酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)綠色化改進(jìn)的研究報(bào)告

1、-PAGE . z.晉 中 學(xué) 院 本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)題 目 酯化反響實(shí)驗(yàn)綠色化 改良的研究 院 系 化學(xué)化工學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 化學(xué) 姓 名 邢美玲 學(xué) 號(hào) 1009111141 學(xué)習(xí)年限 2010年9月至2014年7月 指導(dǎo)教師 *愛(ài)華 副教授 申請(qǐng)學(xué)位 理學(xué)學(xué)士學(xué)位 2014年5月26日酯化反響實(shí)驗(yàn)綠色化改良的研究學(xué)生*：邢美玲指導(dǎo)教師：*愛(ài)華摘要：酯化反響實(shí)驗(yàn)是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中重要的實(shí)驗(yàn)之一，主要是通過(guò)研究典型的乙酸乙酯的合成，從實(shí)驗(yàn)裝置和催化劑兩方面進(jìn)展研究改良，從而到達(dá)綠色化改良的目的。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)以濃硫酸為催化劑，酯化率較低，改良后的實(shí)驗(yàn)以為催化劑，以硫酸鎂為吸水劑合成乙酸乙酯，提高了反響產(chǎn)

2、率。從傳統(tǒng)裝置改為微小的儀器裝置，可以有效的實(shí)現(xiàn)綠色化的實(shí)驗(yàn)理念，同時(shí)也可以激發(fā)我們大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和綠色化學(xué)的意識(shí)。關(guān)鍵詞：酯化反響乙酸乙酯綠色化改良The esterification reaction e*periment greening researchAuthors Name:*ing Meiling Tutor:Zhang AihuaABSTRACT：the esterification reaction e*periment is one of the important e*periment in organic chemistrye*periment,this paper

3、mainly through the study of the synthesis of ethyl acetate,typical from two aspects of e*perimentalapparatus and catalyst study improved,so as to achieve the goal of greening to improve.traditional e*periments with concentrated sulfuric acid as catalyst, the esterification rate is low, the improved

4、e*periment to tin o*ide and aluminum o*ide as catalyst, synthesis of ethyl acetate, magnesium sulfate as SAP,improve the reaction yield, and, from the traditional device, into a small instrument device, can effectively realize the greening, the e*perimental idea, at the same time also can inspire ou

5、r students innovative consciousness and consciousness of green chemistry.KEYWORDS：the esterification reactionethyl acetategreening to improve-. z.目錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc3891615771 引言 PAGEREF _Toc389161577 h 1HYPERLINK l _Toc3891615781.1酯化反響綠色化改良 PAGEREF _Toc389161578 h 1HYPERLINK l _Toc389

6、1615791.2乙酸乙酯合成方法的改良和意義 PAGEREF _Toc389161579 h 1HYPERLINK l _Toc3891615802 乙酸乙酯綠色化改良的實(shí)驗(yàn)研究 PAGEREF _Toc389161580 h 1HYPERLINK l _Toc3891615812.1 傳統(tǒng)乙酸乙酯的合成 PAGEREF _Toc389161581 h 2HYPERLINK l _Toc3891615862.2 改良后乙酸乙酯的合成 PAGEREF _Toc389161586 h 3HYPERLINK l _Toc3891615922.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果 PAGEREF _Toc389161592

7、h 4HYPERLINK l _Toc3891615973 結(jié)論 PAGEREF _Toc389161597 h 5HYPERLINK l _Toc389161598參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc389161598 h 7HYPERLINK l _Toc389161599致謝 PAGEREF _Toc389161599 h 8-. z.1引言1.1酯化反響綠色化改良酯化反響實(shí)驗(yàn)是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中較為重要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之一，然而許多酯化反響反響時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)本錢(qián)高，廢液排放多，反響物與產(chǎn)物難別離，酯產(chǎn)量低，不符合綠色化學(xué)的要求1,2。本文主要是針對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中乙酸乙酯的合成進(jìn)展綠色化研究，從簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)入

