香蕉油的合成

香蕉油的设计合成

----对甲苯磺酸做催化剂

作者（应用化学系1001班，2010080134，汪静）

摘要在神奇的大自然中有许多天然的具有芳香气味的酯，随着化学的飞速发展，我们可以复制出其中的一些。在本实验中我们将用乙酸和异戊醇在对甲苯磺酸的催化下酯化反应合成乙酸异戊酯，由于它具有香蕉气味，因此俗名称为香蕉油。它微溶于水，能溶于各种有机溶剂，无色透明，易挥发，常用作溶剂以及用于调味、香料、制革、纺织品等加工行业。由于该反应是可逆反应，则通常采用过量的乙酸，在反应达到平衡时仍然有相当量的反应物存在；由于此反应不快，为使其充分反应则需加热回流。用溶剂萃取以后，通过简单的蒸馏纯化后得到较纯的乙酸异戊酯。制得的产品TENSOR-2T型傅立叶变换红外光谱仪

关键词对甲苯磺酸，催化，香蕉油（乙酸异戊酯）

前言

乙酸异戊酯由于具有香蕉和梨的香味,可用作食品和化妆品香精,作喷漆、清漆、硝酸纤维素、氯丁橡胶、油墨等的溶剂,药品生产中的萃取剂等。这种用途广泛的有机化工产品在国内外已有广阔的需求市场。香蕉油的合成多采用乙酸和异戊醇为原料经硫酸催化酯化得到。由于用硫酸作催化剂，由此造成设备腐蚀严重，副反应多，反应时间长，废水排放量大，后处理工艺复杂等众所周知的弊端。所以我采用了对甲苯磺酸作催化剂。

实验

药品和仪器

异戊醇、冰醋酸、无水氯化钙、10%NaHCO3溶液、饱和NaCl、无水硫酸镁、沸石、对甲苯磺酸；铁架台、分水器、球形冷凝管、100ml圆底烧瓶、电热套、温度计、分液漏斗、烧杯、蒸馏头、直型冷凝管、尾接管、三角烧瓶、量筒、天平、TENSOR-2T型傅立叶变换红外光谱仪

实验步骤

（1）酯化。将9ml（0.16mol）异戊醇和12ml(0.42mol)冰乙酸混合，加入对甲苯磺酸0.5g，加上带分水器的回流装置，回流1h。（2）洗涤撤去热源，稍冷后拆除回流装置。待烧瓶中反应液冷却至室温后，将其倒入分液漏斗中（勿将沸石倒入），用15mL冷水淋洗烧瓶内壁，洗涤液并入分液漏斗。充分振摇，静置。待液层分界清晰后，移去顶塞（或将塞孔对准漏斗孔），缓慢旋开旋塞，分去水层（下层）。有机层用10mL10％碳酸氢钠溶液分两次洗涤。最后再用饱和氯化钠溶液洗涤一次。分去水层（下层），有机层由分液漏斗上口倒入干燥的三角烧瓶中。（3）干燥向盛有粗产物的锥形瓶中加入约2g无水硫酸镁，配上塞子，振摇至液体澄清透明，再放置20min。（4）蒸馏安装一套干燥的普通蒸馏装置。将干燥好的粗酯小心地滤入烧瓶中，放入几粒沸石，用电热套加热蒸馏，用干燥并事先称量其质量的三角烧瓶收集138～142℃馏分，称量质量，并计算产率。

实验装置

图1 回流的装置图

图2 分离提纯的装置图

图3 普通蒸馏的装置

结果与讨论

结果：做出的香蕉油产品为无色透明的液体，有较浓的香蕉气味。

数据处理：干燥的梨形瓶的质量：53.6g 收集产物后梨形瓶的质量：66.1g 产品的质量=66.1g-53.6g=12.5g 理论产量=20.8g 产率=实际产量/理论产量=12.5g/20.8g=60.09%

