乙酸乙酯的工艺与分析

乙酸乙酯合成方法的改进

09化工1班岑立 0932210021

摘要采用盐酸作催化剂对传统的乙酸乙酯合成方法进行了改进，采用正交设计法选择了最佳实验方案，并对两种酯化方法进行了对比。

关键词乙酸乙酯；合成方法；催化剂

1前言

乙酸乙酯是乙酸中的羟基被乙氧基取代而生成的化合物。它是一种无色透明液体，有水果香，易挥发，而且对空气敏感，能吸收水分，水分能使其缓慢分解而呈酸性坟茔。可以作纺织工业的清洗剂和天然香料的萃取剂，也是制药工业和有机合成的重要原料。

乙酸乙酯由于具有特殊的香味，是重要的香料，广泛应用于食品、化妆品工业；同时它又是一种良好的工业溶剂，在医药、涂料、电子等行业中也得到了广泛的应用。众所周知，酯化反应的特点是具有可逆性，催化剂是影响反应的关键，无催化剂存在下，酯化反应无法进行。

乙酸乙酯的合成作为一个比较典型的酯化反应，在有机化学实验课程中，都开设了该实验。但在实验教学指导书中，都是以浓硫酸作催化剂，且用量较大(n(硫酸)∶n醋酸)=1∶0.1～1∶1)。实验发现硫酸作催化剂存在如下缺点：(1)加料时速度要慢，否则易使体系温度升高，使乙醇挥发，造成产率降低，这无疑也延长了实验时间；(2)由于浓硫酸同时具有酯化、氧化、脱水等作用，酯化的同时易导致乙醚、乙烯、二氧化硫、乙醛等副产物产生；若局部过热，硫酸还可使有机溶剂碳化，不仅造成产率降低，也给产品的精制带来许多麻烦；

(3)因浓硫酸具有强腐蚀性，学生如操作不慎，易被烧伤，安全性较差。

鉴于硫酸催化法存在上述缺点，我们对传统的乙酸乙酯的合成方法进行了如下改进：(1)用盐酸代替硫酸作催化剂；(2)减少催化剂的用量；(3)缩短反应时间。改进后的方法，提高了酯的产率，缩短了实验时间，也节省了实验经费。

2实验部分

2.1试剂

无水乙醇、乙酸、盐酸、磷酸、硫酸均为化学纯。

1.2实验过程

在圆底烧瓶中加入一定量的催化剂，19mL（约0.3mol)无水乙醇和12mL(0.2mol)冰醋酸混匀后，加入几粒沸石，装上冷凝管。在一定温度下，使反应进行一定的时间后，将回流装置改成蒸馏装置，接受器用冷水冷却，加热蒸馏生成的乙酸乙酯。

将馏出液转入分液漏斗中，依次用饱和碳酸钠、饱和氯化钠、饱和氯化钙溶液洗涤；分出酯层，用硫酸镁干燥；过滤，滤液进行蒸馏，收集73～78℃的馏分；称重，计算产率。

3实验结果与讨论

3.1不同催化剂对反应的影响

在0.3mol无水乙醇、0.2mol冰醋酸的条件下，采用不同的催化剂进行酯化反应，实验结果见表1。

表1结果表明：盐酸、硫酸都是强酸，具有很强的催化活性，而磷酸属中强酸，催化活性相对较低。由于催化反应的关键是完成酯化反应并形成活性中间体，该活性中间体的形成难易及活性中间体的浓度直接影响反应速度及酯的收率。盐酸和硫酸都易使之形成活性中间体，但由于在酯化反应条件下用硫酸做催化剂，存在一系列的副反应，而导致乙酸乙酯的产率降低。所以用盐酸作催化剂而得到的乙酸乙酯的产率较高。：随着催化剂用量的增加，酯的收率提高。这是由于催化剂用量大，生成的活性中间体多，酯的收率就高。但从实验结果看，盐酸用量增加，产率增加并不明显。作为学生实验，从节约原料和后处理方便考虑，我们选用盐酸做催化剂，且用量为1mL较好。这是因为选用HCl做催化剂与H2SO4做催化剂，其反应机理不同，导致催化剂用量不同。其机理如下：HCl与H2SO4均易促进活性中间体的形成，但由于在酯化反应条件下，二者形成的活性中间体不同，所需催化剂的用量也不同。

硫酸作催化剂：

盐酸作催化剂：

从机理看，H2SO4做催化剂时，首先是乙醇与H2SO4反应生成硫酸氢乙酯，由于此反应为可逆反应，加大硫酸的量有利于反应进行。

3.2盐酸催化法和硫酸催化法的对比实验

基于上述实验结果，有学生在有机化学实验课中对盐酸催化法进行了验证，并对盐酸催化法和硫酸催化法进行了对比实验：一部分同学按原实验教材做，实验方案为：0.3mol无水乙醇、0.2mol冰醋酸，在冷却下缓缓加入5mL浓硫酸，在反应温度110～120℃（回流）下反应0.5h，所得乙酸乙酯8.4g（平均值），产率48.8％。另一部分同学按改进后的方法做：0.3mol无水乙醇、0.2mol冰醋酸、1mL盐酸，在90～95℃条件下，反应15min，所得乙酸乙酯10.5g(平均值)，产率59.7％。

4. 结论

综上所述，盐酸催化乙酸乙酯合成法比传统的硫酸催化法具有如下优点：

(1)用盐酸作催化剂因活性高且副反应少，产率高，改进后乙酸乙酯的产率达到64%，原方法只有56%(按教材提供数据10g计)。

(2)缩短了反应时间。按原教材的方法，学生完成该实验全过程一般需要4～5h；改进后的方法最多3h即可完成(大部分学生在2.5h左右完成)。

(3)产品纯化操作简单，按原教材方法后处理时，应该依次用10mL饱和碳酸钠溶液、10mL饱和氯化钠溶液、20mL饱和氯化钙溶液(分两次)洗涤。这也是造成产率下降的主要原因。改进后的方法由于酸用量大大减少，可省去除酸、除碱两步操作，只用饱和氯化钙溶液洗涤两次即可，节约了物料，节省了时间。因此该方法作为学生实验有望取代传统的硫酸催化酯化法。

参考文献

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