氨基磺酸催化合成丁醛1,2-丙二醇縮醛

1、南京理工大學泰州科技學院畢業(yè)設計說明書(論文)作作 者者:林懷勤學學 號：號：0903580112學院學院(系系):化工學院專專 業(yè)業(yè):化學工程與工藝題題 目目:氨基磺酸催化合成丁醛 1,2-丙二醇縮醛指導者：指導者： 評閱者：評閱者： 2013 年 6 月顧焰波講師劉顯明講師畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文）中中文文摘摘要要 縮醛化合物是一類具有花香、果香或特殊香味的高檔新型香料，廣泛地用于人們消費的日用化工和食品工業(yè)中。本論文以氨基磺酸為催化劑，對以正丁醛和 1,2-丙二醇為原料合成丁醛 1,2-丙二醇縮醛進行了研究。較系統(tǒng)研究了醛醇摩爾比，氨基磺酸的用量，反應時間，帶水劑的用量等因

2、素對縮醛反應的影響，優(yōu)化了反應條件。實驗結(jié)果表明 ：取正丁醛為 0.2mol，醛醇摩爾比為 1:1.5，反應時間為 60min，催化劑的用量為 1g，帶水劑用量為 15mL 的條件下，得到產(chǎn)物的最高產(chǎn)率為 56.138%。進一步用紅外光譜儀和阿貝折光儀對產(chǎn)品進行分析，確定無色透明的液體是丁醛 1,2-丙二醇縮醛。關(guān)鍵詞 氨基磺酸 催化 因素 產(chǎn)品分析畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文）外外文文摘摘要要TitleTitle Synthesis of Butyraldehyde 1,2-propanediol Acetal Using Amino sulfonic Acid as Cataly

3、st AbstractAbstractAcetal Compounds were a class of flowers、fruit、or special high-grade new spices fragrance, widely used in people,s consumption daily chemical and food industry.In this paper, Butyraldehyde 1,2-propanediol acetal was synthesized from butyraldehyde and 1,2-propanediol in the presenc

4、e of Amino sulfonic acid as catalyst.The effects of molar ratio of aldehyde to alcohol, the amount of amino sulfonic acid, reaction time, and water carrying agent on product yield were studied, Then optimize the reaction conditions. The experimental results show that the butyraldehyde was 0.2mol, n(

5、aldehyde):n(1,2 - propanediol)=1:1.5, the water carrying agent was 15mL, the amount of catalyst was 1g,and reaction time 60 min. Finally the yield of the product reached 56.138%.Furth using infrared spectrometer and abbe refractometor to analyze product,determine the coloress transparent liquid was

6、Butyraldehyde 1,2-propanediol Acetal.Keywords Amino sulfamic acid Catalysis Factor Product analysis 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 4 頁 共 21 頁目 錄1 引引言言 .11.1 縮醛的傳統(tǒng)合成方法 .11.2 縮醛的前景和開發(fā).11.3 合成縮醛的反應機理.21.4 合成縮醛的多種催化劑 .21.5 產(chǎn)品的檢測和分析.41.6 本論文的研究內(nèi)容 .52 實驗部分.52.1 主要的實驗儀器和試劑.62.3 實驗步驟 .73 結(jié)果與討論 .93.1 各反應因素對丁醛 1,

7、2-丙二醇縮醛產(chǎn)率的影響 .93.2 最優(yōu)實驗條件的平行實驗.133.3 產(chǎn)品檢測.133.4 結(jié)論 .14結(jié)束語 .15致 謝 .16參 考 文 獻 .18 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 5 頁 共 21 頁1 1 引言引言縮醛是由醛、醇合成一類有機化合物。合成縮醛不僅彌補醛(酮)性質(zhì)不穩(wěn)定的缺點，同時較好地保留醛(酮)的芳香特性，在調(diào)香中應用日益擴大。醛、醇易發(fā)生親核加成反應，生成半縮醛化合物，半縮醛進一步脫水生成縮醛。半縮醛極其不穩(wěn)定，只能短暫存在，因而應用范圍狹窄?？s醛在弱酸的催化作用下易水解生成原來的醛和醇，但對堿穩(wěn)定，因而在有機合成常用來保護羰基?？s醛有令人