讨论：产率低于文献中提供的最佳产率很多，操作中的失误致使该现象的发生，差之毫厘失之千里。

红外光谱

（1）最强峰出现在1050cm-1附近，次强峰出现在1250cm-1附近这是酯的两组吸收峰，一为C-O键的反对称伸缩振动，一为C-O键的对称伸缩振动。（2）1700cm-1附近的强吸收表明分子中含有羰基，为羰基的双键伸缩振动区。在3500cm-1附近出现的较强而又宽的吸收峰，是因为形成氢键后键力常数减小，移向低波数。说明有OH键的伸缩振动，则制备出来的香蕉油含有乙酸这种杂质。（3）3000cm-1附近为CH的吸收，图中出现的<3000cm-1的吸收说明为饱和CH。而且该峰较尖，所以说明甲基数目多于亚甲基，也就证明了乙酸这一杂质很少。

图4 乙酸异戊酯的红外光谱图

实验讨论

产率60.09%比参考文献中的99.50%低，还出现了乙酸杂质。经过分析操作过

程中出现的问题，我总结了如下几点:(1)回流时间有点短，没有使乙酸与异戊醇

充分反应。（2）在洗涤过程中，没有做到充分振摇，致使乙酸未除尽。振荡后，

放出气体时，有液滴顺势流出，致使产品损失。（3）在干燥过程中，虽然静置了

20min ，但在倒入圆底烧瓶时在干燥装置中还残留了一定量产品。（4）在蒸馏过

程中，由于温度上升较快，温度没有控制得当，没有及时更换接收装置，致使部

分产品损失在收集刚蒸出液滴的梨形瓶中。

下面为我做完本实验后总结的该实验的注意事项：

1.回流酯化时，注意分水器中收集的水，回流结束，应收集分水器的油层。

2.拆除回流装置后，应立即将圆底烧瓶洗净，放入烘箱烘干，以备蒸馏时使

用。

3.使用分液漏斗前要检验它是否漏水，塞子是否与漏斗相匹配。

4.在碱洗时，及时排出生成的二氧化碳气体，以防气体冲出，损失产品。

5.用饱和氯化钙溶液洗涤之前一定要用饱和氯化钠溶液洗涤，不可用水代

替。因为用饱和食盐水洗涤，一方面有利于分层；另一方面可降低酯在水中的溶

解度，减少酯的损失，从而获得较多的产物。 3447.86

1743.43

1717.04

1653.01

1540.98

1057.191057.071000

15002000250030003500

Wavenumber cm-1

20406080100

T r a n s m i t t a n c e [%]

6.不可用浓NaOH溶液代替Na2CO3饱和溶液来洗涤粗酯以除去其中的酸。因为酯会在氢氧化钠中发生水解而向逆反应方向进行不利于产物的生成。

7.最后蒸馏时仪器要干燥，不得将干燥剂倒入蒸馏瓶内。

8.冰醋酸具有强烈刺激性，要在通风橱内取用。

结论

固体酸催化剂对于合成乙酸异戊酯来说,在最佳条件下酯化率(或收率)均超92%以上。对甲苯磺酸是强质子酸催化剂，用于合成乙酸异戊酯时在反应体系中加入无水氯化钙作吸水剂，且不加带水剂，反应条件温和，操作简单，无废酸排放，产品质量高，综合考虑及实践后的最佳产量为94.76%。我经过做实验后，虽然由于一些操作方面的失误导致了产量比最佳产量低，但通过与其他组同学实验的对比发现用对甲苯磺酸做催化剂有以下几个优点：用量少，不用配制溶液，操作时对皮肤的危害小，实验过程中不会出现像浓硫酸做催化剂时出现的碳化现象溶液始终保持清澈没有黑色的固体杂质。对甲苯磺酸还易于保管,运输和使用,对设备腐蚀小,甚至不腐蚀。所以固体催化剂对环境污染度低甚至无污染,大多数是对环境友好的催化剂,很有工业应用前景,值得更深入的研究。

参考文献：

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