乙酸正丁酯的制備 畢業(yè)論文

中文摘要乙酸正丁酯的合成有許多種方法，有對甲苯磺酸、鎢鈦雜多酸鹽、濃H2S04—KCr207、改性煤基活性炭、固體超強(qiáng)酸、濃硫酸等作催化劑的合成。本實驗以濃硫酸作催化劑，以冰乙酸和正丁醇為原料合成乙酸正丁酯，考察醇與酸物質(zhì)的量比、反響時間、催化劑用量等因素對酯化率的影響。得出反響的最正確條件為：V（正丁醇）：V（冰乙酸）=1.6：1.0,催化劑用量為冰乙酸，質(zhì)量的3%,反響溫度124°C?126°C，反響時間45min左右，用濃硫酸作催化劑時，乙酸正丁酯的收率為69%?76%。關(guān)鍵詞：乙酸正丁酯；酯化反響；催化劑ABSTRACTSynthesisofbutylacetateTherearemanywaysforacid,titaniumtungstenheteropolyacid,concentratedH2S04—KCr207,modifiedcoal-basedactivatedcarbon,solidsuperacid,concentratedsulfuricacidascatalyst.Inthisexperiment,concentratedsulfuricacidascatalysttoaceticacidandbutanoltobutylacetatewassynthesizedtostudyalcoholandacidmolarratio,reactiontime,catalystamountonesterificationrate.Theoptimalreactionconditionswere:V(n-butylalcohol):V(aceticacid)=1.6:1.0,catalystandaceticacid,with3%,reactiontemperature124°C?126°C,reaction45mintimearound,withconcentratedsulfuricacidcatalystandbutylacetatetheyieldwas69%~76%.Keywords：butylacetate;esterification;catalyst目錄TOC\o"1-5"\h\z目錄 1\o"CurrentDocument"第一章前言 4\o"CurrentDocument"乙酸正丁酯的簡介 4乙酸正丁酯的性質(zhì) 4乙酸正丁酯的用途 4羧酸酯的生產(chǎn)現(xiàn)狀與開展趨勢 5對環(huán)境的影響 5\o"CurrentDocument"第二章實驗內(nèi)容 6\o"CurrentDocument"2.1儀器及試劑 6\o"CurrentDocument"儀器 62.1.2試劑 7實驗內(nèi)容 7\o"CurrentDocument"2.3乙酸正丁酯性能測試方法 8\o"CurrentDocument"2.4實驗結(jié)果與討論 9\o"CurrentDocument"醇酸質(zhì)量比的不同對產(chǎn)物的影響 9\o"CurrentDocument"反響時間不同對產(chǎn)物的影響 9\o"CurrentDocument"催化劑用量不同對產(chǎn)物的不同 10\o"CurrentDocument"第三章總結(jié) 10\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 11\o"CurrentDocument"致謝 12第一章前言乙酸正丁酯的簡介乙酸正丁酯，英文名：n-Butylacetate別名：醋酸正丁酯，結(jié)構(gòu)式：CH3COO(CH3)3CH3。化學(xué)性質(zhì)：具有愉快水果香味的無色易燃液體，乙酸正丁酯加堿水解，生成乙酸和正丁醇。