8、愉悅的芳香特性，廣泛地用于涂料、制藥、食品添加劑等工業(yè)中，也常作為特殊的反應溶劑。比如苯甲醛甘油縮醛有苦仁味的香氣，用于果仁的食用香精或口香糖中；檸檬醛二乙縮醛有新鮮地檸檬香味，可用于洗滌劑或者肥皂工業(yè)中；甲縮醛常用于殺蟲劑和清潔劑等家用產(chǎn)品的生產(chǎn)中。由此可見，研究和開發(fā)合成縮醛的簡便方法有很好的應用前景。1.11.1 縮醛的縮醛的傳統(tǒng)合成方法傳統(tǒng)合成方法合成縮醛的反應原料是一定比例的醛和醇，傳統(tǒng)方法中常用的催化劑是無機酸，如磷酸、硫酸、濃硝酸1等。質(zhì)子酸催化劑的優(yōu)點是價廉易得，但是存在很多缺點。傳統(tǒng)方法產(chǎn)生的副反應多 ，反應時間過長，后處理工藝繁瑣2。后階段需進行中和、水洗、干燥等過程,產(chǎn)生

9、大量的酸性廢水會造成環(huán)境污染和腐蝕設備。因此，我們研究出具有性質(zhì)穩(wěn)定、可循環(huán)利用、后處理過程簡單的新型催化劑，對縮醛的工業(yè)生產(chǎn)有一定的指導意義。1.21.2 縮醛的前景和開發(fā)縮醛的前景和開發(fā)縮醛化合物性能穩(wěn)定，香味持久，具有香氣種類多和擴散能力強的特點，從而被用作食品、煙草、化妝品的工業(yè)原料。近年來研究3發(fā)現(xiàn)，環(huán)狀縮醛在光和自由基引發(fā)劑存在下，與一些特殊官能團的烯烴發(fā)生自由基加成反應，能夠制備出常規(guī)方法難以制備的酯類化合物，進一步拓展了縮醛類化合物的應用領(lǐng)域。此外，通過大量地化學實驗發(fā)現(xiàn)了很多新型的催化劑如氨基磺酸、維生素 C、磺化聚氯乙烯、二氧化鈦負載磷鎢鉬雜多酸、可膨脹石墨4等。這些催化劑

10、可以重復使用，縮短反應時間，提高收率，更好地保護環(huán)境，越來越受大家的歡迎。1.31.3 合成縮醛的反應機理合成縮醛的反應機理 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 6 頁 共 21 頁本實驗主要采用的方法是以正丁醛和 1，2-丙二醇為原料，在氨基磺酸的催化作用下得到相應的縮醛。丁醛分子中含有羰基，其中的碳顯較強的正電性。醇中的氧含有孤立電子，主動進攻 羰基的碳形成半縮醛。半縮醛作為中間產(chǎn)物，很快發(fā)生脫水縮合形成縮醛。合成縮醛為可逆反應且產(chǎn)物有水產(chǎn)生，需要用帶水劑及時地移除水，促進反應向合成縮醛的方面進行；若反應溶液中存在弱酸則促進縮醛水解為原先的醛和醇。方程式如下：CH3CH2

11、CH2CHO+CH2OHCHOHCH3NH2SO3H+H2O1.41.4 合成縮醛的多類催化劑合成縮醛的多類催化劑1.4.1 路易斯酸路易斯酸是（Lewis Acid，LA）是指電子接受體，可看作形成配位鍵的中心體。相對而言，可以提供電子對的是路易斯堿，在有機反應中作為親核試劑。三氯化鐵是最常見的路易斯酸，價廉易得。劉彩華，于心玉5等，對三氯化鐵催化合成甘油類縮醛(酮)進行研究，在實驗中取0.12mol丙三醇與0.1mol的十種醛(酮)如環(huán)已酮、苯甲醛、丁酮、正丁醛等反應，反應時間為2h，三氯化鐵取0.2g，轉(zhuǎn)化率高達90%，選擇性達95%以上。而且三氯化鐵可回收，重復多次使用，產(chǎn)品仍有很高的

12、收率。彭紅陽6等，用FeCl36H2O合成環(huán)已酮乙二醇縮酮,環(huán)已烷作帶水劑，催化劑的用量為2.5g/mol(酮)，反應進行90min,產(chǎn)品收率達88.4%。1.4.2 雜多酸雜多酸應用廣泛，對?；磻?、酯化反應7、重排反應、氧化反應等多種類型的有機合成反應都有很好的催化效果。同時，雜多酸具有高質(zhì)子酸性、來源豐富、催化活性高、后處理簡單的優(yōu)點，拓寬了應用領(lǐng)域。目前又研發(fā)新結(jié)構(gòu)的雜多酸，磷鎢鉬雜多酸摻雜聚苯胺、活性炭負載磷鎢酸、磷鎢酸/硅膠等。高飛8等，自制磷鎢鉬雜多酸摻雜聚苯胺催化劑成功地利用了聚苯胺的摻雜作用，擴大了雜多酸的比表面積，同時又提高整體的穩(wěn)定性。反應條件為：醛醇摩爾比為 1:1.

