晋中学院
本科毕业论文（设计）
题目酯化反应实验绿色化
改进的研究
院系化学化工学院
专业化学
姓名邢美玲
学号1009111141
学习年限 2010年9月至2014年7月
指导教师张爱华副教授
申请学位理学学士学位
2014年5月26日
酯化反应实验绿色化改进的研究
学生姓名：邢美玲 指导教师：张爱华
摘 要： 酯化反应实验是有机化学实验中重要的实验之一，主要是通过研究典型的乙酸乙酯的合成，从实验装置和催化剂两方面进行研究改进，从而达到绿色化改进的目的。传统的实验以浓硫酸为催化剂，酯化率较低，改进后的实验以322O Al SnO 为催化剂，以硫酸镁为吸水剂合成乙酸乙酯，提高了反应产率。从传统装置改为微小的仪器装置，可以有效的实现绿色化的实验理念，同时也可以激发我们大学生的创新意识和绿色化学的意识。
关键词：酯化反应 乙酸乙酯 绿色化改进
The esterification reaction experiment
greening research
Author’s Name:Xing Meiling Tutor: Zhang Aihua
ABSTRACT：the esterification reaction experiment is one of the important experiment in organic chemistry experiment, this paper mainly through the study of the synthesis of ethyl acetate, typical from two aspects of experimental apparatus and catalyst study improved, so as to achieve the goal of greening to improve. traditional experiments with concentrated sulfuric acid as catalyst, the esterification rate is low, the improved experiment to tin oxide and aluminum oxide 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 experimental idea, at the same time also can inspire our students’ innovative consciousness and consciousness of green chemistry.
KEYWORDS：the esterification reaction ethyl acetate greening to improve
目录
1 引言 (1)
1.1 酯化反应绿色化改进 (1)
1.2 乙酸乙酯合成方法的改进和意义 (1)
2 乙酸乙酯绿色化改进的实验研究 (1)
2.1 传统乙酸乙酯的合成 (2)
2.2 改进后乙酸乙酯的合成 (3)
2.3 实验结果 (4)
3 结论 (5)
参考文献 (7)
致谢 (8)
1 引言
1.1 酯化反应绿色化改进
酯化反应实验是化学实验中较为重要的实验内容之一，然而许多酯化反应反应时间长，实验成本高，废液排放多，反应物与产物难分离，酯产量低，不符合绿色化学的要求[1,2]。本文主要是针对有机化学实验中乙酸乙酯的合成进行绿色化研究，从简单实验入手，在简单实验中研究讨论绿色化的实验方法，为其它酯化反应提供一切绿色化依据。
1.2 乙酸乙酯合成方法的改进和意义
乙酸乙酯的合成实验是有机化学实验中重要的实验之一，通过做这个实验我们既掌握了酯化反应的反应机理，又熟悉了分液萃取等分离方法。同时，由于乙酸乙酯是一种常用的工业溶剂，所以它在工业生产中用途广泛，尤其是在食品工业、纺织工业领域应用广泛。此外，乙酸乙酯还被用于生产乙酸纤维树脂、涂料及合成橡胶等。
随着经济的发展，乙酸乙酯的总需求量在我国明显上升。所以改进乙酸乙酯的合成方法势在必行。现行教材中以浓硫酸为催化剂，以无水乙醇和冰醋酸为反应物，合成乙酸乙酯。由于浓硫酸具有较强的氧化性和腐蚀性，使反应物易碳化，再加上副反应多，反应物与生成物分离困难，使反应产率较低。另外，随之产生的废液也较多，不符合绿色化学的要求。近几年来，有许多关于乙酸乙酯合成实验的探讨，有使用固体盐4NaHSO [3]作催化剂，有使用3FeCl 、2SnCl 作催化剂[4],还有使用杂多酸等作催化剂催化合成乙酸乙酯的报道[5–7],但这些催化剂都是均相催化剂，易溶于反应物或水