能與乙醇、甲醇進(jìn)行酯交換，與AlCl3形成加合物。此外，在光照下，能發(fā)生氯化反響，可得到1-氯取代物和4-氯取代物。物理性質(zhì)：無色透明液體，有水果香味，在水中的溶解度時為0.8%〔質(zhì)量〕，時為1.0%〔質(zhì)量〕。乙酸正丁酯易溶于松脂、酯膠、苯并呋喃樹脂、達(dá)馬樹脂、欖香酯、乳香、貝殼衫脂、馬尼拉橡膠、杜仲膠、甘酞樹脂等天然樹脂，以及聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、氯化橡膠等合成樹脂，也能溶于鈣鎂鋅等金屬的樹脂酸鹽，及與醇、酮、醚等有機(jī)溶劑混溶，但是與低級同系物相比，較難溶于水。用途：是優(yōu)良的有機(jī)溶劑，廣泛用于硝化纖維清漆中，在人造革、織物及塑料加工過程中用作溶劑。也用于香料工業(yè)GB2760一96規(guī)定為允許使用的食用香料。作為香料，大量用于配制香蕉、梨、菠蘿、杏、桃及草莓、漿果等型香精。亦可用作天然膠和合成樹脂等的溶劑。[2]分子式：CHO。6122分子量：116.16。FEMA：2174。CAS：123-86-4。密度：0.8764熔點〔°C〕： -77.9沸點〔C〕： 126.1閃點〔C〕： 22〔閉杯〕折射率：1.3907〔19C〕色狀：無色液體。溶解情況：溶于醇、醚、醛等有機(jī)溶劑，溶于180份水穩(wěn)定性：在弱酸性介質(zhì)中較穩(wěn)定[3]用途：用于果香型香精中，主要取其擴(kuò)散力好的性能，更適宜作頭香香料使用，但用量宜少，以免單獨突出而影響效果?？纱罅坑糜谌缧幼?、香蕉、桃子、生梨、鳳梨、懸鉤子、草莓等食用香精中，也用于火棉膠、硝化纖維、清漆、人造革、醫(yī)藥、塑料及香料工業(yè)中.是一種優(yōu)良的有機(jī)溶劑，能夠溶解松香、聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、氯化橡膠、杜仲膠、聚甲基丙烯酸甲酯對醋酸丁酸纖維素；乙基纖維素；氯化橡膠；聚苯乙烯；甲基丙烯酸樹脂以及許多天然樹脂如栲膠；馬尼拉膠；達(dá)瑪樹脂等均有良好的溶解性能。廣泛應(yīng)用于硝化纖維清漆中，在人造革；織物及塑料加工過程中用作溶劑，在各種石油加工和制藥過程中用作萃取劑用作分析試劑、色譜分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及溶劑優(yōu)良的有機(jī)溶劑.[4]羧酸酯類產(chǎn)品是一類根本的有機(jī)化工原料，廣泛用于香料、香精、增塑劑、溶劑、樹脂、涂料、化裝品、醫(yī)藥、外表活性劑和有機(jī)合成中間體等方面，在國內(nèi)外具有廣闊的市場需求。它作為精細(xì)化學(xué)產(chǎn)品，具有小批量、高附加值、高純度、技術(shù)密集型的特點。乙酸正丁酯作為羧酸酯產(chǎn)品之一，可由于有機(jī)合成、塑料涂料、制藥等工業(yè)。因其用途廣泛在國內(nèi)市場上供不應(yīng)求。而傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝受到酯化反響平衡的限制，一般平衡轉(zhuǎn)化率較低產(chǎn)品別離提純能耗較高，新的工藝亟待研究開發(fā)以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量5]。羧酸酯是由羧酸和醇或酚發(fā)生酯化反響生成的。酯化反響的實質(zhì)就是在醇或酚羥基的氧原子上引入?；倪^程，也可稱氧—?；错?。合成酯類產(chǎn)品方法有羧酸法，酰氯法等幾中方法。工業(yè)上合成酯是用均相催化間歇工藝，以濃硫酸或催化劑，通過有機(jī)酸的直接酯化反響來制備。