乙酸异戊酯(香蕉油)的合成---浓硫酸催化

乙酸异戊酯（香蕉油）的合成

---浓硫酸为催化剂

系别：应用化学系

班级：1004班

姓名：刘凯强

学号：2010080401

指导教师：黄健

浓硫酸催化乙酸异戊酯的合成

作者姓名：刘凯强

摘要：以异戊醇和冰乙酸为原料，采用浓硫酸作催化剂合成醋酸异戊酯。考察了催化剂用量原料配比和反应时间等因素对反应的影响。确定了浓硫酸作为催化剂的较优合成条件：酸醇摩尔比为1.0:1.1，催化剂用量为反应物料总体积的10％-15％，反应时间3.5h，反应温度110℃-130℃，最后以10％NaOH溶液中和，酯化率平均可达92.8％①。

关键词：浓硫酸，乙酸异戊酯，催化，合成。

引言

乙酸异戊酯为无色透明液体，具有强烈的果香味，有香蕉油的美称；天然存在于苹果、香蕉、梨、桃等水果中，可用作食品和化妆品香精，是我国GB2760—86规定允许使用的合成食用香料。工业上被用作喷漆、醇酸树脂、硝酸纤维素、油脂、印刷油墨等的溶剂，药品生产中的萃取剂,铬的测定和摄影、印染、铁、钴、镍的萃取剂等,是一种应用广泛的精细有机化工产品。这种用途广泛的有机化工产品在国内外具有广阔的需求市场。工业生产多采用乙酸和异戊醇为原料经催化酯化得到乙酸异戊酯。

该方法与传统合成方法用浓硫酸作为催化剂催化合成不同，在传统浓硫酸作催化剂的基础上改变催化剂的用量，醇酸物质的量比以及控制反应温度和反应时间，得到一种新的优化组合，使产率提高了13.8％，粗酯产率平均达92.8％，且小试产品质量达到了GB 6776-86 标准②。

使用浓硫酸作催化剂原料虽然廉价易得，但在酯化反应条件下，硫酸还具有脱水和氧化作用，从而导致反应中发生一系列的副反应，使反应产物中含有少部分的醚、硫酸酯、不饱和化合物和羰基化合物等，产品纯度低，色泽深，产率低，精制和回收困难，对必须严格符合卫生标准的食用香料更不利；该法还严重腐蚀设备，易造成三废污染。近年来以氨基磺酸③、杂多酸④、固体超强酸⑤和金属氯化物⑥等作酯化催化剂的研究常见报道。这些方法能一定程度上避免硫酸法的不足，但这些催化剂制备工序复杂或价格昂贵，很难工业化应用。

实 验 部 分

【实验目的】

⑴ 熟悉酯化反应原理，掌握乙酸异戊酯的制备方法；

⑵ 掌握带分水器的回流装置的安装与操作；

⑶ 熟悉液体有机物的干燥,熟悉分液漏斗的使用方法，掌握利用萃取与蒸馏精制液体物质的操作技术。

【实验原理】

乙酸异戊酯为无色透明液体，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。它是一种香精，因具有香蕉气味，又称为香蕉油。实验室通常采用冰醋酸和异戊醇在浓硫酸的催化下发生酯化反应来制取。反应式如下：

酯化反应是可逆的，本实验采取加入过量冰醋酸，并除去反应中生成的水，使反应不断向右进行，提高酯的产率。

生成的乙酸异戊酯中混有过量的冰醋酸、未完全转化的异戊醇、起催化作用的硫酸及副产物醚类，经过洗涤、干燥和蒸馏予以除去。

【仪器药品】

【实验试剂及产物的物理性质】

1、主要试剂:异戊醇(18mL)、冰醋酸(15mL)、硫酸(98％)、食盐水（饱和）、氢氧化钠溶液（10％）、硫酸镁（无水）、沸石

2、主要化合物的物理性质 异戊醇：无色液体，有刺激性的气味。分子量为88，熔点为-117.2 ℃，沸点为132.5℃，其密度0.81g∕ml 。微溶于水，可混溶于醇、醚。

