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1、对甲苯磺酸催化苯甲酸乙酯的合成研究毕业论文 毕业论 文 题 目: 对甲苯磺酸催化苯甲酸乙酯的合成研究 系 名 称: 化学工程系 专业班级: 精细1112 学生姓名: 裴 莉学号: 201101021170 指导老师: 胡彩玲职称:讲师二一三 年 十一月 二十二日目录 1引言 3 2 综述 4 2.1 苯甲酸乙酯的简介 4 2.2 催化剂对甲苯磺酸的简介 4 2.3酯化反应 4 2.4 带水剂在酯化反应中的应用 5 3 实验部分7 3.1试剂与仪器 7 3.1.1试剂 7 3.1.2仪器 73.1.3 实验方法. 7 3.2结果与讨论 7 3.2.1催化剂对反应的影响 7 3.2.2原料配比的影
2、响 8 3.2.3反应时间的影响 8 3.2.4结论 9 致谢10 参考文献11 1 引言 摘要:实验绿色化是目前大学化学实验教学改革与研究的热点和方向之一.苯甲酸乙酯制备是典型的有机实验,本文采用自行设计的回流-吸水反应装置,一水硫酸氢钠为绿色催化剂,考察了反应时间、催化剂用量对酯化反应产率的影响.结果表明:改进后的实验具有装置简单、操作方便、收率高和实验绿色化的特点。 关键词:苯甲酸乙酯;制备改进;一水硫酸氢钠;绿色化学 Abstract: green experiment is one of the focus and direction of reform of chemical ex
3、periment teaching and Research University at present. Since the synthesis of ethyl benzoate is a typical organic experiment, this paper adopts reflux - designed water reactor, p-toluene sulfonic acid ethyl ester as catalyst, the effects of reaction time, dosage of catalyst on the esterification reac
4、tion. Show that: the improved experiment has the characteristics of simple device, convenient operation, high yield and experiment on environmental protection Keywords :ethyl benzoate;catalytic;p-toluene sulfonic acid;environmental protection 2 综述 2.1苯甲酸乙酯的简介:苯甲酸乙酯又名安息香酸乙酯,为无色或淡黄色液体,略似依兰油香气,具有较强的冬青油
5、和水果香气,香调和顺带甜,天然品存在于桃子、菠萝、醋栗等中,常用作重要的有机溶剂.苯甲酸乙酯在市场上主要以化学试剂出现,其分子式:C9H10O2相对密度1.0458(25/4),熔点-32.7,沸点213,折射率1.5205(15)。能与醇、醚、氯仿及石油醚混溶,几乎不溶于水和甘油。常用作纤维素酯、纤维素醚、树脂等的溶剂;因毒性低(ADI 5mg/kg),美国FEMA将它认定为 GRAS物质,我国GB2760-86将其规为允许使用的食用香料,可用于配制人造依兰油及月下香油,主要用于调制樱桃、黑穗状醋栗(黑加仑子)、草莓等型香精,微量用于皂用香精和烟草类香精,因而在软饮料、布丁、冰淇淋、胶姆糖、
6、焙烤类食品、香烟及酒类等加香产品中常有应用。它是重要的有机合成中间体,也是纤维素酯、纤维素醚、树指等高分子材料的良好溶剂,作为高分子材料的聚合催化剂、染料分散剂。 生产方法:主要采用酯化法。以苯甲酸和乙醇为原料,在浓硫酸催化剂存在下进行酯化反应,然后经中和、洗涤、蒸馏而得。也可以苯甲酸甲酯和乙醇为原料,在乙醇钾存在下,进行酯交换反应而得。 用途:酯类合成香料。主要用作晚香玉、月下香、依兰依兰、香石竹等香精的调合香料。 2.2催化剂对甲苯磺酸的简介:对甲苯磺酸是一种固体强有机酸,催化活性高,储存、运输、使用方便,同时经济易得,对设备腐蚀和环境污染比硫酸小,是合成苯甲酸乙醋的良好催化剂。利用对甲苯