8、手，在簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)中研究討論綠色化的實(shí)驗(yàn)方法，為其它酯化反響提供一切綠色化依據(jù)。1.2 乙酸乙酯合成方法的改良和意義乙酸乙酯的合成實(shí)驗(yàn)是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中重要的實(shí)驗(yàn)之一，通過(guò)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)我們既掌握了酯化反響的反響機(jī)理，又熟悉了分液萃取等別離方法。同時(shí)，由于乙酸乙酯是一種常用的工業(yè)溶劑，所以它在工業(yè)生產(chǎn)中用途廣泛，尤其是在食品工業(yè)、紡織工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。此外，乙酸乙酯還被用于生產(chǎn)乙酸纖維樹(shù)脂、涂料及合成橡膠等。隨著經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展，乙酸乙酯的總需求量在我國(guó)明顯上升。所以改良乙酸乙酯的合成方法勢(shì)在必行?，F(xiàn)行教材中以濃硫酸為催化劑，以無(wú)水乙醇和冰醋酸為反響物，合成乙酸乙酯。由于濃硫酸具有較強(qiáng)的氧化性和腐蝕性，使反響

9、物易碳化，再加上副反響多，反響物與生成物別離困難，使反響產(chǎn)率較低。另外，隨之產(chǎn)生的廢液也較多，不符合綠色化學(xué)的要求。近幾年來(lái)，有許多關(guān)于乙酸乙酯合成實(shí)驗(yàn)的探討，有使用固體鹽3作催化劑，有使用、作催化劑4,還有使用雜多酸等作催化劑催化合成乙酸乙酯的報(bào)道57,但這些催化劑都是均相催化劑，易溶于反響物或水8,9，反響后處理較困難。而本文以耐水固體酸為多相催化劑10,以無(wú)水硫酸鎂為吸水劑，合成乙酸乙酯時(shí)，水洗一次就可以除去酯中少量未反響的冰醋酸和無(wú)水乙醇，生成的水又可以被無(wú)水硫酸鎂吸收，最后通過(guò)過(guò)濾就可以別離并回收催化劑和吸水劑，充分表達(dá)了綠色化學(xué)的思想。2 乙酸乙酯綠色化改良的實(shí)驗(yàn)研究2.1傳統(tǒng)乙酸

10、乙酯的合成實(shí)驗(yàn)原理冰醋酸和無(wú)水乙醇在濃硫酸催化的條件下生成乙酸乙酯的反響方程式如下： 試劑和儀器3.6 mL冰醋酸，5.7 mL 95%乙醇，濃硫酸，飽和氯化鈣溶液，飽和碳酸鈉溶液，飽和氯化鈉溶液，無(wú)水硫酸鎂，50 mL三頸燒瓶，滴液漏斗，溫度計(jì)，直形冷凝管，接引管，錐形瓶，pH試紙, FA2004B電子分析天平。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程在50 mL三頸燒瓶中，參加2.5 mL乙醇，搖動(dòng)并慢慢參加3 mL濃硫酸，混勻后，參加幾粒沸石。三頸燒瓶一側(cè)插入溫度計(jì)使溫度計(jì)的水銀球浸入液面以下，中間安裝滴液漏斗，另一側(cè)連接蒸餾裝置，漏斗末端浸入液面以下并距瓶底23 mm。儀器安裝完畢后，在滴液漏斗內(nèi)參加3.6 mL冰

11、醋酸和3.2 mL乙醇的混合液，先向瓶中滴入1.52 mL，然后在石棉網(wǎng)上用小火加熱三頸燒瓶，當(dāng)體系溫度為115125 時(shí)，蒸餾管口有液體流出，再自滴液漏斗慢慢滴入其余的混合液，控制滴加速度和餾出速度大致相等，并維持反響液溫度在該溫度*圍內(nèi)。滴加完畢，繼續(xù)蒸餾直至無(wú)液體蒸出，即可得到含有乙酸乙酯的粗產(chǎn)物。餾出液中含有乙酸乙酯及少量乙醇、乙醚、水和醋酸，慢慢向餾出液中參加飽和碳酸鈉溶液，并連續(xù)振蕩，至沒(méi)有二氧化碳逸出，酯層對(duì)pH試紙?jiān)囼?yàn)呈中性。然后轉(zhuǎn)入分液漏斗中，充分振蕩后靜置，分去水層。酯層分別用2.5 mL飽和食鹽水、飽和氯化鈣溶液洗滌。棄去下層液，酯層自漏斗上口倒入一個(gè)枯燥的錐形瓶中，用0

