乙酸正異,叔丁酯的合成和研究

1、好岸學(xué)院科研訓(xùn)練乙酸正（異，叔）丁酯的合成與研究專(zhuān)業(yè)名稱2011級(jí)精細(xì)化工（3）班學(xué)生姓名戴曉雨（51110012023）指導(dǎo)教師邰燕芳完成時(shí)間2015年1月12號(hào)應(yīng)用化學(xué)與環(huán)境工程系制文獻(xiàn)綜述四川大學(xué)毛書(shū)林通過(guò)乙酸和正丁醇在硫酸氫鉀的催化作用下，高溫條件下，并且在實(shí)驗(yàn)中不斷將實(shí)驗(yàn)的生成的水分離，結(jié)果得到乙酸正丁酯的產(chǎn)率98.55%。遼寧石油化工大學(xué)陳平對(duì)合成乙酸異丁酯催化劑的研究進(jìn)展結(jié)果表明：乙酸異丁酯的催化劑的各有優(yōu)缺點(diǎn)，與濃硫酸催化劑相比，氨基磺酸具有腐蝕性較小，副反應(yīng)少，反應(yīng)時(shí)間斷，操作簡(jiǎn)便特點(diǎn)，但酯收率不高，稀土氧化物中，三氧化二位的催化活性較高，可以重復(fù)使用，具有一定的工業(yè)價(jià)值。十

2、二水合硫酸鐵錢(qián)作催化劑，選擇性好，產(chǎn)品色澤淺，純度高，操作方便，對(duì)設(shè)備幾乎無(wú)腐蝕，不污染環(huán)境，是一種有前途的酯化反應(yīng)催化劑，六水合氯化鐵與二水合氯化銅催化效果也比較好，特別是將兩者一起使用催化活性更高，性能更穩(wěn)定，有一定的協(xié)同作用，雜多酸催化酯化，更具有優(yōu)越性，無(wú)廢酸排放，工藝流程簡(jiǎn)單，酯化反應(yīng)溫度低，反應(yīng)時(shí)間短，催化劑用量少，并且可以較好的回收循環(huán)使用，產(chǎn)品質(zhì)量好，產(chǎn)率高，硅膠復(fù)載四氯化錫也具有較高的催化性，產(chǎn)品質(zhì)量好，選擇性好，對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕，可重復(fù)使用。華東理工大學(xué)劉璇對(duì)乙酸叔丁酯（TBA）的合成研究結(jié)果表明：本研究對(duì)乙酸和異丁烯合成乙酸叔丁酯體系的熱力學(xué)進(jìn)行了計(jì)算和分析，并用于指導(dǎo)工藝條

3、件的選擇，結(jié)果表明：在異丁烯為液態(tài)、273.15-373.15K范圍內(nèi)，合成體系主副反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，都是熱力學(xué)上的自發(fā)反應(yīng)，降低溫度對(duì)反應(yīng)有利；生成TBA的反應(yīng)平衡常數(shù)遠(yuǎn)大于常壓下的值。因此，在乙酸和異丁烯合成體系中需保證異丁烯為液態(tài)。采用氣象色譜法，通過(guò)色譜柱的選擇、分析條件的探索、定性方法的考察、組分矯正因子的測(cè)定，建立可靠的乙酸與異丁烯、1-丁烯合成乙酸叔丁酯和乙酸仲丁酯的產(chǎn)物分析方法。以乙酸和異丁烯為原料，在自建的酯化反應(yīng)裝置下、以A1RBC三種強(qiáng)酸性樹(shù)脂作為催化劑，考察反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、系統(tǒng)空速原料酸烯比對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果表明：各工藝參數(shù)對(duì)溶解異丁烯、叔丁醇、異丁烯轉(zhuǎn)化率基本無(wú)影

