許瑩堂

摘 要:以乙酸和無(wú)水醋酸為原料,濃H₂SO₄作催化劑來(lái)制備乙酸乙酯,在實(shí)際教學(xué)中存在著安全、環(huán)保等問(wèn)題,通過(guò)分析選用固體催化劑合成乙酸乙酯對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn),并討論固體催化劑所使用的條件.

關(guān)鍵詞:乙酸乙酯 固體催化劑 催化合成

乙酸乙酯的制取是中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)之一.乙酸乙酯合成工藝是乙酸和醇的酯化法,催化劑為濃硫酸,具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用濃硫酸作催化劑其催化效率高、反應(yīng)溫和,但存在以下缺點(diǎn):

(1)加料速度慢,否則會(huì)使體系溫度升高,使乙醇揮發(fā),造成產(chǎn)率降低,這無(wú)疑也延長(zhǎng)了實(shí)驗(yàn)時(shí)間.

(2)由于濃硫酸具有酯化、氧化、脫水等作用,易導(dǎo)致乙醚、乙烯、二氧化硫、乙醛等產(chǎn)物的生成;局部過(guò)熱硫酸還可以使有機(jī)溶劑碳化,不僅造成產(chǎn)率降低,也給產(chǎn)品的精制帶來(lái)許多麻煩,對(duì)環(huán)境有嚴(yán)重的影響.

(3)因濃硫酸具有強(qiáng)腐蝕性,操作不慎,易被燒傷,安全性較差.

(4)反應(yīng)溫度要求嚴(yán)格.

(5)廢液不易處理.

(6)不能重復(fù)使用.

由于濃硫酸作催化劑有以上缺點(diǎn),我們對(duì)乙酸乙酯的制備實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn).選用固體催化劑制備乙酸乙酯,它的優(yōu)點(diǎn)有對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求低、副反應(yīng)少、對(duì)環(huán)境污染輕、用量少、安全性高、催化劑經(jīng)處理可以重復(fù)使用.為此我們選擇固體催化劑(路易斯酸)合成乙酸乙酯,并討論固體催化劑所使用的條件.

一、實(shí)驗(yàn)部分

1.主要儀器:圓底燒瓶(50mL)、蒸餾及冷凝裝置一套、酒精燈、溫度計(jì)、水浴鍋.

2.主要試劑和原料:

冰醋酸、95%乙醇、固體催化劑(AlCl₃、CaCl₂、MnCl₂),均為分析純.

3.操作:

在50mL干燥的圓底燒瓶中加固體催化劑、9.5mL無(wú)水乙醇、6mL冰醋酸混勻裝上冷凝管采用蒸餾裝置.加熱(水浴加熱回流0.5h),冷卻,改為蒸餾裝置,蒸出乙酸乙酯(直到流出液體積約為反應(yīng)物體積的1/2為止),洗滌,干燥,精餾,稱量.

二、結(jié)果與討論

1.用AlCl₃作催化劑合成乙酸乙酯

分別取相同量的無(wú)水乙醇和冰醋酸的混合液,加入不同質(zhì)量的無(wú)水CaCl₂進(jìn)行乙酸乙酯合成.

由圖1看出在使用無(wú)水AlCl₃作催化劑合成乙酸乙酯,無(wú)水AlCl₃的用量為3g時(shí),在同等條件下合成的乙酸乙酯的產(chǎn)量為最高.

用固體AlCl₃催化合成乙酸乙酯的優(yōu)點(diǎn)是:

(1)AlCl₃是較好的路易斯酸,容易形成較穩(wěn)定的碳正離子;

(2)在合成中不與乙醇形成結(jié)晶醇,原料利用率高.

用固體AlCl₃催化合成乙酸乙酯的缺點(diǎn)是:

(1)AlCl₃易水解,降低其催化活性,影響乙酸乙酯的產(chǎn)率;

(2)AlCl₃要求原料純度較高.

2.用無(wú)水CaCl₂作催化劑合成乙酸乙酯

無(wú)水CaCl₂為白色固體(粒狀、塊狀或粉末),比重2.15,味微苦,易溶于水,同時(shí)放出大量的熱,在空氣中易潮解.

分別取相同量的無(wú)水乙醇和冰醋酸的混合液,加入不同質(zhì)量的無(wú)水CaCl₂進(jìn)行乙酸乙酯合成.

由圖2看出在使用無(wú)水CaCl₂作催化劑合成乙酸乙酯,無(wú)水CaCl₂的用量為5g時(shí),在同等條件下對(duì)合成的乙酸乙酯的產(chǎn)量為最高.

用固體CaCl₂催化合成乙酸乙酯的優(yōu)點(diǎn):(1)對(duì)原料純度要求低;(2)加入過(guò)量可除去部分水,提高乙酸乙酯的產(chǎn)率.

用固體CaCl₂催化合成乙酸乙酯的缺點(diǎn)是:CaCl₂固體易與乙醇形成結(jié)晶醇.

3.用無(wú)水MnCl₂作催化劑合成乙酸乙酯

無(wú)水MnCl₂是粉色晶體,易潮解,易溶于水和醇,但不溶于醚,在某些反應(yīng)中可用作催化劑.分別取相同量的無(wú)水乙醇和冰醋酸的混合液,加入不同質(zhì)量的無(wú)水MnCl₂進(jìn)行乙酸乙酯合成.

用固體MnCl₂催化合成乙酸乙酯的優(yōu)點(diǎn)是:對(duì)原料的純度要求不高,MnCl₂用量少,能提高乙酸乙酯的產(chǎn)率,不易形成結(jié)晶醇.固體催化劑用量少合成產(chǎn)物產(chǎn)率高.

三、結(jié)論

綜上所述,選用固體催化劑制備乙酸乙酯,它的優(yōu)點(diǎn)是:對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求低、副反應(yīng)少、對(duì)環(huán)境污染輕、用量少、安全性高,催化劑經(jīng)處理可以重復(fù)使用.改進(jìn)后變得簡(jiǎn)單易行,消耗藥品少,并且徹底杜絕了有毒氣體的外逸,還可利用實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的思想對(duì)學(xué)生進(jìn)行保護(hù)環(huán)境的教育.

(責(zé)任編輯:羅 艷)