這種工藝的優(yōu)點是催化活性高，價廉易得，但是也存在許多弊端，例如工藝復(fù)雜、產(chǎn)品流失、產(chǎn)生三廢、污染化境等。而在藥品、化裝品添加劑和食物中的一些酯類產(chǎn)品就對其純度要求相當(dāng)?shù)母撸S著人們對環(huán)保意識逐漸增強(qiáng)，所以有必要在傳統(tǒng)的方法上加以改良。[6]鑒于此本實驗在傳統(tǒng)的制備方法上加以改良，通過考察醇與酸物質(zhì)的量比、反響時間催化劑用量等因素對酯化率的影響。得出反響的最正確條件為：V（正丁醇）：V（冰乙酸）=1.6：1.0,催化劑用量為冰乙酸，質(zhì)量的3%,反響溫度124°C?126°C,反響時間45min左右，用濃硫酸作催化劑時，乙酸正丁酯的收率為69%?76%在此實驗條件下副反響最少，產(chǎn)物收率最高,故產(chǎn)生的污染也降至最低,增加企業(yè)的收益。7]對環(huán)境的影響一、健康危害侵入途徑：吸入、食入、經(jīng)皮吸收。健康危害：對眼及上呼吸道均有強(qiáng)烈的刺激作用，有麻醉作用。吸入高濃度本品出現(xiàn)流淚咽痛、咳嗽、胸悶、氣短等，嚴(yán)重者出現(xiàn)心血管和神經(jīng)系統(tǒng)的病癥可引起結(jié)膜炎、角膜炎角膜上皮有空泡形成。皮膚接觸可引起皮膚枯燥。二、毒理學(xué)資料及環(huán)境行為1.急性毒性：LD5013100mg/kg（大鼠經(jīng)口〕；LC509480mg/kg（大鼠經(jīng)口〕；人吸入3300ppmx短暫，對眼鼻有明顯刺激;人吸入200?300ppmx短暫，對眼、鼻有輕度刺激。刺激性：家兔經(jīng)皮開放性刺激試驗：500mg，輕度刺激。亞急性和慢性毒性：貓吸入4200ppm，6小時/天，6天，衰弱，體重減輕，輕度血液變化。危險特性：易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑能發(fā)生強(qiáng)烈反響。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會引著回燃。燃燒（分解〕產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳?，F(xiàn)場應(yīng)急監(jiān)測方法:氣體檢測管法4.實驗室監(jiān)測方法:氣相色譜法?空氣和廢氣監(jiān)測分析方法?國家環(huán)保局編羥胺-氯化鐵比色法?空氣中有害物的測定方法?（第二版〕，杭士平主編三、滅火方法：滅火劑：抗溶性泡沫、二氧化碳、干粉、砂土。用水滅火無效，但可用水保持火場中容器冷卻。[8]第二章實驗內(nèi)容2.1儀器及試劑儀器表2-1儀器匯總序號儀器名稱規(guī)格件數(shù)1三口燒瓶100ml12溫度計150°C13冷凝管球形14燒杯100ml15燒杯500ml16膠頭滴管17移液管10ml18電熱套120w19滴液漏斗100ml110圓底燒瓶100ml111量筒10ml112量筒100ml113玻璃棒1總計13件試劑表2-2藥品匯總序號品名規(guī)格產(chǎn)地1乙酸化學(xué)純，500ml江蘇強(qiáng)盛化工2正丁醇分析純，500ml無錫市亞盛化工3無水碳酸鈉分析純，500g江蘇強(qiáng)盛化工4人造沸石回藥集團(tuán)化學(xué)試劑5硫酸分析純，500ml宜興第二化學(xué)試劑廠6無水硫酸鎂分析純，500ml江蘇強(qiáng)盛化工實驗原理酸ea醇反響制備酯，是一類典型的可逆反響：H+ACH3COOH+ch3ch2ch2ch2oh ch3cooch2ch2ch2ch3+h2oS實驗步驟：CH3在枯燥的50mO圓底燒瓶中，裝入CH.2CH正丁BCH7.CHlCHCI3再穌禺滴濃濃斛酸?