常州轻工职业技术学院
专业综合实践
题系专班姓学
目：别：业：级：名：号：
轻化工工程系指导教师：
乙酸正丁酯合成
刘蕊
（常州轻工职业技术学院
常州
213164）
摘要：以乙酸和正丁醇为原料, 分别以浓硫酸、三氯化铁为催化剂合成乙酸正丁酯。利用列表比较, 探讨了催化剂种类、醇酸摩尔配比和酯化时间及它们之间的交互作用对酯的收率的影响。实验结果表明较好的酯化条件是:n(醇):n(酸) 为1.8：1.0催化剂为3.6%的浓硫酸; 酯化时间为2。0h 。其酯的收率可达83.3%。随着经济的发展和人民生活水平的提高，对乙酸正丁酯的需求量也越来越大。目前，工业上大多数采用浓硫酸催化酯化乙酸正丁酯。
关键词：乙酸正丁酯；催化剂；浓硫酸。
1.前言
乙酸正丁酯是一种重要的化工产品, 也是重要的有机合成中间体, 广泛用于有机合成、塑料、涂料等工业。它是化工、军工、医药等行业的主要溶剂, 特别是清漆、人造革、塑料等物质的良好溶剂【1】。在合成乙酸乙酯过程中，有多种催化剂可以实现反应。传统上羧酸酯类的合成都是用浓硫酸作催化剂，但存在诸如设备易腐蚀、副反应多、废酸排放污染环境等弊端【6】。但随着环保法规对环境的要求不断提高，可开发取代硫酸的新型催化剂已成为现在工业生产种普遍关心的问题【7，9】。近几年来，国内外广泛开发了一系列新型的酯化反应放入催化剂【2，4】。与硫酸催化剂相比，这类催化剂具有易分离、无废液排放等优点，在催化剂领域日益受到人们的关注【5】。例如采用固体催化剂在间歇反应釜中进行乙酸和正丁醇催化酯化反应，可以得到较好结果【3，8】。因此人们不断寻求更优良的催化剂来代替硫酸。1.1简介
乙酸丁酯，又名乙酸-2-甲基丙脂，英文名isobutyl acetate ，无色有果香气味的液体，分子式为C 6H 12O 2，相对分子量111.16，沸点（101.3kPa ）126.114℃，熔点-73.5℃，相对密度0.8807，折光率为1.3941，燃点为421℃，乙酸丁酯微溶于水，能与醇、醚等一般有机溶剂混溶，在酸或碱的作用下，水解生成乙酸和丁醇。1.2性质
分子式：C 6H 12O 2。分子量：116.16。FEMA ：2174。CAS ：123-86-4。密度：0.8764熔点（℃）：-77.9沸点（℃）：126.1闪点（℃）：22（闭杯）折射率：1.3907（19℃）色状：无色液体。
溶解情况：溶于醇、醚、醛等有机溶剂，溶于180份水。稳定性：在弱酸性介质中较稳定。
1.3用途
常用有机溶剂。检定铊、锡和钨。测定钼和铼。抗生素萃取剂。用扩硝化纤维及漆类的溶剂。常用作果实的香精，主要配制香蕉、树莓、草莓和奶油等型香精。1.4安全储藏
贮于低温通风处，远离火种、热源。与氧化剂、酸碱类等分储分运。禁止使用易产生火花的工具。
灭火：抗溶性泡沫、二氧化碳、干粉、砂土。
2. 实验过程
2.1实验仪器与药品
表2-1实验仪器与药品
实验仪器量筒电热套分水器三口烧瓶温度计冷凝管蒸馏烧瓶电子分析天平阿贝折光仪铁架台
2.2实验目的
1）掌握共沸蒸馏分水法原理和油水分离器的使用；2）掌握液体化合物的分离提纯方法。2.3实验原理反应：
CH 3COOH + CH3CH 2CH 2CH 23COOCH 2CH 2CH 2CH 3 + H2O
实验药品乙酸（AR ）正丁醇（AR ）浓硫酸（AR ）
碳酸钠硫酸镁三氯化铁
副反应：
2CH3CH 2CH 2CH 23CH 2CH 2CH 2OCH 2CH 2CH 2CH 3 + H2O CH3CH 2CH 2
CH 23CH 2CH=CH + H2O
为了促使反应向右进行，通常采用增加酸或醇的浓度或连续地移去产物（酯和水）的方式来达到的。在实验过程中二者兼用。至于是用过量的醇还是用过量的酸，取决于原料来源的难易和操作上是否方便等诸因素。提高温度可以加快反应速度。2.3.1物理常数（见表2-3-1）
表2-3-1药品物理常数名称丁醇
分子量74.12
熔点/℃-89.53
沸点/℃117.7
折光率/n1.3993
20
比重0.8098
颜色和形态
有特殊气味的无色液体。
溶解度
微溶于水，能与乙醇、乙醚混溶。
乙酸乙酸正丁酯
60.05111.16
16.7
-77.9
118126.5
1.3718
1.3964（15℃）
1.0490.8824
无色澄清液体，有刺激气味。有水果香味的无色液体。
溶于水、乙醇、乙醚等微溶于水，溶于乙醇、乙醚和苯。
