酯化反應(yīng)實驗綠色化改進的研究報告

1、-PAGE . z.晉 中 學(xué) 院 本科畢業(yè)論文設(shè)計題 目 酯化反響實驗綠色化 改良的研究 院 系 化學(xué)化工學(xué)院 專 業(yè) 化學(xué) 姓 名 邢美玲 學(xué) 號 1009111141 學(xué)習(xí)年限 2010年9月至2014年7月 指導(dǎo)教師 *愛華 副教授 申請學(xué)位 理學(xué)學(xué)士學(xué)位 2014年5月26日酯化反響實驗綠色化改良的研究學(xué)生*：邢美玲指導(dǎo)教師：*愛華摘要：酯化反響實驗是有機化學(xué)實驗中重要的實驗之一，主要是通過研究典型的乙酸乙酯的合成，從實驗裝置和催化劑兩方面進展研究改良，從而到達綠色化改良的目的。傳統(tǒng)的實驗以濃硫酸為催化劑，酯化率較低，改良后的實驗以為催化劑，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，可以有效的實現(xiàn)綠色化的實驗理念，同時也可以激發(fā)我們大學(xué)生的創(chuàng)新意識和綠色化學(xué)的意識。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驗研究 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實驗結(jié)果 PAGEREF _Toc389161592

7、h 4HYPERLINK l _Toc3891615973 結(jié)論 PAGEREF _Toc389161597 h 5HYPERLINK l _Toc389161598參考文獻 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驗是化學(xué)實驗中較為重要的實驗內(nèi)容之一，然而許多酯化反響反響時間長，實驗本錢高，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。本文主要是針對有機化學(xué)實驗中乙酸乙酯的合成進展綠色化研究，從簡單實驗入

8、手，在簡單實驗中研究討論綠色化的實驗方法，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驗是有機化學(xué)實驗中重要的實驗之一，通過做這個實驗我們既掌握了酯化反響的反響機理，又熟悉了分液萃取等別離方法。同時，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)乙酸纖維樹脂、涂料及合成橡膠等。隨著經(jīng)濟的開展，乙酸乙酯的總需求量在我國明顯上升。所以改良乙酸乙酯的合成方法勢在必行。現(xiàn)行教材中以濃硫酸為催化劑，以無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，有許多關(guān)于乙酸乙酯合成實驗的探討，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,以無水硫酸鎂為吸水劑，合成乙酸乙酯時，水洗一次就可以除去酯中少量未反響的冰醋酸和無水乙醇，生成的水又可以被無水硫酸鎂吸收，最后通過過濾就可以別離并回收催化劑和吸水劑，充分表達了綠色化學(xué)的思想。2 乙酸乙酯綠色化改良的實驗研究2.1傳統(tǒng)乙酸

10、乙酯的合成實驗原理冰醋酸和無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，無水硫酸鎂，50 mL三頸燒瓶，滴液漏斗，溫度計，直形冷凝管，接引管，錐形瓶，pH試紙, FA2004B電子分析天平。 實驗過程在50 mL三頸燒瓶中，參加2.5 mL乙醇，搖動并慢慢參加3 mL濃硫酸，混勻后，參加幾粒沸石。三頸燒瓶一側(cè)插入溫度計使溫度計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，當體系溫度為115125 時，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，至沒有二氧化碳逸出，酯層對pH試紙試驗呈中性。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枯燥的錐形瓶中，用0

12、.5 g無水硫酸鎂枯燥1 h。將枯燥好的粗乙酸乙酯進展蒸餾，收集7378 的餾分，產(chǎn)量2.75 g,產(chǎn)率為50.2%。 少SO4無水硫酸鎂為吸水劑， 實驗裝置裝 置 12.2 改良后乙酸乙酯的合成 實驗原理冰醋酸和無水乙醇在為催化劑、無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，無水硫酸鎂，50 mL圓底燒瓶，滴液漏斗，溫度計，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，同時慢慢滴加8%的氨水到溶液pH=8。在室溫下陳化放置24小時，用布氏漏斗抽濾，用蒸餾水洗滌沉淀幾次，直至無氯離子檢出。將沉淀物在坩堝中枯燥，在500焙燒大約三小時，冷卻至室溫后研碎，即可得到固體酸。 實驗過程在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，將混合液過濾即可別離回收固體催化

14、劑和無水硫酸鎂，有機層水洗兩次，再用0.5 g無水硫酸鎂枯燥1 h，進展蒸餾，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%。 實驗裝置 裝 置 2裝 置2 2.3 實驗結(jié)果 不同催化劑對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，實驗結(jié)果見表1。表1催化劑的改變對實驗產(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，實驗結(jié)果見表2。表2醇酸摩爾比對產(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，當醇酸摩爾比增大時，產(chǎn)率先增大后減??；當醇酸摩爾比為1:1.1時，產(chǎn)率最高；而醇酸摩爾比大于1:1.1時，產(chǎn)率降低，這可能是由于無水乙醇過多，導(dǎo)致冰醋酸濃度較低，可見，適宜的醇酸摩爾比為1:1.1。 吸水劑用量對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，改變無水的用量,控制反響溫度9296，回流反響1.5 h，實驗結(jié)果見

16、表3。表3吸水劑用量對產(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；當吸水劑用量為1.4 g時，產(chǎn)率超過70%，當吸水劑用量為3.0g時，產(chǎn)率將近75%；由于吸水劑除了吸收生成的水之外，還會帶走少量的反響物，因此吸水劑用量不宜太多，適宜的量為1.4 g。 反響時間對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，無水1.4 g,控制反響溫度9296，在不同時間下計算反響產(chǎn)率，實驗結(jié)果見表4。表4反響時間對產(chǎn)率的影響反響時間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)率隨反響時間的延長先增大后減小，但反響時間太長時，不適合實驗教學(xué)，因此反響時間為3.5 h最為適宜。3 結(jié)論3.1 通過實驗比擬，合成乙酸乙酯的最正確實驗條件為：醇酸比為1:1.1，選用95%的乙醇為原料，催化劑1.0 g，無水1.4 g，反響溫度9296，回流反響3.5 h，該實驗采用回流裝置 。3.2 以冰醋酸和95%無水乙醇為原料，耐水固體酸為催化劑，無水硫酸鎂為吸水劑，反響1小時下，酯化率明顯提高了。說明耐水固體酸為催化劑，無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，實驗完畢時直接濾出，可簡化實驗過程，節(jié)省實驗時間。3.4 耐水固體酸在反響過程中不僅不發(fā)生廢酸污染，而且可重復(fù)使用。催化劑和吸水劑MgSO4的混合物不需要別離經(jīng)高溫焙燒就可以循環(huán)使用，極大的降低了實驗本錢，減少了對環(huán)境的污染，從根源上到達減少污染的目的，實現(xiàn)了綠色化學(xué)。參考文獻1*榮莉，沈鳳翠在工科高校有機化學(xué)實驗中實現(xiàn)綠色化教學(xué)J高校實驗室工作研究，2011，4: 43442楊延梅提倡綠色化學(xué)實驗，推動實驗教學(xué)改革J高校實驗室工作研究，2011，2: 343聞質(zhì)紅，*巖實驗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，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，等乙酸乙酯制備實驗的綠色化改良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驗的改良J中國教育技術(shù)裝備，2003，7: 16 177蔣 維，莫桂娣自制雜多酸催化劑用于半微