；旌暇鶆?，投入沸石，然后安裝分水器及回流冷凝管，并在分水器中預(yù)先加水略低于支管口，記下預(yù)先所加水的體積。在石棉網(wǎng)上加熱回流，反響過程中生成的回流液滴逐漸進(jìn)入分水器，控制分水器中水層液面在原來的高度，不致于使水溢入圓底燒瓶內(nèi)。約40min后不再有水生成，表示反響完畢。停止加熱。冷卻后卸下回流冷凝管，將分水器中液體倒入分液漏斗，分出水層，酯層仍然留在分液漏斗中。量取分出水的總體積，減去預(yù)參加的水的體積，即為反響生成的水量。把圓底燒瓶中的反響液倒入分液漏斗中，與分水器中分出的酯層合并。分別用10mL水、10mL10%碳酸鈉液、10mL水洗滌反響液，用10mL10%的碳酸鈉洗滌，檢驗是否仍呈酸性，分去水層。將酯層再用10mL水洗滌一次，分去水層。將酯層倒入小錐形瓶中，加少量無水硫酸鎂枯燥。

將枯燥后的乙酸正丁酯傾入枯燥的30mL蒸餾燒瓶中〔注意不要把硫酸鎂倒進(jìn)去！〕參加1-2粒沸石，安裝好蒸餾裝置，在石棉網(wǎng)上加熱蒸餾。收集124-126°C的餾分。⑻⑼制備過程流程圖：1〕搭裝置、加料、反響：按圖裝配好反響裝置。在圓底燒瓶中按如下加料順序反響：9mlCH3COOH3-4滴濃H2SO9mlCH3COOH3-4滴濃H2SO1-2粒沸石回流40min分層嚴(yán)取有機(jī)層10ml水洗2〕分層嚴(yán)取有機(jī)層10ml水洗分水器中分出的酯層10ml水洗-分層10m110%NaCO3洗+燒瓶中的'反應(yīng)液 >取有機(jī)層分層 無水MgSO4干燥加入沸石蒸餾4 收集124-127C餾分，稱重、測折射率取有機(jī)層 [10]考前須知1、 冰醋酸在低溫時凝結(jié)成冰狀固體〔熔點C〕取用時可溫水浴加熱使其熔化后量取。注意不要觸及皮膚，防止?fàn)C傷。2、 在參加反響物之前，儀器必須枯燥。3、 濃硫酸起催化劑作用，只需少量即可。也可用固體超強(qiáng)酸作催化劑。4、 當(dāng)酯化反響進(jìn)行到一定程度時，可連續(xù)蒸出乙酸正丁酯，正丁醇和水的三元共沸物〔恒沸點C〕其回流液組成為：上層三者分別為86%、11%、3%,下層為19%、2%、97％。故分水時也不要分去太多的水，而以能讓上層液溢流回圓底燒瓶繼續(xù)反響為宜。5、 本實驗中不能用無水氯化鈣為枯燥劑，因為它與產(chǎn)品能形成絡(luò)合物而影響產(chǎn)率。6、 根據(jù)分出的總水量〔注意扣去預(yù)先加到分水器的水量〕，可以粗略的估計酯化反響完成的純度。[9]2.3乙酸正丁酯性能測試方法1、采用阿貝折光儀測試折光率〔1〕．用探鏡紙試干蒸餾水，恒溫后，將試樣1—2滴均勻地滴在磨砂面棱鏡上，關(guān)緊棱鏡?！?〕．調(diào)節(jié)反光鏡使目鏡內(nèi)現(xiàn)場明亮，轉(zhuǎn)動棱鏡調(diào)節(jié)旋鈕或消色散手輪，使視野明暗界線恰巧通過“十〞字交叉點。記錄讀數(shù)與溫度，重復(fù)2—3次，取其平均值，得樣品折光率實驗讀數(shù)值?！?〕.樣品物質(zhì)的折光率=樣品折光率實驗讀數(shù)值一折光儀的校正值。a2、采用密度瓶法測定密度在規(guī)定溫度20C°時，分別測定充滿同一密度瓶的水及試樣的質(zhì)量，由水的質(zhì)量和密度瓶的容積即試樣的體積，根據(jù)密度的定義，可算出試樣的密度。11]2.4實驗結(jié)果與討論醇酸質(zhì)量比的不同對產(chǎn)物的影響固定反響時間45min,催化劑用量表2-3醇酸質(zhì)量比不同對產(chǎn)物的影響乙酸的量 正丁醇的 醇酸物質(zhì) 產(chǎn)物的量產(chǎn)品收率/折光率折光率平/g 量/g 的量比 /g % 均值1:11.5：1對表數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知：醇在反響體系中，既起著溶劑的作用，同時又起著反響物的作用。