乙酸乙酯催化剂效能的比较研究

摘要：通过乙醇乙酸酯化法合成乙酸乙酯的试验，对对甲基苯磺酸、硫酸氢钠、氯化铁晶体三种催化剂的不同指标进行比较，从而对催化剂的催化效能进行评价，筛选出最经济有效的催化剂为对甲基苯磺酸。

关键词：乙酸乙酯；对甲基苯磺酸；硫酸氢钠；氯化铁晶体

中图分类号：TQ655 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2012）-12-0043-2

基金项目：吉林农业科技学院大学生科技创新项目。

乙酸乙酯是化工、医药、染料的基本原料，也可用于涂料、纤维等有机物质的溶剂，由于他还具有独特的香味，因此在食品工业中可用作调味剂，是常见的应用广泛的脂类，传统工业以及教学当中都使用浓硫酸做催化剂，酯化率低、后处理工艺复杂、设备腐蚀、三废污染严重，已经不符合绿色化学的主题，本文将对对甲基苯磺酸、硫酸氢钠、氯化铁晶体三种催化剂的催化效能做一评价[1]。

1 材料与方法

1.1 试剂

乙醇（分析纯）；冰乙酸（分析纯）；对甲基苯磺酸；硫酸氢钠；氯化铁晶体；环乙烷；饱和碳酸钠；饱和氯化钠；沸石；饱和氯化钙。

1.2 仪器

2WAJ 阿贝折光仪（上海光学仪器厂）；IR红外光谱仪（北京科贸有限公司）；PTHW 电加热套（上海一科一起设备有限公司）；RKC REX-C100温控仪（浙江乐捷有限公司）；FZG-15干燥箱（南京华奥干燥设备有限公司）；冷凝管等常见玻璃仪器。

1.3 乙酸乙酯的合成

装置好温度计、滴液漏斗、回流冷凝管后，在三颈中，加入一定量的催化剂、环己烷与0.1mol乙酸，并加入几粒沸石，缓慢升温并快速搅拌，当温度达到78℃时通过滴液漏斗缓慢加入0.2mol的无水乙醇，回流反应一段时间后，稍冷却，改装成蒸馏装置，温度控制在60℃～80℃[2]。

将得到的馏出液进行后处理，将饱和的碳酸钠溶液加入馏出液中，不断振荡直到无气泡产生，逐渐加入饱和的NaCl溶液，将混合液转入分液漏斗中，分去水层，用饱和碳酸钠溶液洗涤，直至石蕊试纸检验酯层时不显酸性，再用饱和氯化钠和饱和氯化钙洗涤，放出下层废液，取有几层用无水硫酸镁干燥后得到乙酸乙酯[3]。

改变催化剂的用量重复多次试验，测其产率，筛选出催化剂的最佳用量，并重复利用催化剂，测其使用次数。

1.4 产品检验

将所得产品进行红外光谱分析，并用阿贝折光仪测其折射率[4]，与文献值对照。

2 结果与讨论

2.1 产品分析

所得产品为无色透明具有果香味的液体，经红外光谱分析，其红外光谱图与标准图谱[5]基本一致，经折射仪测定ND20 =1.3778～1.3722，与文献值[6]基本相符，确定为乙酸乙酯。

2.2 对甲基苯磺酸的催化效能

对甲基苯磺酸的使用量对乙酸乙酯产率的影响见图2-1。

对甲基苯磺酸从0.2g增加到0.4g，其产率逐渐增加，到0.4g时产率达到最大值92%，随后随着对甲基苯磺酸量的增加产率反而下降，可能是过量的对甲基苯磺酸导致了副反应的发生。

2.3 硫酸氢钠的催化效能

硫酸氢钠使用量对乙酸乙酯产率的影响及使用次数对催化效能的影响见图2-2、2-3。

硫酸氢钠的量从0.8到1.2逐渐增大，其产率也逐渐增加，到1.2g时产率达到最大值85%，但随后随着硫酸氢钠的逐渐增大，其产率降低，可能是过量的硫酸氢钠导致了副反应的发生。

从图中可以看出，硫酸氢钠用到三次之后，其催化效能骤然降低，所以硫酸氢钠可使用3次。

2.4 氯化铁晶体的催化效能

氯化铁晶体的使用量对产率的影响及氯化铁使用次数对产率的影响见图2-4、2-5。

氯化铁晶体的量从11g到13g逐渐增加，到13g时产率达到最大值57%，随后随着氯化铁晶体的增加其产率降低，可能是过量的氯化铁晶体导致了副反应的发生。

从图中可以看出，氯化铁晶体在前五次使用时，其催化效能保持稳定，在第六次使用时，催化效能骤降。

2.5 结论

从上述图中可知，当对甲基苯磺酸0.4g时，产率为92%，是三种催化剂中用量最少而产率最高的。所以乙酸乙酯的制备用对甲基苯磺酸最经济有效。此三种催化剂来源广泛，价廉易得，对设备的腐蚀和环境的三废污染远小于传统工业中所用的浓硫酸，对甲苯磺酸是强固体有机酸，其催化效能最高，但因其溶于有机溶剂，所以若要重复利用，其后处理复杂，繁琐，硫酸氢钠催化效能次之，难溶于有机溶剂，所以要重复利用，其后处理方便。氯化铁晶体催化效能不及前两者，但可重复利用次数多，操作方便，反应温和，也是一种值得推广的绿色催化剂。

参考文献

[1] 徐常龙等.硫酸氢钠催化合成乙酸乙酯[J].九江学报，2005，2（4）：53-66.

[2] 周本华，张怀红.绿色合成法制备乙酸乙酯[J].上东化工，2010，9（11）：25-27.

[3] 冯喜兰等.乙酸乙酯合成实验的改进[M].实验科学与技术，2010，6（4）：15-17.

[4] 高占先.有机化学实验[M].高等教育出版社，2006：111-112.

[5] AldrichKatalogHandbuch.SigmaChemieCmbhDeutchland.1993：644-650.

[6] 辛督强等.测量液体折射率的几种方法[M].大学物理，2007，1（1）：34-37.