4、響，空速和壓力對(duì)乙酸轉(zhuǎn)化率、TBA®擇性、低聚物選擇性影響不大；酸烯比增加，能促進(jìn)異丁烯向TBA轉(zhuǎn)化，有效抑制異丁烯的低聚反應(yīng)；低溫有利于酯化加成生成TBA從評(píng)價(jià)效果看，A10催化劑最好，并確定了其適應(yīng)的工藝條件：空速45h、酸烯比45:1、反映溫度W25C、壓力為保證體系液相。止匕外，還探索了降低異丁烯低聚的方法，結(jié)果表明：在乙酸中分別加入水和叔丁醇均可非常有效的抑制異丁烯低聚物生成、提高TBA的選擇性。本文通過(guò)濃硫酸催化法，制備乙酸正丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸叔丁酯，利用氣相色譜儀測(cè)定產(chǎn)物含量，確定三種醇的近似平衡常數(shù)。并試驗(yàn)乙酸正丁酯在分水與不分水情況下，所得產(chǎn)物量的差別，比較兩種

5、方法哪個(gè)好一些。設(shè)計(jì)方案1實(shí)驗(yàn)原理乙酸正丁酯濃H2SO4CH3COOH+CH3cH2cH2cH20H_ch3cooch2cH2cH2cH3+h2o乙酸異丁酯一_濃H2SO4f_ch3coohch3ch2chohch3,ch3cooch（ch3）ch2cH3h2o乙酸叔丁酯0濃H2SO4-K.ch3cOOHch3cH（ch20H）cH3.cH3cOOcH2cH（ch3）cH3H202儀器、試劑儀器蒸儲(chǔ)裝置玻璃磨口儀器、球形冷凝管、分水器、三口圓燒瓶（100ml）、溫度計(jì)（150C）、錐形瓶（50ml）、燒杯（400ml）、電熱套、分液漏斗、量筒（10ml、50ml）、電熱套、鐵架臺(tái)、鐵夾及十字頭

6、、鐵圈、橡膠水管、天平，氣相色譜試劑正丁醇（23ml*2）、異丁醇（23ml）、叔丁醇（23ml）、冰醋酸（15ml*4）、濃硫酸、飽和碳酸鈉溶液、飽和氯化鈉溶液、沸石、甘油、pH試紙3實(shí)驗(yàn)裝置圖4實(shí)驗(yàn)步驟（1）、100mL三口燒瓶中，力口23mL正丁醇，15mL冰醋酸和34d濃KSO（催化反應(yīng)），混勻，加2顆沸石。（異丁醇，叔丁醇同上）（2）、接上回流冷凝管和分水器。在分水器中預(yù)先加少量水至略低于支管口（約為12cm）,目的：使上層酯中的醇回流回?zé)恐欣^續(xù)參與反應(yīng)，用筆作記號(hào)并加熱至回流，不需要控制溫度，控制回流速度12d/s。（僅一組正丁醇進(jìn)行此操作）（3）、在反應(yīng)過(guò)程中，有分水操作的把水

7、分出并保持分水器中水層液面在原來(lái)的高度。（4）、有分水操作的，大約40min后，不再有水生成（即液面不再上升），即表示完成反應(yīng)。無(wú)分水操作均反應(yīng)兩小時(shí)。(5)、停止加熱，記錄分出的水量。(6).用等體積的碳酸氫鈉溶液先洗滌至中性，在用等體積的飽和氯化鈉溶液洗滌分出酯層。(7)、將總共所取的4組進(jìn)行氣相分析組分，記錄數(shù)據(jù)。5數(shù)據(jù)處理乙酸正丁酯去水(20150107).hwmV9008007001c'82600IA包00:200.1001)I0I110.71.42.12.83.54.24.95.66.37min100序號(hào)保留時(shí)間名稱峰面積峰面積1 1.6311.454636182 3.20

8、8c1498.554312933總計(jì)1004376551實(shí)險(xiǎn)室用乙酸和正丁醇制備乙酸正丁酯.有關(guān)物質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表.化含物相對(duì)分子質(zhì)量密度沸點(diǎn)/也溶解度口口號(hào)水正丁醇T40.601ia.a£冰醋酸601.045118.1互溶乙酸正酯116a.88212S10.7乙酸(15ml)+正丁醇(23ml)反應(yīng)后液體體積V=22.1ml.質(zhì)量分?jǐn)?shù)co=98.55%處理后純乙酸正丁酯質(zhì)量：m=22.1M98.55%=21.8ml;乙酸正丁酯的質(zhì)量：m=21.80.8772=19.11g;乙酸正丁酯物質(zhì)的量：n=19.11/116=0.165mol.乙酸的質(zhì)量m=15x1.045=15.68g,

