对甲苯磺酸催化合成硬脂酸甲酯.pdf

化学世
2010年
对甲苯磺酸催化合成硬脂酸甲酯
沈之芹,吴国英
上海石油化工研究院油田化学品部,上海2208)
摘要:以对甲苯磺酸催化硬脂酸和甲醇的酯化反应,合成了硬脂酸甲酯,研究结果表明,对甲苯磺
酸对酯化反应具有较高的催化活性。考察了反应时间、酸醇摩尔比、催化剂用量对酯化反应的影
响。当硬脂酸与甲醇的摩尔比为1:3.5,对甲苯磺酸用量为硬脂酸质量的1.2%,于回流温度反应
4h,硬脂酸的转化率大于98,5%,产品酸值小于3.0 mg KOH/g
关键词:酯化;硬脂酸;甲醇;硬脂酸甲酯;对甲苯磺酸
中图分类号:O623.624
文献标志码:A
文章编号:0367-6358(2010)09-0562-03
Synthesis of Methyl Stearate Catalyzed by p-toluene Sulfonic Acid
SHEN Zhi-qin, WU Guo-ying
(Oilfield Chemicals Deartment, Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology, Shanghai 201208, China)
Abstract: Methyl stearate was synthesized b
ric acid with methyl alcohol using t-
toluene sulfonic acid as a catalyst. The results indicated that -toluene sulfonic acid possessed high
catalytic activity for the esterification reaction. The synthetic conditions were optimized, including the
reaction time, the molar ratio of stearic acid to methyl alcohol and the amount of p-toluene sulfonic acid
used. The optimal reaction conditions were as follows: n(stearic acid) n(methyl alcohol) =1 3.5
2.5% p-toluene sulfonic acid(based on the weight of stearic acid), refluxing for 4 h. The conversion o
stearic acid was greater than 98.5%, the acid value of the product was smaller than 3.0 mg KOH/g
Key words: esterification; stearic acid methyl stearate; methyl alcohol; p-toluene sulfonic acid
硬脂酸是现代工业生产中的一种重要的化工原日本Kao公司公开的专利?报道采用固定床反应
料。硬脂酸盐是随着塑料工业的发展而兴起的一种器,以固体酸为催化剂,脂肪酸与气体甲醇在90C
新型材料,已经成为塑料工业的主要助剂之一。其下连续反应制得脂肪酸甲酯,产物中月桂酸甲酯的
它的硬脂酸衍生物,如硬脂酸甲酯、硬脂酸丁酯,在含量大于>99.9%,该方法使用固定床设备,投资较
日用化学、涂料、油田化学等工业领域有着重要的用大。以对甲苯磺酸催化合成硬脂酸甲酯至今鲜见报
途[?。硬脂酸甲酯通常是在浓硫酸催化下由硬脂道。对甲苯磺酸是一种强有机酸,无氧化性,作为
酸和甲醇发生酯化反应而得浓硫酸虽活性高,价酯化反应的催化剂时,具有活性高,选择性好,使用
廉,但产品品质差,设备腐蚀严重,同时产生大量废量少,产品色泽好,不腐蚀设备,污染少等优点S1
液,污染环境,因此人们寻求更优良的催化剂来本文以对甲苯磺酸作为催化剂合成硬脂酸甲酯,讨
代替浓硫酸;已发现强酸性阳离子交换树脂、磺酸树论了影响反应的各种因素,在最优的合成条件下
脂、固体超强酸、尔多酸等均可作为酯化反应的催化硬脂酸的转化率大于98.5%,产品酸值小于3.0mg
剂?,但此类催化剂往往制备复杂,价格昂贵;国外KOH/g。
收稿日期:2010-01-08;修回日期:2010-02-11
作香简介:沈之芹(1969~),女,士,高级工程师,主要从事油田化学品的开发研究。E-mail:shzqmshy@163.com
第9期
化学世界
1实验部分
硬脂酸的转化率,结果如图2。实验条件;n(硬脂
1.1试剂
酸):n(甲醇)=1:3.5,对甲苯磺酸用量为硬脂酸
硬脂酸,白色片状晶体,化学纯;甲醇、对甲苯磺质量的1.2%,反应温度为回流温度
酸、95%的乙醇均为分析纯;0.2mol/L的氢氧化钠
120
标准滴定溶液由上海化学试剂研究院提供。
2酯化反应
在装有搅拌器、温度计和回流冷凝器的500mL
6
三口烧瓶中,加人一定量的硬脂酸、甲醇和对甲苯磺
酸,待加热溶解并搅拌均匀后,取样测定其酸值,然
后加热至回流反应2~5h,稍冷后取样测定其酸
4000
2000
1000
值,计算硬脂酸的转化率大于97.5%,蒸去过量的
甲醇,将残留物以热水洗涤去除对甲苯磺酸,分去水
图1硬脂酸甲酯的红外光谱图
层后,油层于40C真空干燥得近白色固体。
1.3转化率的测定
由图2可知,随酺化时间的延长,硬脂酸的转化
参见GB9104.3-88酸值的测定方法,称取1率逐步增加,4h后转化率达到了平衡值,因此我们
g样品(称准至0.001g),置于三角烧瓶中,加入70
选择最适宜的反应时间为4.0h
100
rnI.9%(质量分数)乙醇,溶解后加入酚酞指示剂8
滴,以即以0.2mol/し氢化钠标灌溶液滴定至微
红色,阻保持30s内不巡尥(国标是用0.2mol/1
90
氧化钾标推溶液)。
85
v=YXC×56.
式中
2.02.53.03.54.04.55,0
A.V--酸值,mg/g
反应时间/h
Vー…一滴だ时耗用氢氧化钾标准溶液的体积,mL;
图2反应时间对硬脂酸转化率的影响
C一氲氧化钾标准溶液之浓度,mol/L;
3酸醇摩尔比(硬脂酸与甲醇摩尔数)的影响
mー-样品的质量,g
采用不同的酸醇摩尔比,对甲苯磺酸用量为硬
很据上述公式算前后的酸值,用下式计
脂酸质量的2.2%,于回流条件下进行酯化反应4
算酯化率:
转化率=(反起始的酸值一反应结束时酸h,分别取样分析反应产物的酸值以计算硬脂酸的
转化率,结果如图3。
值)/反应起始的酸值)×100%
2结果与讨论
98
2.1产品结构的测定
采用美国 Nicolet-380FTIR光谱仪,KBr压片
法进行红外光谱分析(扫描范围4000~400cm~1)
90F
以确定硬脂酸甲酯的化学结构。
由图1可知,在波数为2956、2927、2850cm1
86
1:151:201:251:3.01:351:401:45
处出现烷基链上甲基与亚甲基CH伸缩特征峰,