13、6，回流反應60min,催化劑的量為反應物料總質(zhì)量的 1.2%，丁醛 1,2-丙二醇縮醛收率可達95.6%，而且工藝流程簡單，無廢酸排放，可以很好的保護環(huán)境?？讜?等，通過溶膠-凝膠法，將磷鎢酸負載在硅膠上，擴大了比表面積，提高了整體的催化活性和疏水性能。反應原料丁醛和 1，2-丙二醇摩爾比為 1:1.6，加 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 7 頁 共 21 頁入催化劑的量為反應物總量的 0.5%，帶水劑環(huán)已烷 6mL,最終收率可達 78.5%。黃玲，鄭靜10等,制備了磷鎢酸摻雜聚苯胺催化劑，用 0.2mol 乙二醇和 0.1mol 丁酮，反應2.5h，得到丁酮乙二醇縮

14、酮的收率為 67.2%。因此，雜多酸在縮醛反應中有較高的催化性能。1.4.3 分子篩和沸石分子篩來源廣泛，一般由化工廠提供原粉，利用離子化合物在一定的溫度和濃度下進行活化，可制的多種型號的分子篩，有 HY 型、CaY 型、NiY 篩等。王存德11等，研究發(fā)現(xiàn) HY 型分子篩合成縮醛，比其它 Y 型分子篩有更高的催化活性。實驗中加入 0.2mol 環(huán)已酮和 0.3mol 乙二醇，1.5g 的 HY 型分子篩，回流反應 90min，最終環(huán)已酮乙二醇縮酮的收率達 99.8%。沸石以特殊的酸性和擇形性12在合成縮醛中表現(xiàn)出很好的催化活性。劉采華，何鳴元13等，自制 HMCM-22 沸石分子篩催化多種醛

15、(酮)與乙二醇，結(jié)果表明：n(醛)：n(乙二醇)=1:1.2，催化劑用量為 2g/mol 醛，反應 120min,縮醛的轉(zhuǎn)化率可達 95%以上，選擇性可達 99%以上。1.4.4 固體超強酸固體超強酸是典型的環(huán)境友好型催化劑，具有較好的催化酯化活性。楊水金14等，以固體超強酸 SO42-/TiO2-MoO3作為催化劑，其中 TiO2作為氧化物載體，MoO3作為促進劑，促進固體超強酸的催化性能。整個實驗需要先制備催化劑，再回流反應，最后進行簡單的后處理操作。實驗中加入一定量的固體超強酸 SO2-4/TiO2-MoO3，再量取丁醛 18.0mL 和 1,2-丙二醇 21.9mL,環(huán)己烷 8mL，回

16、流反應 45min，產(chǎn)物的收率為 87.5%。對于固體超強酸吸附于不同的載體和促進劑，又研究了很多改良型固體超強酸。王俊麗15等，研究出 S2O82-/ZrO2型固體超強酸，以 ZrO2氧化物載體，吸附，解離后產(chǎn)生質(zhì)子酸中心。不同的烘焙溫度對催化劑的活性有影響，固體超強酸 S2O82-/ZrO2的最佳的烘焙溫度為 550。最佳合成條件為:醛醇摩爾比為 1:1.4，加入 8mL的帶水劑，回流反應 50min，得到苯甲醛乙二醇縮醛的最高收率為 92.9%。1.4.5 甲基磺酸鹽甲基磺酸與鹵化物反應在特定的條件下反應，可以得到相應的甲基磺酸鹽。田春良，彭安順16研究發(fā)現(xiàn)三種常用的甲基磺酸鹽可以作為合