9、物質(zhì)的量n=15.68/60=0.261mol;剩余物質(zhì)的量n=0.261-0.165=0.096mol;正丁醇的質(zhì)量m=230.80=18.4g,物質(zhì)的量n=18.4/74=0.249mol;剩余物質(zhì)的量n=0.249-0.165=0.084mol.K二n乙酸正丁酯/n乙酸n正丁醇=0.165/(0.0960.084)=20.46乙酸正丁酯回流(20150107).hwmV900800700Q00ED4030.71.42.12.83.54.24.95.66.37min序號(hào)保留時(shí)間名稱峰面積%峰面積11.5610.82692433821.7001.0112975332.01021.746399

10、5643.50476.422249284總計(jì)1002943331乙酸（15ml）+正丁醇（23ml）反應(yīng)后液體體積V1=33.1ml質(zhì)量含量=76.42%。處理后純乙酸正丁酯體積：V2=33.1父76.42%=25.7ml。乙酸正丁酯質(zhì)量m-25.70.882-22.67g0乙酸正丁酯物質(zhì)的量:n=22.67/116=0.195mol乙酸的質(zhì)量m=15x1.045=15.68g,物質(zhì)的量n=15.68/60=0.261mol;剩余物質(zhì)的量n=0.261-0.195=0.066mol;正丁醇的質(zhì)量m=230.80=18.4g,物質(zhì)的量n=18.4/74=0.249mol;剩余物質(zhì)的量n=0.24

11、9-0.195=0.054mol.反應(yīng)平衡常數(shù)：Kn乙酸正丁酯/n乙酸n正丁酯=0.195/（0.066x0.054）=54.7乙酸仲丁酯回流（20150107）.hwmV90068.28007006005004003002001006816liMHH2.12.83.54.2i-1000.71.44.95.66.37min序號(hào)保留時(shí)間名稱峰面積峰面積11.5680.40561452221.6780.33071184131.75026.9696517042.0011.6826022352.81670.622528515總計(jì)1003580271物性參數(shù)：乙酸異丁酯密度P=0.8712g/ml,相對(duì)

12、分子質(zhì)量M=116g/mol異丁醇密度P=0.8112g/ml,相對(duì)分子質(zhì)量M=74.12g/mol乙酸（15ml）+異丁醇（23ml）反應(yīng)后液體體積V1=27.7ml,質(zhì)量含量=70.62%處理后純乙酸異丁酯體積：V2=27.7x70.62%=19.56ml,乙酸異丁酯質(zhì)量：m=19.56父0.8712=17.04g,乙酸異丁酯物質(zhì)的量：n=17.04/116=0.147mol,乙酸的質(zhì)量：m=15x1.045=15.68g,物質(zhì)的量：n=15.68/60=0.261mol;剩余物質(zhì)的量：n=0.261-0.147=0.114mol;異丁醇的質(zhì)量：m=23父0.8112=18.66g,物質(zhì)的量：n=18.66/74=0.252;剩余物質(zhì)的量：n=0.252-0.147=0.105mol.濃H2SO4-CH3COOHCH3CH2CHOHCH3.CH3COOCH(CH3)CH2cH3H2O反應(yīng)平衡常數(shù)：K=n乙酸異丁酯/n乙酸n異丁酯=0.147/(0.1140.105)=12.28研究問(wèn)題：1 .比較回流法的3個(gè)實(shí)驗(yàn)，確定不同醇的近似平衡常數(shù)？答：K乙酸正丁酯(回水)=54.7;K乙酸異丁酯=12.28;K乙酸正丁酯(分水)-20.462 .研究分水不分水造成產(chǎn)率變化的原因？答：采用分水裝置時(shí)可以及時(shí)將體系中的水除去，有利于平衡的正向移動(dòng)，使得乙酸正丁酯的產(chǎn)率增加；而無(wú)分水裝置時(shí)