超声波作用下乙酸乙酯的合成

超声波作用下乙酸乙酯的合成 超声波作用下乙酸乙酯的合成 第24卷第2期 2005年3月 许昌学院 JOURNAIOFXUCHANGUNIVERSITY VO1.24.No.2 Mar.,2005 文章编号:1671—9824(2005)02一Ol16—03 超声波作用下乙酸乙酯的合成 李静,刘争 (许昌学院化学系,河南许昌461000) 以硫酸氢钠为催化剂,在超声波辐射下合成乙酸乙摘要:以冰醋酸和乙醇为原料, 酯.超声 波器的固定功率为120W,合成最佳条件是:以15mL(0.26mo1)冰醋酸为基准,乙醇和冰醋酸比为 2.0:1,硫酸氢钠为1.0g,超声波的环境温度60~C,反应时间60min,产率达61.2%. 关键词:超声波作用;乙酸乙酯;合成 中图分类号:0623.624.1文献标识码:A 近年来,超声化学引起了很多化学工作者的关注,在有机化学中已成功应用于氧化反应,还原反应,加 成反应,缩合反应,水解反应,偶合反应,歧化反应等【,该方法被认为是绿色化学的方法.它可以改善反 应条件,加快反应速度,提高反应产率,使一些用传统方法难以进行的化学反应得以实现. 羧酸酯是一类在工业和商业上用途广泛的化合物,通常由羧酸和醇在浓硫酸催化下直接酯化制备.但 用浓硫酸副反应多,腐蚀设备,操作危险,污染环境.我们以乙酸乙酯的合成为尝试, 以无毒性的无机盐硫 酸氢钠为催化剂,初次将超声波用于酯的合成,旨在探讨超声波对酯化反应速率,产率的影响. 1实验部分 1.1仪器及试剂 SB3200T超声波器,120W,必能信超声有限公司;兀一2100型红外光谱仪,美国Bir—Red公司;冰醋酸, 乙醇,硫酸氢钠,氯化钠,无水氯化钙,碳酸钠,无水硫酸镁,均为分析纯. 1.2乙酸乙酯的合成 将100mL三颈瓶固定于功率为120W的超声波器中,槽中充足量水,向瓶中加人15mL(0.26mo1)的冰 醋酸,一定量的乙醇和催化剂,并装上搅拌器,冷凝管.开启超声波器,控制水温,超声作用一定时间.停止 反应,冷却反应混合物,抽滤.滤液依次用饱和碳酸钠溶液,饱和氯化钠溶液,饱和氯化钙溶液洗涤,分出产 品,用2g无水硫酸镁干燥.将干燥好的粗乙酸乙酯蒸馏,收集73cI=,78cI=馏分,即得无色透明,水果香味的 乙酸乙酯.按照下式计算产率: 产率=藩×?00%一理论产量 1.3产品分析 用1.2方法获得的乙酸乙酯折光率0:1.3723,与文献值相符,产品的红外光谱测定结果与乙酸乙酯 标准IR谱图完全一致. 2结果与讨论 本实验在超声波器固定功率120W的条件下,分别考察了醇酸原料比,催化剂用量,超声时间,温度等 收稿日期;2004—06—14 作者简介:李静(1959一),女,河南许昌人,教授,主要从事有机化学教学与科研工作 第24卷第2期李静,等:超声波作用下乙酸乙酯的合成117 对产率的影响,得出了适宜的反应条件. 2.1醇酸物质的量比对产率的影响 固定冰醋酸用量15mL,硫酸氢钠0.5g,控制超声波器槽内水温60?,改变乙醇的量,超声反应60min, 反应结果见表1. 由表l可见,在该实验条件下,随着醇酸物质的量比增大,产率逐渐提高,当达到1.8:l时,继续增大 醇酸比,对产率影响已不明显,故醇酸物质的量比以2.0:1为宜. 2.2催化剂用量对产率的影响 醇酸量,水温,反应时间同2.1,改变硫酸氢钠用量,进行乙酸乙酯合成,其结果见表2. 表l醇酸物质的量比对产率的影响表2硫酸氢钠用量对酯化产率的影响 由表2可知,随着催化剂硫酸氢钠用量的加大,酯化产率提高,当达到1.0g时,产率获得最大值 61.2%,继续增大催化剂的量,产率反而下降,故适宜的催化剂量为1.0g. 2.3超声反应时间对酯化产率的影响 冰醋酸用量15mL,醇酸物质的量比2.0:l,硫酸氢钠1.0g,水的温度60~C,改变超声反应时间,酯化反 应结果见表3. 