17、成苯甲醛縮乙二醇良好的催化劑，收率均達 78%以上。實驗中取 n醛（酮）:n乙二醇:n催化劑為1mol:1.5mol:0.016mol,回流反應 90min，由此可見甲基磺酸用量少，但是催化效果 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 8 頁 共 21 頁明顯。1.4.6 維生素 C維生素的種類繁多，結(jié)構(gòu)復雜，對人體的成長起著重要的促進作用。維生素 C為無色的晶體，有很強的還原性。文瑞明，羅新湘17等人用維生素 C 催化合成環(huán)已酮縮乙二醇，產(chǎn)品的收率在 75%左右。實驗取環(huán)已酮與乙二醇的摩爾比為 1:1.3，維C 的用量為 0.3g，產(chǎn)品收率最高為 84.2%。使用維生素 C 作

18、為催化劑，具有安全環(huán)保、反應溫度低、時間短和后處理簡單的優(yōu)點。1.51.5 產(chǎn)品的檢測和分析產(chǎn)品的檢測和分析1.5.1 紅外光譜儀紅外吸收光譜又稱為分子振動轉(zhuǎn)動光譜，具有操作方便、樣品用量少、檢測速度快、分辨率高的優(yōu)點，因而廣泛應用于材料科學、高分子化學、日用化工、藥學等研究領(lǐng)域。紅外紅外光譜法可以根據(jù)光譜中吸收峰的位置和形狀來推斷未知物結(jié)構(gòu)，依照特征吸收峰的強度來測定混合物各組分的含量。1.5.2 阿貝折光儀阿貝折光儀可以直接測量液體的折光率，具有測量精密度高、重現(xiàn)性好、節(jié)省樣品用量等優(yōu)點。阿貝折光儀的工作原理就是當一束光從一種各向同性的介質(zhì)進入另一種各向同性的介質(zhì)，會發(fā)生光速改變和折射現(xiàn)象

19、。折光儀主要由反射鏡、測量鏡筒、棱鏡、加樣品孔、底座等組成。首先檢察儀器，第二步是進行加樣，閉合兩棱鏡，旋緊鎖鈕。接下來是對光，粗調(diào)，消色散，精調(diào)，讀數(shù)，儀器校正。儀器校正常用純水作為標準液體，再次測定得到平均值，將標準值與平均值比較，得到其校正值，同時需要畫出校正曲線。1.5.3 氣相色譜儀色譜法是一種由生物學中發(fā)展而來的分離手段。氣相色譜儀是以氣體作為流動相，具有高分離效能，檢測靈敏，分析快速等優(yōu)點，已廣泛的應用于大型的電子、化工、生物等方面。氣相色譜法是采用氣體作為流動相的一種色譜法，一般由五部分組成：載氣系統(tǒng)，進樣系統(tǒng)，色譜柱和柱箱，檢測系統(tǒng)，紀律及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；其中最重要的部分是色譜

20、柱，它決定色譜儀的分離性能。1.61.6 本論文的研究內(nèi)容本論文的研究內(nèi)容 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 9 頁 共 21 頁本論文以正丁醛和 1,2-丙二醇為反應原料，環(huán)已烷、甲苯、苯為帶水劑，在氨基磺酸的催化作用下發(fā)生反應合成丁醛 1,2-丙二醇縮醛。重點考查不同的醛醇摩爾比、氨基磺酸的用量、反應時間、環(huán)已烷的用量等反應因素，對產(chǎn)品收率的影響。接下來進行正交實驗，得到不同反應情況下的產(chǎn)品收率，進一步驗證得到合成丁醛1,2-丙二醇縮醛最佳的工藝條件。2 2 實驗部分實驗部分2.12.1 主要的實驗儀器與試劑主要的實驗儀器與試劑本實驗所用的主要實驗儀器見表 2.1表 2

21、.1 主要的實驗儀器名稱型號生產(chǎn)公司紅外分光光度計TJ270-30A天津市拓普儀器有限公司調(diào)溫電熱器500mL上海浦東新區(qū)電理儀器廠精密增力電動攪拌器JJ-1常州國華電器有限公司阿貝折光儀2WAJ上海馳騁光學儀器有限公司數(shù)顯恒溫水浴鍋HH-1常州國華電器有限公司電子天平HC2102慈溪市徐衡器實業(yè)有限公司本實驗所用的主要實驗試劑見表 2.2表 2.2 主要的化學試劑試劑名稱分子式相對分子質(zhì)量規(guī)格生產(chǎn)廠家氨基磺酸NH2SO3H97AR無錫市佳妮化工有限公司丁醛C4H8O72AR無錫市佳妮化工有限公司1,2-丙二醇C3H8O260AR國藥集團化學試劑有限公司氯化鈉NaCl58.5CR無錫市展望化工

