离子液体催化合成食用香料乳酸乙酯的研究.pdf

化学
Chemical Engineer
2010年第1期
文章编号:1002-1124(2010)01-0058-03
江程师斑地
离子液体催化合成
食用香料乳酸乙酯的研究
张小曼
(昆明学院化学科学与技术系,云南昆明650031)
摘要:以离子液体HS0,- pmim] HSO4为催化剂,乳酸和乙醇为原料合成乳酸乙酯。通过正交实验考察了
影响酯化反应的主要因素,确定最住合成条件为:HSO- pmim]Hse-用量10mL,酸醇摩尔比1.0:15,反应温
度110℃,反应时间2.0h,酯化率达96.7%。离子液体易分离回收,可重复使用。
关键词:离子液体;催化合成;乳酸乙酯
中图分类号:TQ225.2
文献标识码:A
Study on catalytic synthesis of ethyl lactate by ionic liquid
ZHANG Xiao-man
Department of Chemical Science and Technology, Kunming University, Kunming 650031, China)
Abstract: Ethyl lactate was synthesized from lactic acid and ethyl alcohol with ionic liquid [HSO, -pmim
HSO as catalyst. The effect of primary factors on esterification was investigated by orthogonal design experiment
The esults showed that the optimum reaction conitions were: HS mm HS0 10ml the mole ratio of acid
lcohol 1.0: 1. 5, the reaction temperature 110 and the time 2.0h. The esterification yield is 96.7%. The ionic liq
uid could be isolated from other matters and repetition use
Key words: ionic liquid; catalyst synthesis; ethyl lactate
乳酸乙酯为无色透明液体,具有特殊的水果、
奶油和郎姆酒香味,是我国GB2760-86规定允许使1实验部分
用的食用香料,广泛用作食品、饮料.牛奶、奶油和
酒类的调香剂,也可做涂料、油漆、树脂和硝化纤维1.1主要仪器与试剂
的溶剂。乳酸乙酯在工业上常用硫酸催化法生产,
508-B型红外光谱仪(PE); INOVA-300H型核
该方法存在设备腐蚀严重,后处理工艺复杂,废液磁共振仪( Varian);WAY-1S阿贝折射仪(上海光学
排放量大,原料利用率低等缺点。因此,开发低成仪器厂);SP-501N气相色谱仪(山东鲁南化工仪器
本,无污染、环境友好的催化剂已成为合成香料研
究的热点问题。离子液体是由有机阳离子和无机或
N-甲基咪唑(纯度≥98%,浙江宁海市凱乐化
有机阴离子构成的在室温下呈液态的盐。离子液体工厂),;1,3-丙烷磺酸内酯1-氯正丁烷、四氟硼酸
中阴、阳离子的修饰和嫁接不同官能团,可赋予离钠、乳酸、乙醇、甲苯、乙醚、HSO均为化学纯,北京
子液体特殊的功能。酸性功能化离子液体应用于酯化学试剂厂生产。
化反应有较好的催化活性241。本实验制备了1-磺
离子液体[ bmimbr4、[ bmim]HSO4参考文献方
酸丙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([HSO3- pmim]HSO)法制备。
酸性离子液体,应用于催化合成乳酸乙酯的反应?1.2「HSO3- pmim]HSO4离子液体的制备
中,考察了离子液体的催化活性及乳酸乙酯的最佳
将1,3-丙烷磺酸内骀溶于甲苯中,磁力搅拌
合成条件,为食用香料乳酸乙酯的化工生产提供可下滴加等物质的量的N-甲基咪唑,滴完后缓慢升
借鉴的实践经验。
温至80℃,继续反应2h,析出白色沉淀,过滤,用乙
醚洗涤3次,100℃真空干燥,得到[MIM-PS](1-磺
酸丙基-3-甲基咪唑盐)。
收稿日期:2009-11-14
作者简介:张小曼(1956-),女,副教授,主要从事固体酸、离子液体
将MM-PS]溶于水中,磁力搅拌下滴加等物质
的研究。
的量的硫酸,滴完后缓慢升温至80℃,继续反应
2010年第1期
张小曼:离子液体催化合成食用香料乳酸乙酯的研究
2h,用乙醚洗3次,真空除水3h,得到HSO- pmim
总反应式:
HSO4(1-磺酸丙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐)。
S HSO4
HSOA
HC
H C
SO
1.3乳酸乙酯的合成
由表1可知,3种离子液体对酯化反应均有良
在装有分水器、温度计和回流冷凝器的三口烧好的催化活性。其中以[HSO- pmim] HSO催化活性
瓶中加人一定量的HSO- pmim]HSO乳酸、乙醇,最好, bmim ISO次之。酯化反应属于酸催化机理
磁力搅拌加热回流分水,反应结東后静置冷却,离的反应,离子液体中阳离子相同时,阴离子的酸性
子液体与乳酸乙酯分层,倾出酯层,取样测定其酸HS03>BF,催化活性: Lmim]HSC.>~ bmimbfe;阴离
值。采用国家标准提供方法测定反应前后酸值的变子相同时,阳离子中咪唑烷基磺酸基化后,对催化
化?,计算酯化率
活性有增强作用。因此,[HSO3- pmim]HSO。是催化合
所得粗酯用10%NaCO,溶液洗,再分别用饱成乳酸乙酯的优良催化剂。
和NaC溶液、蒸馏水洗至中性,分出水层后,经无2.3乳酸乙酯合成条件的优化
水MgSO4干燥后,转入蒸馏烧瓶中,常压下蒸馏出
为获得最佳合成条件,以酯化率为考察目标
未反应的乙醇后减压蒸馏收集61~63℃(2.5kPa)的
固定乳酸用量0.2mol,选择酸醇摩尔比、离子液体
馏分为产品。
([HSO2- pmim]HSO4)用量、反应时间和反应温度为
酯化率」反应起妙始的蛟值一反应结刺时的酸值1x10%考察因素,采用四因素三水平进行Iっ(3-)正交实验,
反应起始的狻值
因素与水平的选择见表2,正交实验结果见表3。
2结果与讨论
表2因素水平表
Tab 2 Factors and levels of test
2.1HSOy-pmim]HSO的结构表征
酸/醇摩尔比(A)离子液体用量(B)mL反应时间(C)h反应温度(D)9C
11.0:1.0
[MIM-PS]的结构表征: H NMR(300MHz,D2O)
21.0:1.5
82.26(m,2H),2.86(t,2H),3.83(s,3H),4.30(t,2H),
31.0:2.0
7.38(s,1H),7.46(s,1H),8.370s,1H)。IR(KBr),v/em
表3I3)正交实验方案和结果
3450,3154,3110,2962,1640,1575,1195,1043,746
Tab 3 Lo(3*)orthogonal design experiment and result