硅鎢雜多酸催化乙酸丙酯的合成

訾俊峰

(許昌學院 化學化工學院，河南 許昌 461000)

硅鎢雜多酸催化乙酸丙酯的合成

訾俊峰

(許昌學院 化學化工學院，河南 許昌 461000)

以硅鎢酸為催化劑合成乙酸丙酯，考察了醇酸的物質的量比、反應時間和硅鎢酸的用量對乙酸丙酯轉化率的影響.結果表明：硅鎢酸是合成乙酸丙酯的良好催化劑，當乙酸用量為0.10 mol時，醇酸物質的量之比為1.4∶1.0，反應時間為2.5 h，硅鎢酸質量為0.50 g，此時酯化率可達98%.

硅鎢酸；催化；酯化；乙酸丙酯

乙酸丙酯作為一種低毒溶劑，可用于化合物的萃取[1]，工業上可由乙酸和正丙酯直接反應制得，但傳統生產方法存在很多不足之處.隨著人們環保意識的逐步增強，一直致力于尋找更加環保、高效、價廉易得的催化劑替代傳統催化劑，其中硅鎢酸以其良好的催化性能被廣泛用于酯的合成中[2].本文以硅鎢酸為催化劑，通過正交實驗及單因素檢驗確定了乙酸丙酯最佳的合成條件.

1 實驗部分

在三頸瓶中按一定比例加入乙酸、正丙醇、帶水劑環己烷和一定量催化劑，裝上溫度計、分水器和回流冷凝管，加熱回流.其間保持三頸瓶中的反應液穩定沸騰；持續回流一定時間后停止，冷卻裝置至室溫，將反應液與催化劑分離.按下式測定反應的酯化率.

將反應液轉移至分液漏斗中，加入飽和碳酸鈉溶液，邊加邊震蕩，至無氣體逸出為止，檢驗酯層為中性，靜置，取上層；用飽和食鹽水多次洗滌，再用5 mL飽和氯化鈣溶液洗滌兩次，酯層轉入干燥的錐形瓶中，加入無水硫酸鎂干燥24 h后進行蒸餾，收集97.0～99.5 ℃的餾分，取少量餾分，分別測定其紅外光譜和折光率，并與文獻對照.

2 結果與討論

2.1 正交實驗的設計與分析

本文選擇正丙醇和冰醋酸的物質的量之比、催化劑用量和反應時間作為影響酯化率的主要因素，通過正交實驗[3]考察上述因素對反應酯化率的影響程度，各因素與水平及其實驗結果見表1、表2.

表1 正交實驗因素水平

表2 正交實驗結果

由表2可知對酯化率影響最大的因素是醇酸物質的量比，且當醇酸物質的量比為A2時，平均酯化率最大且明顯高于A1和A3.而從催化劑質量和反應時間對酯化率的影響情況統計來看，隨著反應條件的改變，其平均酯化率均隨之增加，所以要想確定其最優反應條件，還必須進行單因素實驗.

2.2 單因素實驗的設計與分析

2.2.1 催化劑的質量對酯化率的影響

由正交實驗數據分析可知，反應時間為2.5～3.0 h的平均酯化率變化不大，因此我們可以限定反應時間為2.5 h，固定醇酸物質的量比為1.4∶1(乙酸為0.10 mol)，改變催化劑的質量進行實驗，實驗結果見表3.當催化劑的質量為0.75 g時，酯化率最大；催化劑的質量繼續增大時，酯化率反而降低了，因此其最佳催化劑的量應為0.50 g.

表3 催化劑的用量對酯化率的影響

2.2.2 反應時間對酯化率的影響

固定醇酸物質的量比為1.4∶1(乙酸為0.10 mol)，催化劑的質量為0.50 g，改變反應時間做單因素實驗，見表4.可以看出：酯化率隨著反應時間的延長而增大，但在反應2.5 h之后，隨時間的增長酯化率趨于平緩，因此最佳反應時間為2.5 h.

表4 反應時間對酯化率的影響

2.3 最佳條件重復實驗

根據正交實驗及單因素檢驗結果所得出的合成乙酸丙酯的最佳反應條件，即在乙酸為0.10 mol、正丙醇為0.14 mol、催化劑質量為0.50 g、反應時間為2.5 h的條件下進行了重復實驗，其結果見表5.表中數據變化不大，且酯化率高，3次平行實驗結果的值平均為98.83%.

表5 最佳條件重復實驗

2.4 產品分析

本實驗合成的乙酸乙酯為無色透明液體，有淡淡的清香.其紅外光譜見圖1，測定顯示特征吸收峰：-1 743.44 cm-1(酯的C=O伸縮振動吸收峰位置在1 745～1 720 cm-1)，-1236.52 cm-1(C-O-C非對稱伸縮振動在1 210～1 160 cm-1)，與標準圖譜[4]對比基本一致；用阿貝爾折光儀測定其折光率為：nD20=1.384 6(文獻為：nD20=1.384 4)[5]，因此可以判定所得產品為乙酸丙酯.

3 結論

合成乙酸丙酯的最佳條件為：正丙醇與冰醋酸物質的量比為1.4∶1(乙酸為0.10 mol)，催化劑質量為0.5 g，回流反應2.5 h,酯化率可達98%以上.

硅鎢酸具有對設備腐蝕性小、催化效率高等優點，因此硅鎢酸是一種性能優良的催化劑.

[1] 徐克勛.精細有機化工原料及中間體手冊[M].北京:化學工業出版社,1998:1-319.

[2] 訾俊峰,宋少堂.硅鎢雜多酸催化合成己二酸二丁酯的研究[J].應用化工,2006,35(2):106-107.

[3] 《正交試驗設計法》編寫組.正交試驗設計法[M].上海:科學技術出版社,1979.

[4] 凌關庭,王亦蕓,唐述潮.食品添加劑手冊(下冊)[M].北京:化學工業出版社,1989.

[5] 《常用化學手冊》編寫組.常用化學手冊[M].北京:地質出版社,1997.

責任編輯：衛世乾

Synthesis of Propyl Acetate Catalyzed by Silicotungstic Acid

ZI Jun-feng

(CollegeofChemistryandChemicalEngineering,XuchangUniversity,Xuchang461000,China)

：Propyl acetate has been synthesized with Silicotungstic acid as catalyst. Molar ratio of silicic acid, reaction time and mass of silicotungstic acid are examined to observe the esterification ratio of propyl acetate. The result shows that silicotungstic acid is a good catalyst for the synthesis of propyl acetate. Based on 0.1 mol acetic acid,molar ratio of alcohol acid is 1.4∶1.0; based on 2.5h reaction time and 0.50 g mass of silicotungstic acid, the yield of product can reach 98%.

silicotungstic acid; catalyze; esterification; propyl acetate

2015-03-26

訾俊峰(1957—)，男，河南許昌人，教授，研究方向：精細化學品的合成.

1671-9824(2016)02-0073-03

TQ225

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