环己烷：有汽油气味的无色流动性液体。分子量为84，熔点为6.5℃,沸点为80.7℃，其密度为0.7739 g/ml 。不溶于水，可与乙醇、乙醚、丙酮、苯等多种有机溶剂混溶。

乙酸异戊酯：无色透明液体，较强的新鲜果香，稍甜。分子量为CH 3C O

OH +HOCH 2CH 2CHCH 3CH 3H 2SO 4CH 3C O OCH 2CH 2CHCH 3CH 3+ H 2O

乙酸异戊醇乙酸异戊酯

130，熔点为-78℃，沸点为143℃，其密度为0.88g∕ml。不溶于水和甘油，可混溶于乙醇、乙醚、苯、乙酸乙酯、二硫化碳等多数有机溶剂。在弱酸性介质中尚稳定，在碱性介质中不稳定，不易变色。

【实验主要装置】

1、主要仪器：圆底烧瓶(100mL)、球形冷凝管、分水器、直形冷凝管、分液漏斗(100mL) 、量筒（50mL）、量筒（10ml）、温度计（200℃）、锥形瓶(100mL)、电热套、玻璃棒、烧杯（100ml)等

2、异戊醇的反应装置

3、蒸馏装置

【实验步骤】

（1）酯化在干燥的三颈烧瓶[1]中加入18mL异戊醇和15mL冰醋酸，在振摇与冷却下加入4.5mL浓硫酸，混匀后放入1～2粒沸石。安装带分水器的回流装置，三颈瓶中口安装分水器，分水器中事先充水至支管口处，然后放出3.2mL水。一侧口安装温度计（温度计应浸入液面以下），另一侧口用磨口塞塞住。

检查装置气密性后，用电热套（或甘油浴）缓缓加热，当温度升至约108℃时，三颈瓶中的液体开始沸腾。继续升温，控制回流速度，使蒸气浸润面不超过冷凝管下端的第一个球，当分水器充满水，反应温度达到110-130℃时，反应基本完成，大约需要3.5h。

（2）洗涤停止加热，稍冷后拆除回流装置。将烧瓶中的反应液倒入分液漏斗[2]中，用15mL冷水淋洗烧瓶内壁，洗涤液并入分液漏斗。充分振摇，接通大气静置，待分界面清晰后，分去水层。再用15mL冷

水重复操作一次。然后酯层用20mL10％氢氧化钠溶液[3]分两次洗涤。

最后再用15mL饱和食盐水[4]洗涤一次。

（3）干燥经过水洗、碱洗和食盐水洗涤后的酯层由分液漏斗上口倒入干燥的锥形瓶中，加入2g无水硫酸镁，配上塞子，充分振摇后，放置30min。

（4）蒸馏安装一套普通蒸馏装置。将干燥好的粗酯小心滤入干燥的蒸馏烧瓶中，放入1～2粒沸石，加热蒸馏。用干燥的量筒收集138℃～142℃馏分，记录香蕉油的质量，测其红外光谱，得到结果。

注释

【1】不要将沸石（或小瓷环）倒入分液漏斗中。

【2】以碳酸钠为中和剂，因产生大量气泡和消耗原料大而不宜采用。

【3】用饱和食盐水洗涤，可降低酯在水中的溶解度，减少酯的损失。

【4】也可用称量过质量的锥形瓶作接受器。

【实验流程】

异戊醇冰醋酸硫酸

酯化带分水器的回流装置

乙酸异戊酯异戊醚

异戊醇冰醋酸硫酸

水洗

分液漏斗

水层有机层

醋酸硫酸水乙酸异戊酯异戊醇异戊醚微量酸

水

分液漏斗碱洗

水层有机层

醋酸钠硫酸钠碳酸钠水乙酸异戊酯异戊醇异戊醚微量碱水

分液漏斗饱和食盐水洗涤

水层

有机层

碳酸钠食盐水乙酸异戊酯异戊醇异戊醚水

锥形瓶

干燥

乙酸异戊酯异戊醇异戊醚

普通蒸馏装置

蒸馏

乙酸异戊酯