硫酸铈铵催化合成乙酸正戊酯.pdf

2010年5月
杨水金等,硫酸铈铵催化合成乙酸正酯
硫酸铈铵催化合成乙酸正成酯
杨水金杨才峰周家吉
(湖北师范学院化学与环境工程学院,黄石435002
摘要以硫酸铈铵为催化剂,冰乙酸和正戊醇为原料催化合成乙酸正戊酯。研究了酸醇摩
尔比、催化剂用量、反应时间等因素对产品收率的影响。结果表明,硫酸铈铵是合成乙酸正成酯的
良好催化剂。采用正交试验确定了硫酸铈铵催化合成乙酸正成酯的最佳反应条件:n(冰乙酸)n
(正戊醇)=1:2.2,催化剂用量为反应物料.总质量的2.6%,带水剂环己烷的用量12mL,反应时间
2.5h。在此条件下,乙酸正戊酯的收率可达92.7%。
关键词乙酸正戊酯硫酸铈铵催化酯化反应
乙酸正戊酯是具有香蕉香味的无色透明液
催化合成乙酸正戊酯的操作方法
体,易燃,主要用作溶剂,广泛用于油漆、涂料、香
在100mL三颈瓶中按一定计量比加入冰乙
料、木材合剂、人造革、纺织加工、照相胶片等方酸、正成醇、一定量的带水剂环己烷和催化剂硫酸
面,在青霉素生产中用作萃取剂。乙酸正成酯通铈铵,连接电动搅拌器,装上温度计、分水器(内
常是在浓硫酸催化下,由乙酸和正成醇酯化反应盛适量饱和食盐水)和回流冷凝管,加热回流分
制得。浓硫酸活性虽然较高,价廉,反应时间水,控制反应温度在100~140℃,反应回流
较短,但存在以下缺点:(1)在酯化反应条件下浓定时间后,停止加热,冷却将反应液滗出倾入分
硫酸同时具有酯化、脱水和氧化作用,伴有副反应液漏斗中(催化剂因不溶于反应液而留在反应
发生,反应生成的混合物中含有少量醚、硫酸酯、瓶中)。将滤液用饱和氯化钠溶液洗涤2~3
不饱和化合物和羰基化合物等,给产品精制和回次,分液取有机层,再用无水CaC2干燥,常压蒸
收带来困难,收率下降,产品质量差,对于必须严馏收集沸程为140-150℃的馏分,得到无色透
格符合卫生标准的食用香料非常不利;(2)浓硫明具有香蕉和梨子香味的液体,称量并计算收
酸作催化剂需经碱中和、水洗除去,反应后处理工率,测定其折光率。
艺复杂,产品和未反应原料损失,伴有大量废液产1.3产品分析鉴定
生,易造成环境污染;(3)浓硫酸对反应设备腐蚀
制得试样的主要红外光谱数据wcm-1(IR,
严重。文献报道以固体酸和硫酸钟铵等为催KBr):。1740cm-1,1240cm,羰基和醇
化剂催化合成酯类。硫酸铈铵是一种价廉易得的羟基峰消失,呈现酯基的特征峰,与乙酸正戊酯的
无机晶体,其特点是活性高、选择好、具有良好的标准IR光谱图基本上具有一致的特征吸收峰。
催化酯化性能,且不腐蚀设备。但未见用硫酸铈产物的折光率n”为1.4023,与文献值(n为
铵催化合成乙酸正戊酯的报道。笔者现以硫酸铈
4019)基本相符,产品为无色透明液体,有水果
铵为催化剂,用冰乙酸和正戊醇为原料合成乙酸香味,故合成的产品为乙酸正戊酯。
正戊酯,研究表明,硫酸铈铵对乙酸正戊酸的合成
具有较高的催化活性。
2结果与讨论
2.1反应条件优化
实验部分
固定乙酸用量为0.15mol,该反应的影响因
mol y
试剂及位器
素主要有酸醇摩尔比(A)、催化剂用量(B)、帯水
冰乙酸,正戊醇,环己烷,硫酸铈铵均为分析
纯。实验用水均为二次蒸馏水。标准磨口中量有
收稿日期:2010-02-26
基金项目:湖北省自然科学基金资助项目(2005ABAO53)