[8,9]，反应后处理较困难。而本文以耐水固体酸322O Al SnO 为多相催化剂[10],以无水硫酸镁为吸水剂，合成乙酸乙酯时，水洗一次就可以除去酯中少量未反应的冰醋酸和无水乙醇，生成的水又可以被无水硫酸镁吸收，最后通过过滤就可以分离并回收催化剂和吸水剂，充分体现了绿色化学的思想。
2 乙酸乙酯绿色化改进的实验研究
2.1 传统乙酸乙酯的合成
2.1.1实验原理
冰醋酸和无水乙醇在浓硫酸催化的条件下生成乙酸乙酯的反应方程式如下：COOH+CH3CH23COOCH2CH3+H2O
CH
2.1.2 试剂和仪器
3.6 mL冰醋酸，5.7 mL 95%乙醇，浓硫酸，饱和氯化钙溶液，饱和碳酸钠溶液，饱和氯化钠溶液，无水硫酸镁，50 mL三颈烧瓶，滴液漏斗，温度计，直形冷凝管，接引管，锥形瓶，pH试纸, FA2004B电子分析天平。
2.1.3 实验过程
在50 mL三颈烧瓶中，加入2.5 mL乙醇，摇动并慢慢加入3 mL浓硫酸，混匀后，加入几粒沸石。三颈烧瓶一侧插入温度计使温度计的水银球浸入液面以下，中间安装滴液漏斗，另一侧连接蒸馏装置，漏斗末端浸入液面以下并距瓶底2～3 mm。
仪器安装完毕后，在滴液漏斗内加入3.6 mL冰醋酸和3.2 mL乙醇的混合液，先向瓶中滴入1.5～2 mL，然后在石棉网上用小火加热三颈烧瓶，当体系温度为115～125 ℃时，蒸馏管口有液体流出，再自滴液漏斗慢慢滴入其余的混合液，控制滴加速度和馏出速度大致相等，并维持反应液温度在该温度范围内。滴加完毕，继续蒸馏直至无液体蒸出，即可得到含有乙酸乙酯的粗产物。
馏出液中含有乙酸乙酯及少量乙醇、乙醚、水和醋酸，慢慢向馏出液中加入饱和碳酸钠溶液，并连续振荡，至没有二氧化碳逸出，酯层对pH试纸试验呈中性。然后转入分液漏斗中，充分振荡后静置，分去水层。酯层分别用2.5 mL饱和食盐水、饱和氯化钙溶液洗涤。弃去下层液，酯层自漏斗上口倒入一个干燥的锥形瓶中，用0.5 g无水硫酸镁干燥1 h。将干燥好的粗乙酸乙酯进行蒸馏，收集73～78 ℃的馏分，产量2.75 g,产率为50.2%。
2.1.4 实验装置
2.2 改进后乙酸乙酯的合成
2.2.1 实验原理
冰醋酸和无水乙醇在322O Al SnO -为催化剂、无水4MgSO 为吸水剂的条件下生成乙酸乙酯的反应方程式如下：
CH 3COOH +CH 3CH 2OH CH 3COOCH 2CH 3+H 2O SnO 2-Al 2O 3MgSO 4
2.2.2 试剂和仪器
3.6 mL 冰醋酸，5.7 mL 95%乙醇，浓硫酸，8%氨水，四氯化锡，浓盐酸，硫酸铝，无水硫酸镁，50 mL 圆底烧瓶，滴液漏斗，温度计，直形冷凝管，接引管，锥形瓶，pH 试纸，布氏漏斗，FA2004B 电子分析天平。
2.2.3 催化剂耐水固体酸322O Al SnO -的制备
参照文献[11]制得322O Al SnO -的具体步骤为：在通风情况下，将0.1 mol 固体四氯化锡在20 mL 浓盐酸中溶解，然后加蒸馏水稀释至200 mL 。再将0.1 mol 固体硫酸铝加入到上述四氯化锡溶液中，不断搅拌，同时慢慢滴加8%的氨水到溶液pH=8。在室温下陈化放置24小时，用布氏漏斗抽滤，用蒸馏水洗涤沉淀几次，直至无氯离子检出。将沉淀物在坩埚中干燥，在500℃焙烧大约三小时，冷却至室温后研碎，即可得到固体酸322O Al SnO -。
2.2.4 实验过程
在50 mL 的圆底烧瓶中，加入3.6 mL 冰醋酸，5.7 mL 95%乙醇，摇动并慢慢加入1.0 g 制备好的耐水固体酸322O Al SnO -使混合均匀，水浴加热回流30 min,稍微装 置 1
冷却，再加入适量无水硫酸镁，继续加热回流。待反应结束后，冷却至室温，将混合液过滤即可分离回收固体催化剂322O Al SnO -和无水硫酸镁，有机层水洗两次，再用0.5 g 无水硫酸镁干燥1 h ，进行蒸馏，收集73～78 ℃的馏分，即为乙酸乙酯粗产品，产量3.2 g,产率为58.1%。
2.2.5 实验装置
2.3 实验结果
2.3.1 不同催化剂对酯化反应的影响
固定冰醋酸用量为3.6 mL 、95%乙醇5.7 mL ，选用不同的催化剂，控制反应温度92～96℃，回流反应1.5 h ，实验结果见表1。
表1催化剂的改变对实验产率的影响
催化剂
催化剂用量 产率/% 浓硫酸
3mL 50.2 耐水固体酸322O Al SnO - 1.0 g 58.1
