乙酸正丁酯[1], 别名为醋酸正丁酯。分子式为C6H12O2, 它为无色透明的液体, 具有水果香味, 易挥发, 在20℃下相对于水的密度为0.8826, 沸点126.3℃, 微溶于水, 并溶于醇、醚等大多数有机溶剂, 并且对于大部分合成树脂具有很好的溶解能力, 也可用作脱水剂和萃取剂, 广泛地被当作原料应用于制药、制革、化工、香料等行业领域, 我国对其的需求量仍然很大。
乙酸正丁酯的合成原理为:
仪器:电热套、三口烧瓶 (250m L) 、分水器、锥形瓶 (100m L) 、球形冷凝管、直形冷凝管、分液漏斗、电动搅拌器、温度计。
药品:结晶三氯化铝、正丁醇、冰醋酸、无水碳酸镁、质量分数为10%的碳酸钠溶液。
在干燥的250m L三口烧瓶中先加入正丁醇、冰醋酸, 再加入结晶三氯化铝[2]和几粒沸石。依次安装好分水器、直形冷凝管和电动搅拌器, 并在分水器中提前加入一定量的水, 用标签标记, 注意使水位略低于支管口处。开始加热回流, 控制温度, 当分水器中的水面不再上升时, 表明不再有水生成, 即反应完毕。记录分出水的量, 冷却后, 将三口烧瓶中的反应液和分水器中的酯层一同倒入分液漏斗中进行洗涤, 先用水洗涤几次, 最后用质量分数为10%的碳酸钠溶液洗涤, 去除水层, 将酯层倒入100m L的锥形瓶中, 加入无水碳酸镁进行干燥, 将干燥后的粗酯倒入蒸馏烧瓶中, 加入沸石, 搭建好蒸馏装置, 然后用加热套加热蒸馏, 收集116~118℃的馏分。产品进行称重并计算产率。
由结晶三氯化铝作为催化剂合成乙酸正丁酯的反应, 可以分别从醇酸摩尔比、催化剂用量、反应时间去研究对于反应产率的影响, 选择最适宜的条件[3]。
当反应体系中结晶三氯化铝的用量为3.5 g, 控制反应时间为40分钟, 改变醇酸摩尔比进行反应, 结果见表1。
由表1分析得知, 随着醇酸摩尔比的增加, 酯化率有所增加, 到一定程度后反而有所下降, 当醇酸比达到1.6∶1时, 反应产率可以达到85.6%, 因此, 最适宜醇酸摩尔比为1.6∶1。
在反应体系中取醇酸摩尔比1∶1时, 改变催化剂结晶三氯化铝的用量, 来考察催化剂用量对于反应产率的影响, 结果见表2。
从表2可以看出, 催化剂用量为3.5g时, 催化效果最明显。随着催化剂用量的增加, 反应酯化率上升, 当催化剂用量超过3.5g时, 酯化率随之下降, 故最佳催化剂用量为3.5g。
醇酸摩尔比为1∶1, 催化剂用量为3.5g时, 改变反应时间进行反应, 结果见表3。
从表3可以看出, 酯化率随着反应时间的延长而增加, 反应时间在30~40min时酯化率明显上升, 继续延长时间酯化率增加不大。因此, 最佳反应时间为45min。
(1) 使用结晶三氯化铝作为催化剂合成乙酸正丁酯的反应中, 最适宜醇酸摩尔比为1.6∶1, 催化剂最适宜用量为3.5g, 最佳反应时间是40min, 反应适宜条件下的产率可达80%以上。
(2) 合成中使用结晶三氯化铝代替传统合成中的浓硫酸, 价格低廉, 产率较高, 可以重复利用且可回收, 消除了合成生产中采用液体浓硫酸作催化剂存在着对生产设备的腐蚀严重, 易导致副反应, 后处理工艺复杂, 污染环境等诸多弊端。
(3) 由于气压低, 沸点低, 收集馏分的温度随之降低, 为116~118℃。
摘要：乙酸正丁酯是一种重要的化工产品, 传统方法存在很多弊端, 而以冰醋酸和正丁醇为原料, 结晶三氯化铝替代浓硫酸为催化剂对乙酸正丁酯合成实验进行改进, 并研究了醇酸物质的量之比、催化剂的用量、反应时间对于反应酯化率的影响。这种催化剂廉价易得、性质稳定、催化活性好、选择性高、污染小、对仪器设备无腐蚀。改进后的实验廉价、绿色、易操作、反应条件温和, 对工业生产及实验教学有积极的指导意义。
关键词：乙酸正丁酯,结晶三氯化铝,合成
[1] 由宏君.乙酸正丁酯合成的研究进展[J].四川化工, 2005, (01) :15-17.
[2] 武永军, 李皖珠, 王聪, 朱军, 史洪伟.合成乙酸正丁酯催化剂的研究进展[J].山东化工, 2015, (01) :56-57.
[3] 马楠, 王晓岗, 张荣华.乙酸正丁酯制备实验的改进[J].实验室科学, 2011, (05) :86-88.