由表3可见,在该实验条件下,随着反应时间的延长,产率不断提高,综合能源消耗与生产效率两方面 因素,选择反应时间为60min. 2.4反应温度对酯化产率的影响 冰醋酸用量15mE,醇酸物质的量比2.0:l,硫酸氢钠1.0g,超声反应时间60rain,改变超声波器槽内水 的温度,反应结果见表4. 表3超声反应时间对酯化产率的影响表4温度对产率的影响 该超声波器无加热功能,只有人为控制水温.实验发现,随着温度升高酯化产率提高,60~C时最高,超 过60~C反而下降,这一现象可能是温度对空化作用产生了影响J.由此可见,反应过程中温度的控制十分 重要. 2.5与同类研究的比较 近年来,人们针对传统酯化反应中以浓硫酸作催化剂所带来的诸多不足,展开了大量的酯化催化剂的 研究工作,固体酸作为替代浓硫酸催化剂的研究已引起人们的关注,成为一个研究热点.但对改善传统加 热方法的研究较少,将超声波技术引入酯化反应未见报道.现将有代表性的合成乙酸乙酯的研究结果J 与传统方法及本研究作一比较,见表5. 表5乙酸乙酯合成研究比较 】】8许昌学院2005年3月 从表5可见,本研究与传统的乙酸乙酯的合成方法相比,反应速度及产率都优于传统方法;与其他方 法比较,反应时间较优,产率较差.产率较差的主要原因是,该方法的反应温度较低,产物不能脱离反应体 系,使酯化可逆反应的平衡不能向右移动而造成的.如何使产物脱离反应体系,这将是今后超声酯化研究 的一个莺要问题. 3结论 本研究将超声波技术引入酯化反应,探讨了影响反应速度,产率的因素,结果表明:在现有条件下,即 超声波功率较小,无法使用带水剂和脱水剂,与传统方法相比,酯化产率,反应时间比较理想.研究中还发 现,在超声波协助的有机反应中,温度对反应有着重要影响.这些结果对今后进一步研究有机声化学奠定 了良好基础,有极好的参考价值. 参考文献: 【1]覃兆海,陈馥衡,谢毓元.超声波在有机合成中的应用[J].化学进 展,1998,10(1):63—72. [2]李记太,臧洪俊,超声波应用于有机合成方面的新进展[J].河北大 学,2000,20(1):96—102. [3]林曼斌,有机声化学及其应用[J].韩山师范学院,1996,(3):88—90, [4]王福来.有机化学[M].武汉大学出版社,2001.211. [5]赵地顺,韩文爱,王爱军,等.磷钼杂多酸催化合成乙酸乙酯的研究[J].河北化 工,2003,(2):23—24. [6]韩文爱,王玉环.磷钨杂多酸催化合成乙酸乙酯的研究[J].石家庄职业技术学 院,2003,15(4):40—49, [7]王爱军,赵地顺,韩文爱,等.TiO2/S04HZSM一5催化合成乙酸乙酯[J].河北化 工,2003,(4):26—27. 【8]张翔宇,盛淑玲.无机盐合成乙酸乙酯【J],许昌学院,2003,22(5):97—99, 责任编校:陈新华 SynthesisofEthylAcetateunderUltrasound LIJing,LIUZheng (DepartmentofChemistry,XuchangUniversity,Xuchang461000,China) Abstract:Ethylacetateissynthesizedbyaceticacidandalcoholwithsodiumbisulfateascatal ystunderultra— sound.Ultrasoundirradiationpoweris120W.Theoptimumconditionsusing0.26molofaceti cacidareasfollowsthe molarratioofalcoholtoaceticacidis2.0:1,themassofsodiumbisulfateis1.0g,thereactionte mperatureis60? andthereactiontimeis60min.theyieldcanreach61.2%. Keywords:ultrasoundirradiation;ethylacetate;synthesis