12、.5 g無(wú)水硫酸鎂枯燥1 h。將枯燥好的粗乙酸乙酯進(jìn)展蒸餾，收集7378 的餾分，產(chǎn)量2.75 g,產(chǎn)率為50.2%。 少SO4無(wú)水硫酸鎂為吸水劑， 實(shí)驗(yàn)裝置裝 置 12.2 改良后乙酸乙酯的合成 實(shí)驗(yàn)原理冰醋酸和無(wú)水乙醇在為催化劑、無(wú)水為吸水劑的條件下生成乙酸乙酯的反響方程式如下： 試劑和儀器3.6 mL冰醋酸，5.7 mL 95%乙醇，濃硫酸，8%氨水，四氯化錫，濃鹽酸，硫酸鋁，無(wú)水硫酸鎂，50 mL圓底燒瓶，滴液漏斗，溫度計(jì)，直形冷凝管，接引管，錐形瓶，pH試紙，布氏漏斗，F(xiàn)A2004B電子分析天平。 催化劑耐水固體酸的制備參照文獻(xiàn)11制得的具體步驟為：在通風(fēng)情況下，將0.1 mol固體

13、四氯化錫在20 mL濃鹽酸中溶解，然后加蒸餾水稀釋至200 mL。再將0.1 mol固體硫酸鋁參加到上述四氯化錫溶液中，不斷攪拌，同時(shí)慢慢滴加8%的氨水到溶液pH=8。在室溫下陳化放置24小時(shí)，用布氏漏斗抽濾，用蒸餾水洗滌沉淀幾次，直至無(wú)氯離子檢出。將沉淀物在坩堝中枯燥，在500焙燒大約三小時(shí)，冷卻至室溫后研碎，即可得到固體酸。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程在50 mL的圓底燒瓶中，參加3.6 mL冰醋酸，5.7 mL 95%乙醇，搖動(dòng)并慢慢參加1.0 g制備好的耐水固體酸使混合均勻，水浴加熱回流30 min,稍微冷卻，再參加適量無(wú)水硫酸鎂，繼續(xù)加熱回流。待反響完畢后，冷卻至室溫，將混合液過(guò)濾即可別離回收固體催化

14、劑和無(wú)水硫酸鎂，有機(jī)層水洗兩次，再用0.5 g無(wú)水硫酸鎂枯燥1 h，進(jìn)展蒸餾，收集7378 的餾分，即為乙酸乙酯粗產(chǎn)品，產(chǎn)量3.2 g,產(chǎn)率為58.1%。 實(shí)驗(yàn)裝置 裝 置 2裝 置2 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 不同催化劑對(duì)酯化反響的影響固定冰醋酸用量為3.6 mL、95%乙醇5.7 mL，選用不同的催化劑，控制反響溫度9296，回流反響1.5 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。表1催化劑的改變對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)率的影響催化劑催化劑用量產(chǎn)率/%濃硫酸3mL50.2耐水固體酸1.0 g58.1由表1可知，利用改良后的催化劑，產(chǎn)率明顯提高。 醇酸摩爾比對(duì)酯化反響的影響固定冰醋酸用量為0.1 mol，催化劑1.0 g，無(wú)水1.4

