直接酯化法制备棕榈酸异丙酯工艺路线探讨

信阳师范学院学报(自然科学版)Journal of X inyang T eachers Co llege 第11卷　第3期　1998年7月(N atural Science Editi on)V o l.11N o.3.Jul.1998α

直接酯化法制备棕榈酸异丙酯工艺路线探讨井强山 王振海 王慎典

(信阳师范学院.河南.信阳464000)(郸城县教师进修学校.河南.周口477150) 摘　要　在直接酯化法制备棕榈酸异丙酯中利用苯—异丙醇—水三相混合物组成恒沸剂带

出水,同时以对甲苯磺酸替代浓硫酸作为催化剂使产率达到85%,且降低了对搅拌和设备防腐的

要求。

关键词　棕榈酸异丙酯;直接酯化法;恒沸剂;合成工艺;对甲苯磺酸

分类号　TQ225.24

最早的棕榈酸异丙酯是从天然油脂中提取出来的[1],到本世纪七、八十年代,合成棕榈酸异丙酯主要有以下几种方法:1.酰氯法:即脂肪酸和氯化亚砜作用后将产物在吡啶溶液中与异丙醇反应。存在的问题是需要尾气处理、整个系统的防腐要求高。21酰交换醇解法:缺陷为两步反应,产率较低。31直接酯化法[2]:这是目前棕榈酸异丙酯的主要工业生产方法,主要存在问题是这是一可逆反应、硫酸催化而引起碳化现象导致产率低。本文主要对直接酯化法制棕榈酸异丙酯的影响因素进行探索实验,寻找合理经济的合成工艺路线。

1直接酯化法的合成路线及工艺原理111反应原理　直接酯化反应式为

RCOOH+(CH3)2CHOHΩRCOOCH(CH3)2+H2O

从反应式上看,这是一酸催化可逆反应,优点是原料成本低、反应产物易分离、无需特殊的后处理。而目前直接酯化法生产的缺陷在于反应的可逆性使产率较低,以棕榈酸异丙酯计小于70%,浓硫酸催化对工业生产系统防腐要求较高。生产上亟待解决的问题是提高产率、降低对生产设备较高的防腐要求。

112　合成路线及工艺方法

用苯或甲苯与异丙醇及水组成恒沸剂带出反应生成的水使反应向有利于目的产物的方向移动,提高产物的收率。用对甲苯磺酸作催化剂,使产物的收率提高,简化后处理和降低对设备防腐能力的要求。

2　实验部分

211　实验药品及反应装置

211.1　实验药品　异丙醇、苯、甲苯、浓硫酸、对甲基苯磺酸(均为化学纯)、棕榈酸。211.2　实验装置　三颈瓶作反应器,中间孔装搅拌装置,一侧孔装温度计,另一侧孔连结分水器,分水器上连结循环水冷凝管,分水器的支管及三颈烧瓶的上部用玻璃布包好进行保温,用酒精灯进行空气浴加热。

212　配制三相恒沸剂

212.1　苯—异丙醇—水三相混合液　用量筒分别量取苯38m l,异丙醇11m l,水1m l倒入100m l广口瓶中摇匀。

212.2　甲苯—异丙醇—水三相混合液　用量筒分别量取甲苯21.3m l,异丙醇16.8m l,水3m l倒入100m l 广口瓶中摇匀备用。

213　合成棕榈酸异丙酯

213.1　对甲苯磺酸作催化剂,苯—异丙醇—水作恒沸剂　将10.3g(0.04mo l)棕榈酸,2g对甲苯磺酸置入三颈烧瓶中,用量筒量取异丙醇7.6m l,苯30m l一并倒入三颈烧瓶,装好反应装置,在分水器中加入苯—异丙醇—水三相混合液加至溢流口,装好冷凝装置,搅拌并加热回流,回流温度75～76℃,直至分水器中不再有水珠生成。停止加热和搅拌,放出分水器下层水相,再放出三相混合液(可循环使用),三颈烧瓶中产品冷却至室温待后处理。改变反应物配比、催化剂、恒沸剂的用量重复以上实验。

