对合成乙酸乙酯实验的改进

许莹堂

摘 要:以乙酸和无水醋酸为原料,浓H₂SO₄作催化剂来制备乙酸乙酯,在实际教学中存在着安全、环保等问题,通过分析选用固体催化剂合成乙酸乙酯对实验进行改进,并讨论固体催化剂所使用的条件.

关键词:乙酸乙酯 固体催化剂 催化合成

乙酸乙酯的制取是中学实验教学中的学生实验之一.乙酸乙酯合成工艺是乙酸和醇的酯化法,催化剂为浓硫酸,具体的实验过程中用浓硫酸作催化剂其催化效率高、反应温和,但存在以下缺点:

(1)加料速度慢,否则会使体系温度升高,使乙醇挥发,造成产率降低,这无疑也延长了实验时间.

(2)由于浓硫酸具有酯化、氧化、脱水等作用,易导致乙醚、乙烯、二氧化硫、乙醛等产物的生成;局部过热硫酸还可以使有机溶剂碳化,不仅造成产率降低,也给产品的精制带来许多麻烦,对环境有严重的影响.

(3)因浓硫酸具有强腐蚀性,操作不慎,易被烧伤,安全性较差.

(4)反应温度要求严格.

(5)废液不易处理.

(6)不能重复使用.

由于浓硫酸作催化剂有以上缺点,我们对乙酸乙酯的制备实验进行了改进.选用固体催化剂制备乙酸乙酯,它的优点有对实验设备要求低、副反应少、对环境污染轻、用量少、安全性高、催化剂经处理可以重复使用.为此我们选择固体催化剂(路易斯酸)合成乙酸乙酯,并讨论固体催化剂所使用的条件.

一、实验部分

1.主要仪器:圆底烧瓶(50mL)、蒸馏及冷凝装置一套、酒精灯、温度计、水浴锅.

2.主要试剂和原料:

冰醋酸、95%乙醇、固体催化剂(AlCl₃、CaCl₂、MnCl₂),均为分析纯.

3.操作:

在50mL干燥的圆底烧瓶中加固体催化剂、9.5mL无水乙醇、6mL冰醋酸混匀装上冷凝管采用蒸馏装置.加热(水浴加热回流0.5h),冷却,改为蒸馏装置,蒸出乙酸乙酯(直到流出液体积约为反应物体积的1/2为止),洗涤,干燥,精馏,称量.

二、结果与讨论

1.用AlCl₃作催化剂合成乙酸乙酯

分别取相同量的无水乙醇和冰醋酸的混合液,加入不同质量的无水CaCl₂进行乙酸乙酯合成.

由图1看出在使用无水AlCl₃作催化剂合成乙酸乙酯,无水AlCl₃的用量为3g时,在同等条件下合成的乙酸乙酯的产量为最高.

用固体AlCl₃催化合成乙酸乙酯的优点是:

(1)AlCl₃是较好的路易斯酸,容易形成较稳定的碳正离子;

(2)在合成中不与乙醇形成结晶醇,原料利用率高.

用固体AlCl₃催化合成乙酸乙酯的缺点是:

(1)AlCl₃易水解,降低其催化活性,影响乙酸乙酯的产率;

(2)AlCl₃要求原料纯度较高.

2.用无水CaCl₂作催化剂合成乙酸乙酯

无水CaCl₂为白色固体(粒状、块状或粉末),比重2.15,味微苦,易溶于水,同时放出大量的热,在空气中易潮解.

分别取相同量的无水乙醇和冰醋酸的混合液,加入不同质量的无水CaCl₂进行乙酸乙酯合成.

由图2看出在使用无水CaCl₂作催化剂合成乙酸乙酯,无水CaCl₂的用量为5g时,在同等条件下对合成的乙酸乙酯的产量为最高.

用固体CaCl₂催化合成乙酸乙酯的优点:(1)对原料纯度要求低;(2)加入过量可除去部分水,提高乙酸乙酯的产率.

用固体CaCl₂催化合成乙酸乙酯的缺点是:CaCl₂固体易与乙醇形成结晶醇.

3.用无水MnCl₂作催化剂合成乙酸乙酯

无水MnCl₂是粉色晶体,易潮解,易溶于水和醇,但不溶于醚,在某些反应中可用作催化剂.分别取相同量的无水乙醇和冰醋酸的混合液,加入不同质量的无水MnCl₂进行乙酸乙酯合成.

用固体MnCl₂催化合成乙酸乙酯的优点是:对原料的纯度要求不高,MnCl₂用量少,能提高乙酸乙酯的产率,不易形成结晶醇.固体催化剂用量少合成产物产率高.

三、结论

综上所述,选用固体催化剂制备乙酸乙酯,它的优点是:对实验设备要求低、副反应少、对环境污染轻、用量少、安全性高,催化剂经处理可以重复使用.改进后变得简单易行,消耗药品少,并且彻底杜绝了有毒气体的外逸,还可利用实验改进的思想对学生进行保护环境的教育.

(责任编辑:罗 艳)