机制备仪;PKWーⅢ型电子节能控温仪;Abe折
作者简介:杨水金,湖北师范学院化学与环境工程系教授,博
射仪。 Nicolet5DX型傅立叶变换红外光谱仪,美
士,主要从事钨化学与无机功能材料的研究及无机化学教学
工作,主持承担多项湖北省自然科学基金等省级项目,发表
国尼高力公司。
论文多篇。
精细石油化工进展
第11卷第5期
ADVANCES IN FINE PETROCHEMICALS
剂环己烷用量(C)和反应时间(D),考察了各因活性好,故硫酸铈铵是合成乙酸正戊酯的良好催
素对合成乙酸正戊酯产品收率的影响,因素水平化剂。
见表1,正交试验结果见表2。
表3不同催化剂催化活性比较
表1正交试验L,(3)的因素和水平
催化剂n(乙酸)n(正戊醇)催化剂用量,%收率,%
水平
B
3
C/ml
D/h
三氯化铝
1:1.2
3.1
1:1.8
0.50
四氯化锡
1:1.2
三氯化铁
l:3,2
l:2.2
1.00
硫酸铈铵
1:2.2
2,6
表2正交试验L(3“)结果与分析
3结论
编号
D
收率,%
(1)通过正交试验得出以硫酸铈铵为催化剂
合成乙酸正成酯的适宜条件:固定乙酸用量
9.14
0.15mol,n(乙酸):n(正成醇)=1:2.2,催化剂
硫酸铈铵用量1g,即催化剂硫酸铈铵占反应物料
总质量的2.6%,带水剂环己烷的用量12mL,反
应时间2.5h。在此优化条件下,产品收率为
92.7%。
91.16
(2)以硫酸铈铵作催化剂合成乙酸正戊酯具
92.18
有良好的催化活性,虽反应时间不短,但合成乙酸
K1215.86212.02225,33231.48
正戊酯的收率较高,反应条件较温和,且酯纯度较
K2242.48
高,催化剂硫酸铈铵可较好地回收分离处理,无废
K3263.23274.74267
237.87
酸排放,工艺流程简单,较易操作控制,可降低生
k171.9570.6775.1177.16
产成本。因此,硫酸铈铵是极具工业推广应用价
值的合成乙酸正戊酯优良催化剂,具有良好的应
87.7491.5889.1979.29
用前景。
20.9114.08
6.49
参考文献
由表2可知,4个因素中催化剂用量对反应1化学エ业出版社编写.中国化工产品大全(上卷)北京:化学
的影响最为明显,其影响因素大小顺序为B>A>
工业出版社,1994.558
C>D。由位级分析可知,最佳的组合是2吴育飞,是建军硫酸氢钠催化合成马来酸二丁酯的研究,化
A3B3C3D2,即适宜的反应条件如下:固定乙酸用量
学试剂,2002,24(2):105-106
0.15mol,n(乙酸):n(正戊醇)=1:2.2,催化剂
3张敏,袁先友.活性炭负载璘钨酸催化合成苹果酯.化学试剂
2002,24(2):115~116
硫酸铈铵用量为1.0g,即催化剂碗酸铈铵占反4营段峰,余音,酸怖铵催化合成乙酸正丁的研究化学试
应物料总质量的2.6%,带水剂环己烷的用量为
剂,2002,24(5):305~306
12mL,反应时间为2.5h。在此优化条件下,产5陈丹云,王敬平,李杰.硫酸氢钠催化合成丁酸异戊酯.化学试
品收率为92.7%。
剂,2002,24(4):235~236
2.2催化剂活性比较
6余新武,冯秀娟,赖国松等.新型纳米固载杂多酸盐催化剂的
分别采用三氯化铝、四氯化锡、三氯化铁(0、制备与应用.化学世界,2003,4(1