22、試劑有限公司苯C6H678CR國藥集團化學試劑有限公司甲苯C7H892CR上?；瘜W試劑有限公司 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 10 頁 共 21 頁環(huán)已烷C6H1284AR上海中試化工總公司2.22.2 實驗實驗裝置圖裝置圖實驗時的裝置圖如圖 2.1 圖 2.1 實驗裝置圖增力電動攪拌機，量程 250溫度計，四口燒瓶，加熱套，鐵架臺，分水器，球形冷凝管2.32.3 實驗步驟實驗步驟2.3.1 具體步驟（1）清洗實驗所需的玻璃儀器，用吹風機吹干，按實驗要求安裝反應裝置。（2）用電子天平稱取一定量的氨基磺酸，加入到 250mol 的四口燒杯中，再用50mL 的量筒稱取一定量

23、的丁醛、1,2-丙二醇、環(huán)已烷，依次加入。（3）打開電動攪拌器的電源，使攪拌器的葉片張到最大以進行充分的攪拌，將轉(zhuǎn)速調(diào)到最適宜的轉(zhuǎn)速。（4）打開電熱套，調(diào)節(jié)電熱套的溫度，打開冷卻水進行冷卻回流。 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 11 頁 共 21 頁（5）記錄下反應過程，控制好電熱套的溫度，調(diào)節(jié)好分水器，使有機層能夠充分回流，反應物能充分反應。（6）反應結(jié)束后，停掉冷卻水，關(guān)閉攪拌器的電源，將燒瓶里面的液體冷卻到室溫。（7）使用抽濾機進行抽濾，將濾液瓶里的液體直接倒入分液漏斗中進行分液，用飽和食鹽水洗滌 2 次，將分液后得到的上層有機溶液倒入小燒杯中，再加入無水硫酸鎂進行

24、干燥。（8）將干燥后的物質(zhì)直接倒入單口燒瓶中，放入幾粒沸石，搭建蒸餾裝置，打開電熱套的電源，通入回流冷卻水，開始蒸餾。（9）慢慢打開電熱套，用小錐形瓶收集 135142的液體，液體為無色透明的帶有蘋果香味的縮醛，此液體即為產(chǎn)品。（10）用電子天平對產(chǎn)品進行稱量，算出收率。（11）最后拆下實驗裝置，清洗和吹干儀器，把儀器整齊的放到實驗柜中。（12）使用阿貝折光儀和紅外光譜儀對產(chǎn)品進行檢測。2.3.2 實驗現(xiàn)象搭建好裝置，開始反應時，四口燒瓶內(nèi)的液體為無色透明的反應原料，沉入燒瓶底的為少量的催化劑。溫度稍微上升點，催化劑會溶于反應溶劑中。溫度繼續(xù)升高時，反應瓶內(nèi)的液體劇烈沸騰，反應一段時間后，四口

25、燒瓶內(nèi)的液體會由白色變成淺黃色，最后又會轉(zhuǎn)變成橘黃色。這時候表明反應正在朝著反應物的方向進行，分水器里面不斷地有水產(chǎn)生，有機層不斷回流至反應燒瓶中，回流結(jié)束后再反應1020min，即可以停止反應。 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 12 頁 共 21 頁3 3 結(jié)果與討論結(jié)果與討論3.13.1 各實驗條件對丁醛各實驗條件對丁醛 1,2-丙二醇縮醛產(chǎn)率的影響丙二醇縮醛產(chǎn)率的影響3.1.1 醛醇摩爾比對丁醛 1,2-丙二醇縮醛產(chǎn)率的影響研究反應物的不同配比對產(chǎn)物產(chǎn)率的影響，實驗中用 50mL 的量筒取18.0mL(0.2mol)的正丁醛，1,2-丙二醇的量分別為 16.1mL(

26、0.2mol)、19.0mL(0.22mol)、21.9mL(0.30mol)、24.9mL(0.34mol)、27.8mL(0.38mol)。再往反應燒瓶內(nèi)加入 1g 的催化劑，15mL 的環(huán)已烷，回流反應 60min，得到表 3.1。表 3.1 醛醇摩爾比對縮醛產(chǎn)率的影響n 醛：n 醇（摩爾比） 縮醛產(chǎn)率/%1:1.0 26.6911:1.3 42.9621:1.5 56.1381.1.7 41.4621:1.9 36.038由表 3.1 可以看出，反應物 1,2-丙二醇的用量適度增加，產(chǎn)物的產(chǎn)率會增大。當醛醇摩爾比在 1:1.5 時，最利于反應的進行，再增加 1,2-丙二醇的用量時，產(chǎn)品

