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天然气化工
2008年第33卷
硫酸高铈改性离子交换树脂催化合成乳酸丁酯
陈丹云,蔡永红,周慧
(河南大学化学化工学院,河南开封475004)
摘要:采用硫酸高铈与阳离子交换树脂反应制备的改性离子交换树脂催化合成乳酸丁酯,考察了催化剂用量、醇酸物质的
量比、反应时间、催化剂重复使用次数及带水剂等因素对收率的影响。结果表明该催化剂具有催化活性高,易分离回收,重复使
用性良好等优势。最佳反应条件为:醇酸物质的量比2.0,催化剂用量2.0g,反应时间80min,此时收率达95.2%。
关键词:乳酸丁酯;硫酸高铈改性离子交换树脂;催化;合成
中图分类号:0623.624文献标识码:A文章编号:1001-9219(2008)04-76-02
乳酸丁酯为水白色稳定液体,化学名称是a-羟1.2.2催化剂的制备
基丙酸丁酯,呈甜奶油香气和牛奶香味,是我国
在500mL烧杯中加入150mL蒸馏水和10mL
CB2760-86规定允许使用的食用香料。可用于配制98%的浓硫酸,搅拌均匀后加入2g硫酸高铈,搅拌
乳制品、干酪和奶油硬糖型香精。工业上由乳酸和至完全溶解。再加入处理好的离子交换树脂,搅拌
正丁醇在硫酸催化下酯化而得,生产工艺中存在副1h,静置72h。抽滤,并在烘箱中于40℃下恒温12h。
反应多、设备易腐蚀、废液排放量大等弊端。近年来制备好的催化剂装入试剂瓶待用。
开发环境友好的酯化催化剂成为该领域的研究热1.3乳酸丁酯的合成
点。固载杂多酸盐及固体超强酸均有较好的催
在装有温度计、分水器、回流冷凝管的三口烧
化效果。本文研究采用经硫酸高铈改性的离子交换瓶中加入0.2m?l乳酸、一定量的正丁醇和催化剂,
树脂为催化剂合成乳酸丁酯。
开动电磁搅拌,加热回流反应,至出现冷凝液时开
1实验部分
始计时。反应一定时间,冷却静置,将反应液用倾
析法转移至分液漏斗,催化剂留于瓶底(催化剂不
1.1.仪器与试剂
经处理直接进行重复使用)。反应液经饱和食盐水
KDM型磁力搅拌电热套,SHB-Ⅲ型循环水式洗及蒸馏水洗,干燥后移至蒸馏烧瓶减压蒸馏,收
多用真空泵,WZS-1型阿贝折光仪, Avatar3OFT-R集沸程90~100℃/0.096MPa真空度下的馏分为产
型红外光谱仪。732型强酸性阳离子交换树脂为一品,称重并计算收率。
级品,其余试剂均为分析纯。
1.4产品分析
1.2催化剂Ce(SOい/强酸性阳离子交换树脂的制
所得产品为无色透明液体,折射率n”=1.4212,
备
与文献[1基本相符(文献值1.4210)。红外谱图与文
1.2.1强酸性阳离子交换树脂的预处理
献[4]相符,可确认其结构。
732型强酸性阳离子交换树脂在使用前将其由
N-型转化成H-型。取300g树脂放入2000烧杯2结果与讨论
中;用蒸馏水反复洗涤后,加入800mL蒸馏水和2.1催化剂用量对收率的影响
400mL36%~38%的盐酸,搅拌,静置48h,过滤后将
酸物质的量比2.0,反应时间70min,改变催
其转至表面皿,在烘箱中于42℃烘12h待用。
化剂用量,结果见表1。
表1数据表明,乳酸丁酯的收率随催化剂用量
收稿日期:2007-12-20;基金项目:河南省教育厅自然科学计
划项目(课题编号200510475015);作者简介:陈丹
的增加而提高,当催化剂用量为2.0g时,收率最大
(1962-),女,副教授。
再增加催化剂用量,收率略有下降,原因是副反应
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第4期
陈丹云等:硫酸高铈改性离子交換树脂惟化合成乳酸丁酯
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速率随催化剂用量增多而加快。故催化剂的适宜用
由表4可见该催化剂不经任何活化处理便有
量为2.0g。
较好的重复使用性。随重复使用次数增加,收率逐
表1催化剂用量对收率的影响
渐下降。原因是将反应液与催化剂分离时,会损失
Table 1 Effect of the amount of catalyst on the yield
少许催化剂,同时部分催化剂表面活性中心会被副
催化剂用量g
1.8
2.2
2.4
反应产物或杂质覆盖。适量补加催化剂或经适当活
收率/%
82.587.392.891.190.8
化处理无疑会提高收率。
2.2醇酸物质的量比对收率的影响
2.5带水剂对收率的影响
催化剂用量2.0g,反应时间70min,改变正丁醇
取醇酸物质的量比2.0,催化剂2.0g,反应时间
用量,结果见表2
80min,分别加入15mL不同种类的带水剂,结果见
表2醇酸物质的量比对收率的影响
表5
Table 2 Effect of the molar ratio of n-butanol to lactic
表5带水剂对收率的影响
acid on the yield
Table 5 Effect of the water-carrying agents on the yield
n(醇)n(酸)
1,6
2,0
2.2
带水剂种类无环已烷苯甲苯
甲苯
收率/%
84,688.4
92.888,8
-
收率/%
95.2
83.9
84.387.9
89.0
表2数据表明,乳酸和正丁醇的酯化反应是可
由表5可见,反应物之一的正丁醇在本实验中
逆反应,增大醇用量,有利于酯化反应向生成酯的兼有良好的带水作用,能将反应生成的水及时除去
方向进行而提高收率。当醇酸物质的量比达2.0时,使收率提高。加入带水剂后反应体系因反应物及催
继续加大醇用量因降低了催化剂浓度使收率减少。化剂的浓度相对降低使收率下降。故不加带水剂为
故醇酸物质的量比以2.0为宜
宜。
2.3反应时间对收率的影响
醇酸物质的量比20,催化剂用量209,改变反3结论
应时间,结果见表3。
经硫酸高铈改性的离子交换树脂是合成乳酸
表3反应时间对收率的影响
丁酯的良好催化剂,具有催化活性高,使用方便,后
Table 3 Effect of the reaction time on the yield
处理工艺简单,催化剂有良好的重复使用性等优
反应时间/min4050
点,具有一定工业开发应用前景。最佳反应条件为:
收率%
77,683.887、792895.295.0
乳酸0.2mol,醇酸物质的量比2.0,催化剂2.0g,反
由表3可见,该催化剂有良好的催化活性,反应时间80min。在次条件下,收率达95.2%。
应80min基本已达化学平衡,继续延长反应时间收
参考文献
率变化甚微。故适宜反应时间为80min。
2.4催化剂重复使用次数对收率的影响
1]凌关庭,唐述潮,陶民强.食品添加剂手册DM.第二版北
京:化学工业出版社,1997.327
将上述适宜条件下反应后分离所得催化剂保[2]】孙婷,