活性炭固载对甲苯磺酸催化合成水杨酸乙酯.pdf

第41卷第8期
化工.技术与开发
Vol 41 No 8
2012年8月
Technology Development of Chemical Industry
Aug,2012
活性炭固载对甲苯磺酸催化合成水杨酸乙酯
刘琳琪,彭霞辉,禹逸君
(长沙学院生物工程与环境科学系,湖南长沙410003)
摘要:实验以活性炭负载对甲苯磺酸为催化剂,水杨酸和无水乙醇为原料合成水杨酸乙酯。考察了反应时间
奪酸摩尔比、催化剂的用量对水杨酸乙融收率的影响。结果表明最佳工艺条件为:在回流温度90-95℃下,反应时间
为4h,醇酸摩尔比为4,催化剂的用量为反应物总质量的8%,水杨酸乙酯的收率可达349%,且催化剂可重复利用。
关键词:对甲苯磺酸;水杨酸;水杨酸乙酯;酯化
中日分类号:'TQ245.12
文献标识码
文章编号:16719905(2012)080004-03
水杨酸乙酯是一类重要的酯类化合物,广泛应仪,XZ-0.5型旋片真空泵,HHS4型数显恒温水浴
用于有机合成、食用合成香料和工业溶剂。工业上,锅,JB90-D强力电动搅拌机,FA2104电子天平。
水杨酸乙酯的传统生产方法是以浓硫酸为催化剂川
活性炭,水杨酸、无水乙醇、对甲苯磺酸、无水碳
由水杨酸和乙醇酯化制得。但浓硫酸具有强氧化和酸钠、无水硫酸镁(均为分析纯)。
脱水性,作为催化剂存在副产物多,产品精制复杂,1.2活性炭负载对甲苯磺酸催化剂的制备
原料消耗大,设备腐蚀严重等缺点。郭海福等人
用质量分数10%稀硝酸浸泡颗粒状活性炭
用固体超强酸T02SO作为催化剂合成了水杨酸30h,用去离子水洗,抽干,并于120℃下干燥2h,冷
乙酯。固体超强酸具有高活性,不怕水,耐高温,减却后,称取一定量的活性炭在质量分数25%对甲苯
少污染等优点,但是固体超强酸的制备需要经过繁磺酸水溶液中浸泡30,抽速。在烘箱中于105下
杂的程序,成本较高,且重复利用后催化效果会降干燥8h,冷却后放人干燥器中备用。
低,短时间内较难完全实现工业化。于大勇等人
1.3水杨酸乙酯的合成
以硫酸氢钠为催化剂合成水杨酸乙酯。此方法虽然
在带有温度计和回流冷凝管的250mL三口烧
缩短了反应时间,但是增加了醇的消耗量。唐明明
瓶中按一定计量比加人水杨酸、无水乙醇及一定量
等人以对甲苯磺酸合成水杨酸乙酯,具有操作简
的催化剂,在回流温度下反应一定时间后,停止加
便,污染少,对设备腐蚀小等优点,但是催化剂用量
热,冷却,减压蒸馏,再将反应液取出过滤,滤液依次
多,回收利用困难。
目前尚无有关用活性炭负载对甲苯磺酸合成水经去离子水、饱和Na2CO2溶液和饱和食盐水洗涤,
再用无水MgSO4干燥,过滤,即得产品,测定折光率
杨酸乙酯的文献,但用此催化剂合成酯类化合物已
进行红外光谱仪分析。
有部分报道?。以活性炭负载对甲苯磺酸为催化
剂,方法简单操作便利,酯化反应后处理方便,产品2结果与讨论
易于分离回收,所得产品纯度高,产率高,催化剂可
重复使用,适合推广应用。
2.1醇酸摩尔比对酯收率的影响
酯化反应为可逆反应,增加反应物乙醇的量,可
1实验
使平衡向有利于产物生成的方向进行。催化剂加
入量为反应原料量的8%,回流温度90-95℃下反应
1.1主要试剂与仪器
4h,考察醇酸摩尔比对酯收率的影响,结果见表1。
WAY/2WAJ阿贝折光仪, TENSOR27红外光谱
甚金项目:长沙学院青年基金CDJ-11010104
作者简介:刘琳琪(1982),女,湖南邵阳人,实验师,硕土,研究方向为精细化学品的合成及分析,联系电话:13407317639
Email:linqi.liu@163.com
收稿日期:2012-05-22
第8期
刘琳琪等:活性炭固载对甲萃磺酸催化合成水杨酸乙酯
表1醇酸摩尔比对酯收率的影响
间,催化剂用量三因素,I,(33)进行正交试验,结果
醇酸摩尔比
3
4
5
见表4
酯收率/%10.8221.3534.7835.0932.9
表4正交试验设计及试验结果
酯收率随着乙醇量的增大而增大,当醇酸摩尔
B
C
比大于5之后,增加乙醇的用量,酯收率反而有所下
编号(乙醇)反应时间催化剂用量收率
/%
降。这可能是醇用量过大,容易使水杨酸和催化剂
n(水杨酸)h/%
15.76
的浓度降低,回流反应温度下降,从而导致酯收率下
降,同时醇用量增大导致成本增大,综合考虑,选取
24.17
醇酸摩尔比为4
29.56
2.2反应时间对酯收率的影响
34.86
在醇酸比为4,催化剂加入量为反应原料量的
6
8%的条件下,回流温度90~-95℃下反应,考察反应
4555
684846
33.56
时间对酯收率的影响,结果见表2
20.80
表2反应时间比对酯收率的影响
27.12
88
反应时间h2
5791
6
酯收率/%9.3025.6034.8534.9533.59
K
85.77
81.86
随着反应时间延长,反应越充分,酯收率相应增
极差
4.29
9.22
34.68
加,当反应时间增至4坐h时,收率已达到34.85%,继
续延长反应时间至5h,收率略有增加,而体系反应
由表4正交试验结果可知,影响水杨酸乙酯收
温度有所上升,这是因为随着反应时间的延长,醇分
率因素由大到小依次为C>B>A,即催化剂用量
子间和分子内脱水等副反应增多,副产物的增加既
反应时间>醇酸摩尔比,以A2B2Cg为最优组合,
提高了反应体系的回流温度,也促进了酯化反应的但考虑到B因素反应时间h较增加的收率较小,
逆向进行,结果导致了水杨酸乙酯收率的下降。同故取组合A2B1Cっ,即醇酸摩尔比为4,反应时间为
时反应时间延长也会导致生产能力的下降。因此
4h,催化剂的用量为反应物总质量的8%。在此工艺
适宜的反应时间为4h。
条件下重复3次实验,所得酯收率分别为34.91%
34.89%,34.86%,重现性良好。
2.3催化剂用量对酯收率的影响
固定醇酸摩尔比为4,回流温度99-95℃下分水25催化剂的重复使用效果
反应4h,改变催化剂加入量,考察催化剂用量对酯
将酯化反应结束后过滤出的催化剂进行处理、
收率的影响,结果见表3。
活化,重新投人使用,选择上述优化条件进行实验,
表3催化剂用量对酯收率的影响
考察催化剂的重复使用效果,结果见表5。
表5催化剂量使用效果
催化剂用量/%02
4
催化剂使用次数1
酯收率/%05.9620.8827.0934.8334.03
酯收率/%
31.5527.8025,6020.7718.59
少量的催化剂加人对反应即有明显的催化作
由表5可见,催化剂使用5次后仍具有活性,说
用,随着催化剂用量的增加,收率也随之上升,当催明制备的催化剂稳定性好,满足工业化生产的要求。