2.4实验装置图
制备装置
蒸馏装置
2.5实验方法
在三颈烧瓶中依次加入冰乙酸和正丁醇, 再安装温度计, 搅拌器和分水器, 并在分水
器上接上回流冷凝管, 通水冷却。然后加热回流, 约经5分钟, 分水器中出现水层, 继续回流, 直到水层不在增加为止, 停止反应, 冷却室温, 倾出液层, 经水洗, 稀碳酸钠中和, 饱和食盐水洗涤, 干燥, 蒸馏收集125℃的馏分即为产品。
2.6产品检测2.6.1检测原理1）折光率
液体有机物的重要的物理常数之一。它是衡量液体有机物纯度的标志之一，是定性鉴定的一种手段。折光率比沸点更为可靠，利用折光率不仅可以鉴定未知物，而且可以确定沸点相近、结构相似的液体混合物的组成。
2）阿贝折光仪
阿贝折光仪的工作原理就是基于光的折射现象和临界角的基本原理设计而成的。在一定的外界(如温度、压力等) 条件下，波长一定的单色光从介质A 斜射入介质B 时，要发生折射现象(如图1) 。根据折射定律，其入射角α与折射角β的正弦之比是一个常数，并且与这两个介质的折光率nA(介质A) 、nB(介质B)
成反比。
阿贝折光仪
3.2折光率检测方法
用探镜纸试干蒸馏水，恒温后，将试样1—2滴均匀地滴在磨砂面棱镜上，关紧棱镜。调节反光镜使目镜内现场明亮，转动棱镜调节旋钮或消色散手轮，使视野明暗界线恰巧通过“十”字交叉点。记录读数与温度，重复2—3次，取其平均值，得样品折光率实验读数值。2.7实验步骤
1) 在250ml 的圆底烧瓶中加入63.0ml 正丁醇、37.0ml 冰醋酸和2.4g 硫酸氢钾混合均匀后加入1-2粒沸石。
2) 按试验装置图安装好仪器。
3) 在分水器中加入计量过的水，使水面稍低于分水器回流支管的下岩。打开冷凝水，反应瓶在磁力搅拌器上，小火加热回流。
4) 反应过程中，不断有水分出，并进入分水器的下部，通过分水器下部的开关将水分出，注意水层与油层的界面，不要将油层放掉。5) 反应约50min 后，此时停止加热冷却。
6) 过滤分离出催化剂，将分水器中液体倒入分液漏斗，分出水层。
7) 用40ml 饱和碳酸钠溶液洗涤至中性，再依次用40ml 饱和氯化钠溶液洗涤一次，饱和氯化钙溶液洗涤两次，分出酯层。
8) 将分离出来的上层油层倒入一干燥的小锥形瓶中，加入无水硫酸镁干燥，直至液体澄清。9) 干燥后的液体，用少量棉花通过三角漏斗过滤至干燥的250ml 蒸馏烧瓶中，加入沸石，安装蒸馏装置，磁力搅拌器加热，收集117-124℃的馏分。10) 称量，计算产率，并测定产品的折光率。2.8实验记录
1）第一组实验：酸醇摩尔比为1.8:1.0，醇：23ml, 酸：26ml, 浓硫酸：0.1ml, 反应时间：2h ，温度控制在100-105摄氏度。
现象：9:46开始加热，9:54微沸，9:55暴沸，温度为100摄氏度。9:56回流，沸腾有间歇，温度时高时低，11:36停止加热。
蒸馏时收集了124-126的馏分，称得收集的重量为23.605g, 产率为81.3%，折光率为1.39452）第二组实验：酸醇摩尔比为2.0:1.0，醇：23ml, 酸：29ml, 浓硫酸：0.1ml, 反应时间：2h ，温度控制在100-105摄氏度。
现象：1:30开始加热，1:36微沸，1:37暴沸，温度为100摄氏度。1:45回流，沸腾无间歇，，3:30停止加热。
蒸馏时收集了124-126的馏分，称得收集的重量为22.813g, 产率为79%，折光率为1.39423）第三组实验：酸醇摩尔比为1.8:1.0，醇：23ml, 酸：26ml, 浓硫酸：0.1ml, 反应时间：1.5h ，温度控制在100-105摄氏度。
现象：1:00开始加热，1:05微沸，1:06暴沸，温度为100摄氏度。1:15回流，2:30停止加热。
蒸馏时收集了124-126的馏分，称得收集的重量为23.134g, 产率为80.0%，折光率为1.39394）第四组实验：酸醇摩尔比为1.8:1.0，醇：23ml, 酸：26ml, 浓硫酸：1.6ml, 反应时间：2h ，温度控制在100-105摄氏度。
现象：9:46开始加热，9:54微沸，9:55暴沸，温度为100摄氏度。9:56回流，沸腾有间歇，温度时高时低，11:36停止加热。
蒸馏时收集了124-126的馏分，称得收集的重量为21.780g, 产率为75.0%，折光率为1.39432.9实验数据
1）酸醇比对产率的影响（浓硫酸3.6%时间两小时）