27、的收率反而降低。這是由于醛不但作為反應物，同時作為反應溶劑，適當增加用量有利于反應的進行，主要是增加了丁醛與 1,2-丙二醛分子的碰撞機會。但是過度增加 1,2-丙二醛的用量會稀釋反應體系，阻礙反應的進行。由上實驗數(shù)據(jù)分析，我們可以最佳工藝條件為 n（丁醛）:n（1,2-丙二醇）=1:1.5。3.1.2 氨基磺酸的用量對丁醛 1,2-丙二醇產(chǎn)率的影響為考查氨基磺酸的用量對反應體系的影響，用取丁醛 0.2mol，醛醇摩爾比為1:1.5，加入不同質(zhì)量的氨基磺酸固體，再加入 15mL 的帶水劑，在一定的溫度下回流反應 60min，實驗結(jié)果見表 3.2。表 3.2 催化劑的用量對縮醛產(chǎn)率的影響 催化劑

28、質(zhì)量/g 縮醛產(chǎn)率/% 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 13 頁 共 21 頁1.6 37.6921.4 43.7311.2 44.8421.0 56.138 0.8 41.538由實驗數(shù)據(jù)分析可知，氨基磺酸的用量過多或太少都不利于反應的進行。當催化劑的質(zhì)量為 1.0g 時，丁醛 1,2-丙二醇縮醛的產(chǎn)率達到最大值。催化劑用量偏少會提供較少的催化活性中心，催化效果不太明顯。同時，催化劑用量過多時，后處理過程中會殘留下來，甚至可能引發(fā)副反應，從而使產(chǎn)品的產(chǎn)率降低。因而，實驗時氨基磺酸的用量取 1.0g 為宜。3.1.3 不同反應時間對丁醛 1,2-丙二醇縮醛產(chǎn)率的影響攪拌時

29、間分別為 40min; 50min; 60min; 70min; 80min;取正丁醛(0.2mol)，1,2-丙二醇(0.3mol)，加入 1g 氨基磺酸固體，15mL 環(huán)已烷作帶水劑，再收集產(chǎn)品，計算產(chǎn)品的收率如表 3.3。表 3.3 反應時間對縮醛產(chǎn)率的影響反應時間 t/min 縮醛產(chǎn)率/% 40 35.34650 52.92360 56.13870 41.57780 23.231由表 3.3 可知，反應時間在 60min 的情況下，丁醛 1,2-丙二醇縮醛的產(chǎn)率達到最大值?？s短反應時間，反應物正丁醛和 1,2-丙二醇還未能反應完全，裝置的回流過程還沒有停止，產(chǎn)率會降低。但是，反應時間過

30、長可能會引發(fā)逆反應和副反應，導致產(chǎn)物中有過多的雜質(zhì)，也不利于反應的進行。由此可知，最佳的反應時間是60min。3.1.4 帶水劑的用量對丁醛 1,2-丙二醇縮醛產(chǎn)率的影響正丁醛和 1,2-丙二醇合成丁醛 1,2-丙二醇縮醛是可逆反應，反應過程中會有水的產(chǎn)生，因而需要在反應燒瓶中加入帶水劑，促使反應往產(chǎn)物的方面的進行。常用的帶水劑有苯、甲苯、正丁醇、戊烷等，但是其中環(huán)已烷毒性較低，沸點低，易于回收利用。在裝有 0.2mol 的正丁醛，n（丁醛）:n（1,2-丙二醇）=1:1.5，加入 1g 的氨基磺 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 14 頁 共 21 頁酸，最后加入不同量的