7、磺酸为催化剂,催化合成了苯甲酸乙醋:用0.5mol苯甲酸、0.75mol乙醇、1.69催化剂、环己烷为带水剂回流分水反应2.5h,苯甲酸醋化率为96.12%。因此合成苯甲酸乙酯应采用带水剂。 2.3酯化反应:酯化反应,是一类有机化学反应,是醇跟羧酸或含氧无机酸生成酯和水的反应。分为羧酸跟醇反应和无机含氧酸跟醇反应和无机强酸跟醇的反应三类。羧酸跟醇的酯化反应是可逆的,并且一般反应极缓慢,故常用浓硫酸作催化剂。多元羧酸跟醇反应,则可生成多种酯。无机强酸跟醇的反应,其速度一般较快。典型的酯化反应有乙醇和醋酸的反应,生成具有芳香气味的乙酸乙酯,是制造染料和医药的原料。酯化反应广泛的应用于有机合成等领域
8、。 酯化反应一般是可逆反应。传统的酯化技术是用酸和醇在酸(常为浓硫酸)催化下加热回流反应。这个反应也称作费歇尔酯化反应。浓硫酸的作用是催化剂和吸水剂,它可以将羧酸的羰基质子化,增强羰基碳的亲电性,使反应速率加快;也可以除去反应的副产物水,提高酯的产率。如果原料为低级的羧酸和醇,可溶于水,反应后可以向反应液加入水(必要时加入饱和碳酸钠溶液),并将反应液置于分液漏斗中作分液处理,收集难溶于水的上层酯层,从而纯化反应生成的酯。碳酸钠的作用是与羧酸反应生成羧酸盐,增大羧酸的溶解度,并减少酯的溶解度。如果产物酯的沸点较低,也可以在反应中不断将酯蒸出,使反应平衡右移,并冷凝收集挥发的酯。但也有少数酯化反应
9、中,酸或醇的羟基质子化,水离去,生成酰基正离子或碳正离子中间体,该中间体再与醇或酸反应生成酯。这些反应不遵循“酸出羟基醇出氢”的规则。 羧酸经过酰氯再与醇反应生成酯。酰氯的反应性比羧酸更强,因此这种方法是制取酯的常用方法,产率一般比直接酯化要高。对于反应性较弱的酰卤和醇,可加入少量的碱,如氢氧化钠或吡啶。 H3C-COCl + HO-CH2-CH3 H3C-COO-CH2-CH3 + H-Cl 羧酸经过酸酐再与醇反应生成酯。 羧酸经过羧酸盐再与卤代烃反应生成酯。反应机理是羧酸根负离子对卤代烃-碳的亲核取代反应。 2.4带水剂在酯化反应中的应用:按照化学热力学理论,带水剂能与水或反应物之一形成二
10、元或三元共沸物而将水及时带出反应体系,打破了反应的热力学平衡,使反应向有利于生成酯的方向进行;按照化学动力学理论,及时将生成物移出反应体系,即反应体系中水量减少,使反应物浓度提高,从而加快了反应速度;有机化学反应常伴有副反应发生,加入带水剂降低了酯化反应体系的温度,可以抑制副反应的发生,提高原料的利用率。特别是对丙烯酸酯、羧酸烯丙酯和马来酸酯等的合成,因含有活泼双键化合物参与反应,很容易发生聚合等副反应,若无带水剂的加入酯的合成难以正常进行。带水剂的用量也是个重要环节,带水剂用量少则起不到较好的带水效果,反应体系中化学平衡成为控制步骤;用量过多则导致反应温度过低,反应体系中化学动力学成为控制步
11、骤。此外带水剂用量过多,后处理过程中消耗热量多,产品损失也随之增多,因而存在一最佳带水剂用量。当带水剂一定时,该用量与反应物的种类、醇酸配料比以及所用的催化剂种类等均有关,尤其是与所用催化剂关系密切。常用带水剂苯、甲苯、二甲苯、环己烷和石油醚等均具有程度不等的毒性,反应液经后处理所得产品中会因含有少许带水剂而影响产品品质,对用于食品、化妆品和医药工业的酯更为不利;产物后处理过程中常需将反应液蒸馏分离,蒸馏过程中作为前馏分的带水剂会带出少量目的产物酯而降低产品收率;带水剂因在反应体系中沸点最低,所以在酯化反应以及反应液蒸馏过程中会从体系中逸出而对环境造成污染。 3 实验部分3.1试剂与仪器3.1
12、?1 试剂对甲苯磺酸、苯甲酸、乙醇、10%碳酸钠水溶液、无水氯化钙等均为分析纯。3.1.2 仪器铁架台、温度计、电热套、锥形瓶、直行冷凝管、球形冷凝管、圆底烧瓶、蒸馏烧瓶、分液漏斗、普通漏斗、烧杯。3.1.3实验方法 在装有分水器、温度计和回流冷凝器的圆底烧瓶中,加入一定量的苯甲酸、乙醇和对甲苯磺酸,摇匀后开始加热回流,随反应的进行将生成的水不断分出,至几乎无水分出时反应结束。 在未开始加热回流前和反应结束后按GB1668-81分别测定反应体系的酸值,按如下公式计算酯化率: 酯化率%(反应起始时的酸值-反应结束时的酸值/反应起始时的酸值100% 酯化结束,蒸出过量的乙醇,反应液水洗、碱洗(10
13、%碳酸钠水溶液)、再水洗,以无水氯化钙干燥,最后于2.67KPa下减压蒸馏,收集208-213的馏分为产品。3.2结果与讨论3.2.1 催化剂用量的影响 0.5mol苯甲酸、0.75mol乙醇在对甲苯磺酸催化作用下回流反应2.5小时,考察不同催化剂用量对酯化率的影响,结果见表1。 表一 催化剂用量的影响催化剂(g) 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.1酯化率(%)86.7391.4294.5096.2196.1995.36 由表1可见,催化剂用量对反应存在较大的影响,用量为1.6g时酯化率最高,催化剂用量过高或过低酯化率都将下降。3.2.2 原料配比的影响 用0.5mol苯甲酸,1.
