate; composite catalyst; synthesis
TQ 245.124
: A文献标识码: 1671-0460(2014)07-1166-02
2014-05-23
国家青年科学青年基金(21207095)。
谭鹏昆(1992-)男, 湖南益阳人。
陈红(1966-),女;叶余原(1969-),男; 熊双喜(1953-), 男, 副教授, 湖南道县人。研究方向:分离工程。Eail-xsxi@tzc.edu.cn。