表2-9-1酸醇比对产率的影响酸醇比MOL 产率%
1.4：1.080.2
1.6:1.080.7
1.8:1.083.3
2.0:1.083.0
2.2:1.082.5
2）催化剂用量对生产率的影响(酸醇比1.8:1.0，时间2h)
表2-9-2催化剂用量对生产率的影响浓硫酸(wt%)产率%
2.480.7
3.683.3
4.883.0
6.075.0
8.074.8
3）反应时间对产率的影响（醇酸比1.8:1.0，浓硫酸为3.6%）
表2-9-3反应时间对产率的影响反应时间产率
1.068.0
1.581.3
2.083.3
2.583.7
3.084.0
2.9.1实验结果讨论
表2-9-1醇比对产率的影响（浓硫酸3.6%小时）
酸醇比MOL 产率%
：1.02.0:1.083.0
表2-9-1随着酸醇比的增加, 其酯化率随之增大, 酸醇比为1. 8:10时有最大的酯化率
表2-9-2催化剂用量对生产率的影响(酸醇比1.8:1.0，时间2h)
浓硫酸(wt%)产率%
6.075.0
表2-9-2随着浓硫酸用量的增加, 其酯化率先增加, 到3. 6%有最大酯化率, 随之又减小
表2-9-3反应时间对产率的影响（醇酸比1.8:1.0，浓硫酸(wt%)为3.6%）
反应时间产率
2.583.7
表2-9-3随着浓硫酸用量的增加, 其酯化率先增加, 到3. 6%有最大酯化率, 随之又减小从上图中醇酸摩尔比对酯化率的影响结果可见，1∶1的醇酸摩尔比就可实现68%的酯化率，随着醇酸摩尔比继续增加，酯化率也逐渐增加，到1．8∶1时，酯化率达到81.3%，随后基本保持不变。可见，较高的醇酸摩尔比可提高酯化率，这是因为醇过量有助于酯化反应平衡右移。因此，18∶1的醇酸摩尔比即可实现最高的酯化率。
反应时间对酯化率的影响。从图中可见，反应1h 时，酯化率达到68%，随着反应时间延长，酯化率迅速增加，到1．5h 时，酯化率达到81.3%;随后酯化率增加缓慢，到3h 时，酯化率达到最高84%，随后反应时间再增加，酯化率基本不变。因此，2.0h 的反应时间已经可以使反应进行彻底。
结论：最佳酸醇摩尔比为1.8:1.0，最佳反应时间2.0小时，催化剂的最佳用量质量分数3.6%产率为83.3%2.9.2检测数据样品折光率2.9.3检测结果
标准的乙酸正丁酯的折光率是1.3991，我们实验所得乙酸正丁酯的折光率接近标准的折光率。
第一次样品1.3945
第二次样品1.3942
第三次样品1.3939
第四次样品1.3943
总结
我们通过实验用不同的催化剂，反映不同时间以及反应物的浓度比例的改变来研究最佳的反应时间、反应物浓度比例及反应所需的催化剂。得到以1.8：1.0的醇酸摩尔比用3.6%的浓硫酸做催化剂，反应2.0h 可达到最佳酯化率83.3%。乙酸正丁酯作为一种重要的化工原料在很多领域都有很大的用途。在制造硝化棉、纤维素漆涂层、人造革、涂料纸、塑料擦亮剂和不碎玻璃、香料和调味剂中作为溶剂；在医药上可用以生产红霉素及生产聚氨基甲酸酯, 印花薄膜和化妆品；在化学上用作天然胶和合成树脂的溶剂, 日光灯荧光粉解吸剂。也可用作分析试剂, 萃取剂等；合成香料上用于配制香蕉、杏、菠萝、草莓、糖果等型香精。面对国内日益增加的需求量，我们需要研发出更有效、更环保、更便捷的生产方法。
参□考□文□献
【1】陈丹, 李杰, 蔡永红. 乙酸丁酯的催化合成. 化工中间体合成【J 】：2009，（4）14~15【2】虞大红, 吴海霞. 实验化学. （第二版）【M 】北京：化学工业出版社,2007，25~27【3】谢川，鲁厚芳. 工科化学实验. 【M 】成都：四川大学出版社,2006,125~126【4】白秀丽, 李晓莉. 乙酸正丁酯的合成与应用【J 】长春师范学院学报,2008(5)13~14
【5】由宏君. 乙酸正丁酯合成的研究进展【EB/OL】辽宁石油化工大学石油化工学院，维普资讯
【6】李常风, 杜黎明. 磷酸二氢钠催化合成乙酸丁酯的研究【N 】首都师范大学学报(自然科学版).2005(12)43~45【7】蔡述兰, 邹立科, 郭小群. 硫酸镍催化合成乙酸丁酯【N 】四川理工学院学报（自然科学版）.2008(2)72~74【8】冯桂荣, 耿静. 乙酸正丁酯合成条件探讨【M 】唐山师范学院,2007年9月【9】何节玉. 乙酸正丁酯合成实验的改进【M 】湖南理工学院,2003年9月