213.2　对甲苯磺酸作催化剂,甲苯—异丙醇—水作恒沸剂　反应步骤同213.1,回流温度84～86℃。213.3　浓硫酸作催化剂、苯—异丙醇—水作恒沸剂在100m l三颈烧瓶中加入苯40m l、异丙醇7. 6m l、分水器中加入苯—异丙醇—水恒沸剂至溢流口,

α

开动搅拌器并加热,向烧瓶中滴加浓硫酸1.5m l,滴加完毕后继续搅拌3分钟,待混合均匀后加入棕榈酸10. 3g回流,回流温度73℃,反应1h后停止加热。改变恒沸剂及反应物用量重复以上实验。

213.4　浓硫酸作催化剂、甲苯作恒沸剂　在三颈烧瓶中加入甲苯40m l,分水器中加入水略低于溢流口,开动搅拌器,滴加浓硫酸1.5m l加热回流,回流温度112℃直至分水器中水面不再上升。停止加热和搅拌,放出分水器中的水,冷却至50℃左右,向三颈烧瓶中加入异丙醇7.6m l、棕榈酸10.3g,分水器中加入甲苯—异丙醇—水三相液至溢流口,加热回流1h,回流温度90℃,至反应结束产品待后处理。

214产物的后处理

将上述反应产物先用水洗再用10%N a2CO3溶液

洗涤未反应完全的棕榈酸,然后再用清水洗涤至中性。进行常压蒸馏,蒸出苯(馏分温度为81℃)或甲苯(馏分温度为110℃)以循环利用。得到剩余物即粗酯。再将粗酯进行减压蒸馏,余压为0.27KPa时收集184～187℃的馏分即得精制的棕榈酸异丙酯[3]。

3结果与讨论

3.1　经过一系列探索性对比实验,综合考虑恒沸剂、催化剂等的影响,将平均产率分析列于表1。

312　恒沸剂及其与配比对产率和反应速度的影响用10.3g棕榈酸(0.04mo l),2g对甲苯磺酸作催化剂,用异丙醇与苯或甲苯作恒沸剂进行酯化反应,以观察不同恒沸剂配比对产率和反应速度的影响,结果见表2。

表1　平均产率对比情况分析表

物料1234棕榈酸(g)10.310.310.310.3异丙醇用量(m l)7.67.67.67.6

恒沸剂

苯(m l)200200

甲苯(m l)030030

催化剂

浓流酸(m l)001.51.5

对甲苯磺酸(g)2300处理方式经减压蒸馏精制减压蒸馏减压蒸馏常压蒸馏产量(g)10.410.29.211.9酸值(m g g)0.50.50.50.1皂化值(m g g)188.4188.8188.4172.5产率(%)86.78567.191.3

表2　恒温剂配比对速度与产率的影响

恒沸物配比(V:V)1:0.51:0.71:11:1.41:2.51:31:41:5

出水量

异丙醇:苯无无很少少量较多少量很少无异丙醇:甲苯无无无很少少量一般较多少量

出水速度滴 分

异丙醇:苯无无0.52.54.53.61.2无异丙醇:甲苯无无无0.32.03.25.03.5

由表2实验结果可以看出:在对甲苯磺酸作催化剂的棕榈酸与异丙醇的酯化反应中只有当异丙醇与苯的体积比大于1 1.4时才能有效地将水带出,而在比值达到1 2.5时,出水量达到最大,据反应原理可知此时产率也达到最大,此时以出水速度表示的反应速度也达到最大值。而异丙醇与甲苯的比值在1 4时出水量最多即反应最完全,速度也达到最大值。由此可以得出结论:当异丙醇 苯在1 2.5时,或异丙醇 甲苯在1 4时产率最大、反应速度也最快。而从平均产率表1中可知用苯作催化剂时产率较甲苯作催化剂时产率高。所以综合产率及恒沸剂的用量考虑,选择苯—异丙醇—水作恒沸剂较好。而实验表明当棕榈酸为0. 04mo l、异丙醇为0.1mo l苯为0.3mo l用2g的对甲苯磺酸作催化剂,反应时间为1h,产率达到83%。

292信阳师范学院学报(自然科学版)1998年7月