當(dāng)醇量增加時，收率增加；又因為酯化反響是可逆反響所以適當(dāng)增加酸的量時，收率也隨之增加。反響時間不同對產(chǎn)物的影響固定醇酸質(zhì)量比1:1，催化劑用量。表2-4反響時間不同對產(chǎn)物的影響乙酸的量 正丁醇的 反響時間 產(chǎn)物的量 產(chǎn)品收率/ 折光率折光率平/g 量/g /min /g % 均值40455055對表數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知：在其它條件均不變的情況下，改變酯化反響時間，進(jìn)行實驗，酯的收率均在40?45min內(nèi)隨著時間的延長收率增加，而在50?55min時收率下降。說明酯化反響要到達(dá)熱力學(xué)平衡需要的時間較長，且時間過長時容易發(fā)生副反響。催化劑用量不同對產(chǎn)物的不同固定醇酸質(zhì)量比1：1,反響時間45min。表2-5催化劑用量不同對產(chǎn)物的影響乙酸的量正丁醇的催化劑用產(chǎn)物的量產(chǎn)品收率/ 折光率 折光率平/g 量/g 量/ml /g % 均值對表數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知：催化劑的增加會使反響速度加快,縮短平衡所需時間。酯的收率均隨催化劑量增加而增加。當(dāng)催化劑增加到一定量時,收率不再發(fā)生變化,此時已到達(dá)熱力學(xué)平衡。第三章總結(jié)乙酸正丁酯的合成有許多種方法,有對甲苯磺酸、鎢鈦雜多酸鹽、改性煤基活性炭、固體超強(qiáng)酸、濃硫酸等作催化劑的合成。本實驗以濃硫酸作催化劑,以冰乙酸和正丁醇為原料合成乙酸正丁酯，考察醇與酸物質(zhì)的量比、反響時間、催化劑用量等因素對酯化率的影響，并且用測定折光率來計算出乙酸正丁酯的濃度。得出反響的最正確條件為：V（正丁醇）：V（冰乙酸）=1.6：1.0,催化劑用量為冰乙酸，質(zhì)量的3%,反響溫度124°C?126°C,反響時間45min左右，此條件下乙酸正丁酯的收率為69%?76%,副反響最少，對環(huán)境的影響也降低到最小。且有如下實踐經(jīng)驗及結(jié)論：醇酸配比對收率有一定的影響，在實際合成中適當(dāng)提高醇或酸的量；在一定范圍內(nèi)隨著時間的延長，反響收率增加，時間過長也會使收率下降，說明此反響隨著時間的延長副反響對該合成影響較大。催化劑使反響速率加快，只是減短了到達(dá)平衡所需時間，當(dāng)催化劑量到達(dá)一定時，對反響的收率不在有影響。折光率的測定與產(chǎn)物的產(chǎn)物純度直接相關(guān)，產(chǎn)物的提純相當(dāng)關(guān)鍵。參考文獻(xiàn)高職高?；瘜W(xué)教材編寫組?？有機(jī)化學(xué)實驗？-—2版?高等教育出版社.2002?77晉春，郭永，薛萬華，孟雙明?？固體超強(qiáng)酸催化合成乙酸正丁酯？?山西大同大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，山西大同037009李莉，陳小燕，劉萬毅?？催化合成乙酸正丁酯？?寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，寧夏能源化工重點實驗室，寧夏銀川750021杜迎春，郭金寶，胡潤濤?？乙酸正丁酯的合成？?北京服裝學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院化工研究所，北京100