硅钨杂多酸催化乙酸丙酯的合成

訾俊峰

(许昌学院 化学化工学院，河南 许昌 461000)

硅钨杂多酸催化乙酸丙酯的合成

訾俊峰

(许昌学院 化学化工学院，河南 许昌 461000)

以硅钨酸为催化剂合成乙酸丙酯，考察了醇酸的物质的量比、反应时间和硅钨酸的用量对乙酸丙酯转化率的影响.结果表明：硅钨酸是合成乙酸丙酯的良好催化剂，当乙酸用量为0.10 mol时，醇酸物质的量之比为1.4∶1.0，反应时间为2.5 h，硅钨酸质量为0.50 g，此时酯化率可达98%.

硅钨酸；催化；酯化；乙酸丙酯

乙酸丙酯作为一种低毒溶剂，可用于化合物的萃取[1]，工业上可由乙酸和正丙酯直接反应制得，但传统生产方法存在很多不足之处.随着人们环保意识的逐步增强，一直致力于寻找更加环保、高效、价廉易得的催化剂替代传统催化剂，其中硅钨酸以其良好的催化性能被广泛用于酯的合成中[2].本文以硅钨酸为催化剂，通过正交实验及单因素检验确定了乙酸丙酯最佳的合成条件.

1 实验部分

在三颈瓶中按一定比例加入乙酸、正丙醇、带水剂环己烷和一定量催化剂，装上温度计、分水器和回流冷凝管，加热回流.其间保持三颈瓶中的反应液稳定沸腾；持续回流一定时间后停止，冷却装置至室温，将反应液与催化剂分离.按下式测定反应的酯化率.

将反应液转移至分液漏斗中，加入饱和碳酸钠溶液，边加边震荡，至无气体逸出为止，检验酯层为中性，静置，取上层；用饱和食盐水多次洗涤，再用5 mL饱和氯化钙溶液洗涤两次，酯层转入干燥的锥形瓶中，加入无水硫酸镁干燥24 h后进行蒸馏，收集97.0～99.5 ℃的馏分，取少量馏分，分别测定其红外光谱和折光率，并与文献对照.

2 结果与讨论

2.1 正交实验的设计与分析

本文选择正丙醇和冰醋酸的物质的量之比、催化剂用量和反应时间作为影响酯化率的主要因素，通过正交实验[3]考察上述因素对反应酯化率的影响程度，各因素与水平及其实验结果见表1、表2.

表1 正交实验因素水平

表2 正交实验结果

由表2可知对酯化率影响最大的因素是醇酸物质的量比，且当醇酸物质的量比为A2时，平均酯化率最大且明显高于A1和A3.而从催化剂质量和反应时间对酯化率的影响情况统计来看，随着反应条件的改变，其平均酯化率均随之增加，所以要想确定其最优反应条件，还必须进行单因素实验.

2.2 单因素实验的设计与分析

2.2.1 催化剂的质量对酯化率的影响

由正交实验数据分析可知，反应时间为2.5～3.0 h的平均酯化率变化不大，因此我们可以限定反应时间为2.5 h，固定醇酸物质的量比为1.4∶1(乙酸为0.10 mol)，改变催化剂的质量进行实验，实验结果见表3.当催化剂的质量为0.75 g时，酯化率最大；催化剂的质量继续增大时，酯化率反而降低了，因此其最佳催化剂的量应为0.50 g.

表3 催化剂的用量对酯化率的影响

2.2.2 反应时间对酯化率的影响

固定醇酸物质的量比为1.4∶1(乙酸为0.10 mol)，催化剂的质量为0.50 g，改变反应时间做单因素实验，见表4.可以看出：酯化率随着反应时间的延长而增大，但在反应2.5 h之后，随时间的增长酯化率趋于平缓，因此最佳反应时间为2.5 h.

表4 反应时间对酯化率的影响

2.3 最佳条件重复实验

根据正交实验及单因素检验结果所得出的合成乙酸丙酯的最佳反应条件，即在乙酸为0.10 mol、正丙醇为0.14 mol、催化剂质量为0.50 g、反应时间为2.5 h的条件下进行了重复实验，其结果见表5.表中数据变化不大，且酯化率高，3次平行实验结果的值平均为98.83%.

表5 最佳条件重复实验

2.4 产品分析

本实验合成的乙酸乙酯为无色透明液体，有淡淡的清香.其红外光谱见图1，测定显示特征吸收峰：-1 743.44 cm-1(酯的C=O伸缩振动吸收峰位置在1 745～1 720 cm-1)，-1236.52 cm-1(C-O-C非对称伸缩振动在1 210～1 160 cm-1)，与标准图谱[4]对比基本一致；用阿贝尔折光仪测定其折光率为：nD20=1.384 6(文献为：nD20=1.384 4)[5]，因此可以判定所得产品为乙酸丙酯.

3 结论

合成乙酸丙酯的最佳条件为：正丙醇与冰醋酸物质的量比为1.4∶1(乙酸为0.10 mol)，催化剂质量为0.5 g，回流反应2.5 h,酯化率可达98%以上.

硅钨酸具有对设备腐蚀性小、催化效率高等优点，因此硅钨酸是一种性能优良的催化剂.

[1] 徐克勋.精细有机化工原料及中间体手册[M].北京:化学工业出版社,1998:1-319.

[2] 訾俊峰,宋少堂.硅钨杂多酸催化合成己二酸二丁酯的研究[J].应用化工,2006,35(2):106-107.

[3] 《正交试验设计法》编写组.正交试验设计法[M].上海:科学技术出版社,1979.

[4] 凌关庭,王亦芸,唐述潮.食品添加剂手册(下册)[M].北京:化学工业出版社,1989.

[5] 《常用化学手册》编写组.常用化学手册[M].北京:地质出版社,1997.

责任编辑：卫世乾

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，河南许昌人，教授，研究方向：精细化学品的合成.

1671-9824(2016)02-0073-03

TQ225

A