15、g, 改變醇酸摩爾比,控制反響溫度9296，回流反響1.5 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。表2醇酸摩爾比對(duì)產(chǎn)率的影響醇酸摩爾比1:1.01:1.11:1.31:1.51:2.0產(chǎn)率/%62.167.963.161.052.9由表2可知，當(dāng)醇酸摩爾比增大時(shí)，產(chǎn)率先增大后減??；當(dāng)醇酸摩爾比為1:1.1時(shí)，產(chǎn)率最高；而醇酸摩爾比大于1:1.1時(shí)，產(chǎn)率降低，這可能是由于無(wú)水乙醇過(guò)多，導(dǎo)致冰醋酸濃度較低，可見(jiàn)，適宜的醇酸摩爾比為1:1.1。 吸水劑用量對(duì)酯化反響的影響固定冰醋酸用量為0.1 mol，95%乙醇為0.11 mol,催化劑1.0 g，改變無(wú)水的用量,控制反響溫度9296，回流反響1.5 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)

16、表3。表3吸水劑用量對(duì)產(chǎn)率的影響吸水劑用量g0.70.91.42.03.0產(chǎn)率%55.064.071.172.074.9由表3可知，產(chǎn)率隨吸水劑用量的增加而增大；當(dāng)吸水劑用量為1.4 g時(shí)，產(chǎn)率超過(guò)70%，當(dāng)吸水劑用量為3.0g時(shí)，產(chǎn)率將近75%；由于吸水劑除了吸收生成的水之外，還會(huì)帶走少量的反響物，因此吸水劑用量不宜太多，適宜的量為1.4 g。 反響時(shí)間對(duì)酯化反響的影響固定冰醋酸用量為0.1 mol，95%乙醇為0.11 mol,催化劑1.0 g，無(wú)水1.4 g,控制反響溫度9296，在不同時(shí)間下計(jì)算反響產(chǎn)率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。表4反響時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響反響時(shí)間h0.51.01.52.03.03

17、.54.05.0產(chǎn)率%42.558.170.578.880.282.676.257.3由表4可知，產(chǎn)率隨反響時(shí)間的延長(zhǎng)先增大后減小，但反響時(shí)間太長(zhǎng)時(shí)，不適合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，因此反響時(shí)間為3.5 h最為適宜。3 結(jié)論3.1 通過(guò)實(shí)驗(yàn)比擬，合成乙酸乙酯的最正確實(shí)驗(yàn)條件為：醇酸比為1:1.1，選用95%的乙醇為原料，催化劑1.0 g，無(wú)水1.4 g，反響溫度9296，回流反響3.5 h，該實(shí)驗(yàn)采用回流裝置 。3.2 以冰醋酸和95%無(wú)水乙醇為原料，耐水固體酸為催化劑，無(wú)水硫酸鎂為吸水劑，反響1小時(shí)下，酯化率明顯提高了。說(shuō)明耐水固體酸為催化劑，無(wú)水硫酸鎂為吸水劑有更大的選擇性、更高的產(chǎn)率。3.3 與濃硫酸相

18、比，耐水固體酸反響前后均為固體，實(shí)驗(yàn)完畢時(shí)直接濾出，可簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間。3.4 耐水固體酸在反響過(guò)程中不僅不發(fā)生廢酸污染，而且可重復(fù)使用。催化劑和吸水劑MgSO4的混合物不需要?jiǎng)e離經(jīng)高溫焙燒就可以循環(huán)使用，極大的降低了實(shí)驗(yàn)本錢(qián)，減少了對(duì)環(huán)境的污染，從根源上到達(dá)減少污染的目的，實(shí)現(xiàn)了綠色化學(xué)。參考文獻(xiàn)1*榮莉，沈鳳翠在工科高校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)綠色化教學(xué)J高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2011，4: 43442楊延梅提倡綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革J高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2011，2: 343聞質(zhì)紅，*巖實(shí)驗(yàn)室合成乙酸乙酯的新探索J*鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，22(2)：30-324唐寶華乙酸乙酯的綠色合成研究J化學(xué)工程與裝備，2010，7: 35365曹 玲，李學(xué)琴，孟憲鋒，等乙酸乙酯制備實(shí)驗(yàn)的綠色化改良J化學(xué)教育，2010，1: 62636楊秀英，余天桃，付廣云乙酸乙酯制備實(shí)驗(yàn)的改良J中國(guó)教育技術(shù)裝備，2003，7: 16 177蔣 維，莫桂娣自制雜多酸催化劑用于半微