14、6g对甲苯磺酸进行反应,反应时间2.5小时考察不同醇酸比对酯化率的影响,结果见表2。 表二 原料配比的影响醇酸比(mol)1.01.31.51.82.02.5酯化率(%)84.9793.2495.8996.9195.1789.43 由表2可见,由于酯化反应是平衡反应,适当提高醇酸比有利于反应向生成酯的方向移动,因而酯化率增高;乙醇用量过多则致使催化剂和苯甲酸浓度降低,酯化率因此下降。除此之外,本实验还采用不断分去反应生成水的方法促使平衡右移,考虑到产品在食用香精方面的应用,未使用带水剂。在此实验条件下较佳的醇酸比是1.5-1.8。3.2.3 反应时间的影响 0.5mol苯甲酸与0.75mol乙
15、醇,在1.6g对甲苯磺酸的催化下回流反应,考察不同反应时间对酯化率的影响,结果见表3。 表三 反应时间的影响反应时间(h)1.02.02.22.52.83.03.5酯化率(%)81.385.6790.6996.1196.0796.0995.89由表3可见,由于酯化反应本身是一个平衡反应,反应一旦达到平衡,延长反应时间对酯化率影响甚微,以2.5-3小时较为适宜。3.2.4结 论 对甲苯磺酸是直接酯化法合成苯甲酸乙酯的优良催化剂,是影响酯化率的最主要因素。试验结果表明,以对甲苯磺酸作催化剂,在较优化的反应条件下苯甲酸和乙醇酯化反应的酯化率可达96.12%。产品香气特征突出,20折光1.503,符合
16、折光指标和感官评价要求。本法具有原料易得、酯化率高、不腐蚀设备、污染小、适应环境保护的特点,适合于工业推广。致 谢 在本论文的写作过程中,我的导师胡彩玲老师倾注了大量的心血,从选题到开题报告,从写作提纲,到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题,严格把关,循循善诱,在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。写作毕业论文是一次再系统学习的过程,毕业论文的完成,同样也意味着新的学习生活的开始。感谢所有授我以业的老师,没有这些年知识的积淀,我没有这么大的动力和信心完成这篇论文。感恩之余,诚恳地请老师对我的论文多加批评指正,使我及时完善论文的不足之处。
17、谨以此致谢最后,我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅的老师表示衷心的感谢。参 考 文 献1 周闯. 对甲苯磺酸催化合成苯甲酸乙酯J. 安徽化工. 2002062 靳通收,杨军红. 以甲磺酸为催化剂合成苯甲酸乙酯J. 化学试剂. 1993033俞善信,罗玉红.固体氯化物催化合成苯甲酸乙酯J.化学试剂,1991,124:245.4文瑞明,罗新湘,游沛清等.硫酸氢钠催化合成苯甲酸乙酯J.精细化工中间体,2001,312:27-28.5刘静,王云芳.壳聚糖硫酸盐催化合成苯甲酸乙酯J.咸阳师范学院学报,2003,184:26-28.6勒通收,杨军红.以甲磺酸为催化剂合成苯甲酸乙酯J.化学试剂,1993,153:185,180.7白风莲,樊琳,叶建平.苯甲酸乙酯与三氟乙酸分子在激发态的相互作用J.中国科学,1991,B辑1:1249-1252.8刘艳辉,刘素琴,毛 卿.氨基磺酸催化合成苯甲酸乙酯J.湖南理工学院学报自然科学版, 2005, 184: 56-58.9张鲁西,俞善信,于坤千.氯化铁催化合成苯甲酸乙酯及其分析检测10裘小宁.SO42-/ZrO2-Al2O3固体超强酸催化合成苯甲酸乙酯J.安徽工业大学学报自然科学版, 2005, 224: 57-59.11郭俊胜,赵永霞.固载杂多酸催化合成苯甲酸乙酯J.新乡师专学