對合成乙酸乙酯實驗的改進

許瑩堂

摘 要:以乙酸和無水醋酸為原料,濃H₂SO₄作催化劑來制備乙酸乙酯,在實際教學中存在著安全、環保等問題,通過分析選用固體催化劑合成乙酸乙酯對實驗進行改進,并討論固體催化劑所使用的條件.

關鍵詞:乙酸乙酯 固體催化劑 催化合成

乙酸乙酯的制取是中學實驗教學中的學生實驗之一.乙酸乙酯合成工藝是乙酸和醇的酯化法,催化劑為濃硫酸,具體的實驗過程中用濃硫酸作催化劑其催化效率高、反應溫和,但存在以下缺點:

(1)加料速度慢,否則會使體系溫度升高,使乙醇揮發,造成產率降低,這無疑也延長了實驗時間.

(2)由于濃硫酸具有酯化、氧化、脫水等作用,易導致乙醚、乙烯、二氧化硫、乙醛等產物的生成;局部過熱硫酸還可以使有機溶劑碳化,不僅造成產率降低,也給產品的精制帶來許多麻煩,對環境有嚴重的影響.

(3)因濃硫酸具有強腐蝕性,操作不慎,易被燒傷,安全性較差.

(4)反應溫度要求嚴格.

(5)廢液不易處理.

(6)不能重復使用.

由于濃硫酸作催化劑有以上缺點,我們對乙酸乙酯的制備實驗進行了改進.選用固體催化劑制備乙酸乙酯,它的優點有對實驗設備要求低、副反應少、對環境污染輕、用量少、安全性高、催化劑經處理可以重復使用.為此我們選擇固體催化劑(路易斯酸)合成乙酸乙酯,并討論固體催化劑所使用的條件.

一、實驗部分

1.主要儀器:圓底燒瓶(50mL)、蒸餾及冷凝裝置一套、酒精燈、溫度計、水浴鍋.

2.主要試劑和原料:

冰醋酸、95%乙醇、固體催化劑(AlCl₃、CaCl₂、MnCl₂),均為分析純.

3.操作:

在50mL干燥的圓底燒瓶中加固體催化劑、9.5mL無水乙醇、6mL冰醋酸混勻裝上冷凝管采用蒸餾裝置.加熱(水浴加熱回流0.5h),冷卻,改為蒸餾裝置,蒸出乙酸乙酯(直到流出液體積約為反應物體積的1/2為止),洗滌,干燥,精餾,稱量.

二、結果與討論

1.用AlCl₃作催化劑合成乙酸乙酯

分別取相同量的無水乙醇和冰醋酸的混合液,加入不同質量的無水CaCl₂進行乙酸乙酯合成.

由圖1看出在使用無水AlCl₃作催化劑合成乙酸乙酯,無水AlCl₃的用量為3g時,在同等條件下合成的乙酸乙酯的產量為最高.

用固體AlCl₃催化合成乙酸乙酯的優點是:

(1)AlCl₃是較好的路易斯酸,容易形成較穩定的碳正離子;

(2)在合成中不與乙醇形成結晶醇,原料利用率高.

用固體AlCl₃催化合成乙酸乙酯的缺點是:

(1)AlCl₃易水解,降低其催化活性,影響乙酸乙酯的產率;

(2)AlCl₃要求原料純度較高.

2.用無水CaCl₂作催化劑合成乙酸乙酯

無水CaCl₂為白色固體(粒狀、塊狀或粉末),比重2.15,味微苦,易溶于水,同時放出大量的熱,在空氣中易潮解.

分別取相同量的無水乙醇和冰醋酸的混合液,加入不同質量的無水CaCl₂進行乙酸乙酯合成.

由圖2看出在使用無水CaCl₂作催化劑合成乙酸乙酯,無水CaCl₂的用量為5g時,在同等條件下對合成的乙酸乙酯的產量為最高.

用固體CaCl₂催化合成乙酸乙酯的優點:(1)對原料純度要求低;(2)加入過量可除去部分水,提高乙酸乙酯的產率.

用固體CaCl₂催化合成乙酸乙酯的缺點是:CaCl₂固體易與乙醇形成結晶醇.

3.用無水MnCl₂作催化劑合成乙酸乙酯

無水MnCl₂是粉色晶體,易潮解,易溶于水和醇,但不溶于醚,在某些反應中可用作催化劑.分別取相同量的無水乙醇和冰醋酸的混合液,加入不同質量的無水MnCl₂進行乙酸乙酯合成.

用固體MnCl₂催化合成乙酸乙酯的優點是:對原料的純度要求不高,MnCl₂用量少,能提高乙酸乙酯的產率,不易形成結晶醇.固體催化劑用量少合成產物產率高.

三、結論

綜上所述,選用固體催化劑制備乙酸乙酯,它的優點是:對實驗設備要求低、副反應少、對環境污染輕、用量少、安全性高,催化劑經處理可以重復使用.改進后變得簡單易行,消耗藥品少,并且徹底杜絕了有毒氣體的外逸,還可利用實驗改進的思想對學生進行保護環境的教育.

(責任編輯:羅 艷)