乙酸乙酯合成条件的优化研究

＊李学章

（云南工贸职业技术学院 云南 650300）

乙酸乙酯是一种用途广泛的精细化工产品，具有优异的溶解性、快干性，广泛用于涂料、合成橡胶、粘合剂、乙基纤维素等生产过程中。也是制药工业和有机合成的重要原料，因此对于乙酸乙酯产率的研究方案尤为重要。目前合成乙酸乙酯的方法[1]主要有直接酯化法（原料为醋酸和乙醇，浓硫酸为催化剂直接酯化，再经中和、水洗、除杂、干燥、蒸馏得到成品）、乙醛缩合法（催化剂为烷基铝，用乙醛缩合反应生成醋酸乙酯）、加成反应法（乙烯与醋酸催化作用下，发生加成反应而生成醋酸乙酯）、氧化制取法（丁烷氧化制取乙酸时副产乙酸乙酯）。

1.实验原理

此反应是可逆的，为了有利于乙酸乙酯的生成，实验合成中采用了无水乙醇过量的方法，使反应向生成酯的方向进行，即使反应向右进行[2]。

2.实验仪器与药品

仪器：标准回流装置1套、标准蒸馏装置1套、DZTW型电子调温电热套、2WAJ阿贝折射仪。

药品：实验所用试剂均为化学纯。

3.实验方法

在三颈烧瓶中，加入5mL无水乙醇，再慢慢加入一定体积的浓硫酸，使其混合均匀，并加入几颗沸石。三颈瓶一侧口插入温度计，另一侧口插入滴液漏斗，中间口安装一蒸馏装置。在滴液漏斗中加入15mL无水乙醇和10mL冰醋酸，混合均匀。用电热套加热，当温度升至100℃左右，自滴液漏斗慢慢滴入其余的混合液，维持反应温度在110～125℃之间。滴加完毕后，继续加热，直至温度升高到130℃不再有馏出液为止。

慢慢向粗产品中加入饱和碳酸钠溶液至无二氧化碳气体放出，酯层用pH试纸检验呈中性。移入分液漏斗中，充分振摇后静置，分去下层水相。酯层用饱和食盐水洗涤，静置分层，分出水层。再用饱和氯化钙溶液洗涤两次，弃去下层水相，酯层倒入干燥的锥形瓶中，用无水碳酸钾干燥10～ 20min。将干燥好的粗乙酸乙酯通过漏斗（滤纸过滤）滤入蒸馏瓶中，加入几粒沸石，加热进行蒸馏。收集73℃～80℃的乙酸乙酯馏分，记录精制乙酸乙酯的产量。根据称量产品的质量，计算产品的收率。

用阿贝折光仪测定所得乙酸乙酯的折光率，并换算到20℃时的折光率（文献值：）。折光率平行测定三次。不同温度下折光率的转换公式：

4.实验结果与讨论

(1)醇酸用量对产品收率及纯度的影响

当浓硫酸用量为7mL、无水乙醇用量为20mL，反应时间为80min时，改变冰醋酸的用量，结果表明冰醋酸用量为10mL时产品收率最高，纯度也很高。结果见表1。

表1 醇酸用量对产品收率及纯度的影响

(2)不同催化剂对产率及纯度的影响

当无水乙醇用量为20mL、冰醋酸用量为10mL，反应时间为80min时，分别使用了浓硫酸、硫酸铁、氯化铁作为催化剂，结果表明使用浓硫酸时产品的收率最高，达到了63.49%，纯度也很高。结果见表2。

表2 不同催化剂对产品收率及纯度的影响

(3)催化剂用量对产率及纯度的影响

合成中发现，催化剂的用量太多或是太少都会使化学反应速率减慢而影响酯化率，用量太多时会发生碳化现象，产生很多的副产物而降低产率。固定反应物的用量，反应时间仍为80min，改变了浓硫酸的用量，对合成乙酸乙酯的产率及纯度进行试验，结果表明浓硫酸的用量为2.00mL时产品的收率和纯度最高。结果见表3。

表3 催化剂用量对产品收率及纯度的影响

(4)不同干燥剂对产率及纯度的影响

固定反应物的用量，使用2mL的浓硫酸作为催化剂，反应时间仍为80min，分别使用无水碳酸钾、无水硫酸镁、无水硫酸钠作为干燥剂，并改变它们的用量，对合成乙酸乙酯的产率及纯度进行试验，结果表明使用无水碳酸钾时产品的收率和纯度最高。结果见表4。

表4 不同干燥剂对产品收率及纯度的影响

(5)反应时间对产率及纯度的影响

固定反应物的用量，使用2mL的浓硫酸作为催化剂，选择无水碳酸钾作为干燥剂，合成过程中对反应时间进行了试验，结果表明反应时间为80min左右时产品的收率和纯度最高。结果见表5。

表5 反应时间对产品收率及纯度的影响

(6)反应温度对产率及纯度的影响

固定反应物的用量，使用2mL的浓硫酸作为催化剂，选择无水碳酸钾作为干燥剂，反应时间控制在80min左右，合成过程中对反应温度进行了试验，结果表明反应温度为90℃左右时产品的收率和纯度最高。结果见表6。

表6 反应温度对产品收率及纯度的影响

温度控制可以说是这个实验能否成功的关键，当温度达到170℃时，在浓硫酸催化作用下乙醇会生成乙烯，当温度达到140℃时，乙醇会产生乙醚。在不同温度下生成的副产物都不一样，所以在实验过程中一定要控制好实验反应的温度，以免产生很多的副产物而影响产品的产率及纯度。

(7)其他因素对产率及纯度的影响

①可选用硫酸氢钠代替浓硫酸从而减少对环境的污染，同时避免副产物的产生，符合绿色化学的理念。②通过向反应装置中加入干燥剂而使反应不断地向正反应方向进行，使得乙酸乙酯的产率升高。③饱和碳酸钠起到溶解乙醇、吸收乙酸、减小乙酸乙酯溶解度的作用。④加入药品时先加乙醇，再加浓硫酸，最后加冰醋酸。由于浓硫酸溶于乙醇或冰醋酸都会放出大量的热，使液体发生飞溅，所以不宜先加入浓硫酸再加其它物质。浓硫酸不宜最后滴加，以免在滴加浓硫酸的过程中乙酸与乙醇过早发生反应。

5.产品分析

乙酸乙酯为无色无味的、具有水果香味的易燃液体，沸点73℃～80℃（文献值77.06℃），折光率为（文献值为1.3720）。

6.结论

综上所述，大量实验结果显示乙酸乙酯合成反应的最佳条件为：无水乙醇20mL、冰乙酸10mL、浓硫酸2mL、反应时间为80min左右、反应温度控制在90℃左右、干燥剂选择无水碳酸钾时的产率和纯度是最高的。因为乙醇在市场上属于容易得到的原料，价格也比较便宜，故本次实验主要选择了无水乙醇过量的办法，而浓硫酸属于危险化学品，在实验中接触到是很危险的，且副产物多，所以我们将浓硫酸的用量降到了最小，不仅提高了产率，还节约了原料试剂，减少了污染也提高了产品质量。