31、環(huán)已烷，回流反應 60min，得到丁醛 1,2-丙二醇縮醛的產(chǎn)率如表 3.4。表 3.4 帶水劑的用量對縮醛收率的影響帶水劑的用量/mL 縮醛產(chǎn)率/% 13 40.692 14 53.382 15 56.138 16 48.162 17 37.241由表 3.4 可知，隨著帶水劑用量的增加，丁醛 1,2-丙二醇縮醛的產(chǎn)率提高。主要的原因是環(huán)已烷及時帶出反應燒瓶內(nèi)產(chǎn)生的水，不斷回流，促進反應向有利的方向進行，減少了逆反應的發(fā)生。但是當環(huán)已烷的用量超過 15mL 后，產(chǎn)品的產(chǎn)率卻下降了?？赡苁怯捎诃h(huán)已烷用量過多，稀釋反應體系，從而阻礙反應的進行。為了提高產(chǎn)品的產(chǎn)率同時節(jié)省藥品，應該使用 V（環(huán)已烷

32、）=15mL。3.1.5 合成丁醛 1,2-丙二醇縮醛的正交實驗通過正交實驗可以快速、經(jīng)濟地得到對反應結(jié)果影響較大的變量因素。根據(jù)上述的單因素實驗，選擇醛醇摩爾比、催化劑的用量、帶水劑的用量、反應時間這四個重要的影響因素，每個因素選取產(chǎn)率最高的三個水平，列出四因素三水平的正交實驗表。詳細內(nèi)容見表 3.5 和表 3.6。表 3.5 正交設計的因素水平表水平A 酸醇摩爾比/molB 反應時間/minC 催化劑用量/gD 帶水劑用量/mL11:1.3501.01421:1.5601.21531:1.7701.416 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 15 頁 共 21 頁表 3.

33、6 正交實驗表由正交實驗表可以看出，DACB,帶水劑的用量和醛醇摩爾比對實驗產(chǎn)率的影響比較大，其次是催化劑的用量，最后是反應時間。進一步證明，實驗的最佳工藝序號ABCD縮醛產(chǎn)率/%實驗 1111142.615實驗 2122247.115實驗 3133344.204實驗 4212349.415實驗 5223145.315實驗 6231251.218實驗 7313248.739實驗 8321350.209實驗 9332144.932均值 144.64546.92348.01444.287均值 248.64947.54647.15449.024均值 347.64946.78546.08647.943

34、極差4.0040.7611.9284.737 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 16 頁 共 21 頁條件為醛醇摩爾比為 1:1.5，氨基磺酸的用量為 1.0g,環(huán)己烷 15mL，回流反應60min。3.2 最優(yōu)實驗條件的平行實驗由正交實驗的結(jié)果和討論中，確定實驗條件為：取正丁醛 0.2mol,醛醇摩爾比為1:1.5，環(huán)已烷 15mL，氨基磺酸的用量為 1g,回流反應 60min。三組平行實驗的結(jié)果如表 3.7。表 3.7 平行實驗表 實驗編號 1 2 3縮醛產(chǎn)率/% 52.191 53.798 53.561三組平行實驗的產(chǎn)率均高于 51.218%，符合正交實驗結(jié)果的要求，

35、取其平均值，得到最優(yōu)條件下，丁醛 1,2-丙二醇的產(chǎn)率為 53.183%。3.3 產(chǎn)品檢測3.3.1 產(chǎn)品折光率實驗室里常用 WZS1 型阿貝折射儀測量產(chǎn)品的折射率，根據(jù)所測得的折光率與文獻值相比較，可以確定無色透明的液體里面是否含有產(chǎn)品丁醛 1,2-丙二醇縮醛。先檢查折光儀，再校正折光率，平行測定三次后可以減少誤差。最終得到產(chǎn)品的折光率為 1.4141， （文獻值18為 1.4145） ，測得值與文獻值基本一致，證明合成的產(chǎn)物是丁醛 1,2-丙二醇縮醛。3.3.2 產(chǎn)品紅外光譜圖用膠頭滴管滴取微量的產(chǎn)品，采用溴化鉀壓片法，利用 TJ-30A 型紅外分光光度計得到產(chǎn)品的紅外光譜圖如下： 本本科

36、科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 17 頁 共 21 頁圖 3.1 丁醛 1,2-丙二醇縮醛的紅外光譜圖測得的譜圖與標準譜圖大致相同，一些重要的基團和官能團都能在光譜圖上顯示出來。從紅外光譜圖上面，在 2875cm-12966cm-1處存在強吸收峰，可以判斷出化合物中含有-CH2基團；位于 1123cm-1，1150cm-1處的吸收峰為 C-O-C 基團的伸縮振動，但未出現(xiàn)羥基和羰基吸收峰；而且在圖中出現(xiàn) 954cm-1及 970cm-1處的吸收峰得到化合物中存在 C-C-C 基團，最后在 1024cm-11193cm-1處出現(xiàn)的峰是縮醛特征吸收峰19。通過分析，可以得到實驗的產(chǎn)