由表1可知，利用改进后的催化剂322O Al SnO -，产率明显提高。
2.3.2 醇酸摩尔比对酯化反应的影响
固定冰醋酸用量为0.1 mol ，催化剂322O Al SnO - 1.0 g ，无水4MgSO 1.4 g, 改变醇酸摩尔比,控制反应温度92～96℃，回流反应1.5 h ，实验结果见表2。
表2醇酸摩尔比对产率的影响
装 置2
装 置 2
由表2可知，当醇酸摩尔比增大时，产率先增大后减小；当醇酸摩尔比为1:1.1时，产率最高；而醇酸摩尔比大于1:1.1时，产率降低，这可能是由于无水乙醇过多，导致冰醋酸浓度较低，可见，适宜的醇酸摩尔比为1:1.1。
2.3.3 吸水剂用量对酯化反应的影响
固定冰醋酸用量为0.1 mol ，95%乙醇为0.11 mol,催化剂322O Al SnO - 1.0 g ，改变无水4MgSO 的用量,控制反应温度92～96℃，回流反应1.5 h ，实验结果见表3。
表3吸水剂用量对产率的影响
由表3可知，产率随吸水剂用量的增加而增大；当吸水剂用量为1.4 g 时，产率超过70%，当吸水剂用量为3.0g 时，产率将近75%；由于吸水剂除了吸收生成的水之外，还会带走少量的反应物，因此吸水剂用量不宜太多，适宜的量为1.4 g 。
2.3.4 反应时间对酯化反应的影响
固定冰醋酸用量为0.1 mol ，95%乙醇为0.11 mol,催化剂322O Al SnO - 1.0 g ，无水4MgSO 1.4 g,控制反应温度92～96℃，在不同时间下计算反应产率，实验结果见表4。
表4反应时间对产率的影响
由表4可知，产率随反应时间的延长先增大后减小，但反应时间太长时，不适合实验教学，因此反应时间为3.5 h 最为合适。
3 结论
3.1 通过实验比较，合成乙酸乙酯的最佳实验条件为：醇酸比为1:1.1，选用醇酸摩尔比
1:1.0 1:1.1 1:1.3 1:1.5 1:2.0 产率/% 62.1 67.9 63.1 61.0 52.9
吸水剂用量∕g
0.7 0.9 1.4 2.0 3.0 产率∕% 55.0 64.0 71.1 72.0 74.9
反应时间∕h
0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 3.5 4.0 5.0 产率∕% 42.5 58.1 70.5 78.8 80.2 82.6 76.2 57.3
95%的乙醇为原料，催化剂322O Al SnO - 1.0 g ，无水4MgSO 1.4 g ，反应温度92～96℃，回流反应3.5 h ，该实验采用回流装置 。
3.2 以冰醋酸和95%无水乙醇为原料，耐水固体酸322O Al SnO -为催化剂，无水硫酸镁为吸水剂，反应1小时下，酯化率明显提高了。表明耐水固体酸322O Al SnO -为催化剂，无水硫酸镁为吸水剂有更大的选择性、更高的产率。
3.3 与浓硫酸相比，耐水固体酸322O Al SnO -反应前后均为固体，实验结束时直接滤出，可简化实验过程，节省实验时间。
3.4 耐水固体酸322O Al SnO - 在反应过程中不仅不发生废酸污染，而且可重复
使用。催化剂322O Al SnO -和吸水剂MgSO 4的混合物不需要分离经高温焙烧就可以循
环使用，极大的降低了实验成本，减少了对环境的污染，从根源上达到减少污染的目的，实现了绿色化学。
参考文献
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致谢
在我论文即将完成之际，标志着我四年的大学生活也即将结束。回想起这四年的大学生活，我的心久久不能平静，求学生涯在家人、师长、同学的大力支持和帮助下，走的艰辛却也收获颇多，在这里我想感谢那些陪伴我成长的人们。
首先，我真诚的感谢我的论文指导老师张爱华老师，感谢张老师对我论文的悉心指导，从论文选题到论文写作，她都给予了我真诚的鼓励、中肯的建议和细心的指导。她严谨的治学作风以及认真负责的工作态度给予了我深深的启示，促使我在论文写作中精益求精。师恩伟大，无以回报，张老师对我论文的辛勤指导，我感激不尽。
其次，感谢在大学四年的学习生活中，给予我谆谆教悔的所有老师们，谢谢你们曾经给予我帮助与教导，同时我也真诚的感谢晋中学院给我提供了一个发展自己的平台，我希望我的大学明天会更辉煌。我也再一次感谢在毕业论文中给予我帮助的所有老师和同学。
最后，我要感谢那些在我成长道路上扶持过我，指点过我的人们，感谢你们，因为你们，我的人生才充满乐趣。