特戊酸乙酯的合成

2018-07-04吴南南卢心愿卢方方李公春

安徽化工 2018年3期

吴南南，张超，卢心愿，卢方方，李公春

（许昌学院化学化工学院，化学生物传感与检测重点实验室，河南许昌 461000）

特戊酸乙酯别名为叔戊酸乙酯、三甲基乙酸乙酯和2，2-二甲基丙酸乙酯，在工业上主要用作香料的制造以及香皂、洗发香波等；在医药上主要用作合成医药中间体[1-2]。随着社会的发展和时代的进步，人们更加重视精神方面的享受，医药和香料更在社会生活中发挥积极作用。特戊酸甲酯和特戊酸乙酯不仅是合成香精的原料，而且是合成医药的中间体。特戊酸乙酯合成方法有室温离子液体与过渡金属三苯基膦配合物构成的催化体系中,叔丁醇与乙醇的氢酯基化反应[3]；催化酯化-吸附脱水联合工艺合成法[4]。本实验采用特戊酸和乙醇在浓硫酸催化下进行酯化反应，实验操作简单，反应条件易于控制。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

FTIR-650傅里叶变换红外光谱仪（天津市港东科技发展股份有限公司）；DJ-2002型电子天平（福州华志科学技术有限公司）；SZCL-2A型数显智能控温磁力搅拌器（巩义予华仪器有限责任公司）。特戊酸、无水乙醇、浓硫酸、碳酸氢钠、无水硫酸钠等均为市售化学纯。

1.2 实验过程

在100mL的圆底烧瓶中加入20.2g特戊酸，在搅拌下加入24mL无水乙醇和1mL浓硫酸，加热回流5h，放置冷却后，加入40mL水，用分液漏斗分出下层水相，油状液体再用16mL饱和碳酸氢钠溶液中和至pH值为7，再用30mL去离子水洗涤一次，弃去下层水相，上层液体倒入锥形瓶中，用3.0g无水硫酸钠干燥，放置10 h，过滤，称量得粗品为22.5g，粗产率为87.4%，然后蒸馏，收集116℃～118℃馏分，得到特戊酸乙酯13.9 g，产率为53.9%，产品性状为无色透明液体。

2 结果与讨论

2.1 红外光谱测定

将特戊酸乙酯用液膜法在FTIR-650型傅里叶变换红外光谱仪上进行红外光谱测试，所得谱图如图1。

图1 特戊酸乙酯的红外光谱图

图1为特戊酸乙酯的IR图：在2977.60cm-1、2936.25cm-1和2873.75cm-1处出现的-CH3，-CH2-伸缩振动峰，这是季碳原子上所连接的3个甲基吸收峰，由于所连接的3个甲基可以自由伸缩振动，所以谱图中甲基吸收振动峰较一般的甲基吸收振动峰强很多；在1731.09cm-1处有强而尖的酯键中羰基的伸缩振动吸收峰；在1481.69cm-1处是-CH3反对称吸收峰；在1205.44cm-1、1173.99cm-1和1153.52cm-1处出现了与-O-C=O有关的特征吸收峰。经比对该IR图与标准谱图完全吻合，证明了此物质为特戊酸乙酯[5]。

2.2 合成特戊酸乙酯的讨论

羧酸酯是一类在工业和商业上用途广泛的化合物，可由羧酸和醇在催化剂存在下直接酯化进行制备，或采用酰氯、酸酐和腈的醇解，有时也可利用羧酸盐与卤代烷或硫酸酯的反应来制备[6]。本实验采用传统的酯化方法，用特戊酸与无水乙醇在浓硫酸催化下进行酯化反应，合成了特戊酸乙酯。实验采用乙醇作溶剂且稍过量，因为乙醇过量可使特戊酸充分反应，生成特戊酸乙酯；除此之外，乙醇价格便宜，易于工业大量生产；本实验用浓硫酸作催化剂和脱水剂，使反应更迅速有效地生成产物。

特戊酸和无水乙醇的酸催化酯化反应属双分子反应机理，反应通过加成-消去历程进行。质子加成到特戊酸中羧基的羰基氧原子上，这样就使羧基的碳原子带有更高的正电性，活化了羰基，有利于乙醇分子对羰基碳原子发生亲核进攻，然后失去一分子水，再失去氢离子，生成特戊酸乙酯。参照文献[7]推测反应的机理如下：