37、品為丁醛 1,2-丙二醇縮醛。3.43.4 結(jié)論結(jié)論本論文研究的是以丁醛和 1,2-丙二醇縮醛為原料，環(huán)已烷為帶水劑，在氨基磺酸的催化作用下得到丁醛1,2-丙二醇縮醛。通過單因素實驗， 重點考察了醛醇摩爾比、催化劑的用量、反應時間、帶水劑的用量，對縮醛產(chǎn)率的影響。再進行正交實驗，發(fā)現(xiàn)兩者得到的最優(yōu)工藝條件相同。實驗表明,最佳反應條件為取丁醛為 0.2mol,n丁醛:n1,2-丙二醇=1:1.5，氨基磺酸的質(zhì)量為 1g,環(huán)已烷用量為 15mL,反應時間為 60min,縮醛收率達 53.183%。使用阿貝折光儀和紅外光譜儀對產(chǎn)品進行分析和檢測，兩者的結(jié)果都證明實驗得到無色透明的液體是丁醛 1,2-

38、丙二醇縮醛，并且?guī)в械奶O果香味。 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 18 頁 共 21 頁結(jié)束語結(jié)束語本論文研究的是以正丁醛和 1,2-丙二醇為原料，氨基磺酸催化合成丁醛1,2-丙二醇縮醛的最佳工藝條件，為香料工業(yè)化生產(chǎn)提供了一些依據(jù)。本論文盡可能考察所有的反應因素對縮醛產(chǎn)率的影響，但是由于實驗條件等各方面的影響，只是研究重要的四個反應影響因素，即醛醇摩爾比、氨基磺酸的用量、反應時間、環(huán)已烷的用量。綜合單因素實驗和正交實驗的結(jié)果，確定最佳的工藝條件為：取正丁醛 0.2mol，醛醇摩爾比為 1:1.5，氨基磺酸的用量為 1g，環(huán)已烷 15mL，回流反應 60min。再通過

39、三組平行實驗，測得縮醛的產(chǎn)率為 53.183%。實驗選取氨基磺酸作為催化劑，具有無毒無危害，催化性能好，反應時間短的優(yōu)點可作為合成丁醛 1,2-丙二醇縮醛的良好催化劑。 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 19 頁 共 21 頁致 謝經(jīng)過這段時間的精心準備，論文已接近尾聲，我要衷心地感謝顧焰波老師。從論文的選題、開題報告、查閱文獻、合成實驗等所有的工作，老師都以他嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和豐富的科學知識，不厭其煩地指出我們的錯誤，不斷地促進我們的進步。每次打印的粗稿時，老師都會用紅筆圈出其中的錯誤，就是連最微小的標點錯誤也不放過。從顧老師的身上，我更學到了樂觀的生活態(tài)度。一直感覺他是學

40、校里任務比較多的老師，每天都很忙著上課，開會，還要帶大批學生的畢業(yè)設計，但是老師每天都笑嘻嘻地精心點撥著我們的學業(yè)。以后等我走上工作崗位，我也要學習老師的“忙并快樂著”的態(tài)度，更快地融入企業(yè)的生產(chǎn)中。其次，我也要感謝張勤老師和朋友們。好多知心的朋友，陪著我來回跑實驗樓，陪著我一起做實驗，給我?guī)砹藲g樂。在實驗過程中，我們需要對產(chǎn)品進行分析和檢驗。張勤老師總是早上八點前趕到實驗室五樓，帶領(lǐng)我們做紅外光譜儀和阿貝折 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計說說明明書書（論論文文） 第 20 頁 共 21 頁光儀的實驗。每天，他都會跑幾趟實驗室，時刻強調(diào)安全問題，對同學的實驗進行指導。老師是高級工程師，他對任何化學儀器的操作都了解地非常清楚，對儀器的保護也特別地重視。我非常感謝張老師在我失落時讓同學給我送來安慰，在我馬虎大意時給我多次提醒，在我迷惑時給我指點迷津。盡管你說著一口地泰州方言，但我總覺著你的聲音是最好聽。每位老師都是偉大的，就像是紅燭，燃燒了自己卻照亮了學生