乙酸乙酯实验制备的改进

摘要： 实验室用浓硫酸催化法合成乙酸乙酯成本高、产率低，而且绿色环保效果不好。采用硫酸氢钠作为催化剂催化合成乙酸乙酯，通过对实验装置进行改进，大大提高了实验产率。NaHSO4•H2O无毒无害，便宜易得，且反应后处理简单，不污染环境，不腐蚀设备，实现了化学实验的绿色化，实验效果良好。

关键词：乙酸乙酯 催化 改进 NaHSO4•H2O 装置

乙酸乙酯的合成是有机化学实验教材中的重要实验内容之一，传统方法是用浓硫酸催化乙酸、乙醇在一定的温度下合成。但此方法存在一些不足，如：浓硫酸的用量多，操作步骤复杂，副反应多（如炭化作用和生成乙烯、乙醚等），催化合成产率低，对设备腐蚀严重，教学实验用时长等。近年来，以杂多酸、分子筛、固体超强酸和金属氯化物等作为该反应催化剂的研究时有报道［４］－［１６］，但这些催化剂，有的催化能力偏低，有的其自身合成比较麻烦，前期准备工作复杂，时间长，不适于教学实验。

随着绿色化学的兴起和环保意识的加强，实验内容也应从培养学生的环保意识出发，摈弃一些对环境污染严重的内容而代之以对环境友好的内容。因此从简化重复步骤，缩短教学实验时间，节约能源和实验试剂，保护环境的角度出发，在实验教学过程中，笔者探究了环境污染小，价廉易得，腐蚀性小的硫酸氢钠代替硫酸作催化剂并在合成装置上做了改进，取得了良好的实验效果。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

1.1.1 仪器

MYB型调温电热套（天津市华北实验仪器公司）， 2W型阿贝斯折光仪（上海精密科学仪器有限公司），SP-2100型气相色谱仪（北京北分瑞利色谱仪器有限公司），冷凝管， 三颈烧瓶，温度计，锥形瓶，分析天平，量筒，分馏柱。

1.1.2 试剂

冰醋酸（分析纯），无水乙醇，无水氯化钙，饱和碳酸钠溶液，饱和食盐水，饱和氯化钙溶液，NaHSO4•H2O。

1.2 硫酸氢钠催化酯化优化反应条件

该实验按硫酸氢钠催化法进行，在装有温度计、滴液漏斗及合适高度分馏柱的三颈瓶中加入1.5g的一水合硫酸氢钠催化剂与5.8ml的乙酸，并加入几粒沸石，当加热至80℃左右时，从滴液漏斗中加入11.7ml乙醇和11.6ml乙酸的混合液，开始记时，适当地控制滴加速度，前10min稍快，待有馏出液时保持滴加速度与馏出速度相等，并控制反应液温度在92-96℃，45min内滴加完毕，继续蒸馏，当馏出液温度达到70℃左右时停止反应，把得到的粗产品直接用无水氯化钙干燥1小时后蒸馏，收集74-79℃的馏分，得无色透明有水果香味的乙酸乙酯。以酯收率为参考指标，实验结果分析得出优化条件为:醇酸摩尔比为1:1.5，催化剂用量为1.5g/（11.7ml乙醇），反应温度为92-96℃，实验时间为3-4学时

1.3 醇酸摩尔比的确定

固定无水乙醇用量为11.7ml，催化剂1.5g，改变冰醋酸用量，控制反应温度92-96℃，在相同时间内边滴加边分馏，结果见表1：

表1中数据表明，随着醇酸摩尔比的增加，酯的产率逐渐提高，醇酸比达到1:1.5的时，产率为86.87%，继续增大醇酸比，酯的产率增加不大，因此采用1:1.5的醇酸比对降低实验成本较为有利，采用乙醇过量的配比是考虑到产品后处理工艺的难易，当乙醇过量时，馏出液中除酯外还有大量的乙醇，因酯、水、醇三者之间有二元及三元共沸物，所以很难用蒸馏的方法将三者分开，当酸过量时，粗产品中残留的酸与酯的沸点相差很大，所以通过简单蒸馏可以将其分离，而不必有复杂的后处理工序，既减少了“三废”的排放，又减少了对环境的污染，所以确定适宜的醇酸摩尔比为1:1.5。

1.4 催化剂用量的确定

固定冰醋酸用量为17.4ml，无水乙醇11.7ml，控制相同的条件，改变催化剂用量分别实验，结果见表2

由表2可见，随着催化剂用量的增加，酯收率逐渐增加，当超过1.5g时，酯的产率增加不明显，因此催化剂的最佳用量为1.5g/(11.7ml无水乙醇)。

1.5 反应温度的确定

实验表明，酯化反应在达到三元共沸物时，粗酯产率有明显的提高，继续升高温度酯的产率提高不大，并且反应温度在100℃以上时，产率反而下降，因此，合成乙酸乙酯的温度应控制在92-96℃为宜。

1.6 反应原料的确定

固定醇酸比，固定催化剂用量，利用不同的反应原料，在相同的实验条件下比较酯的产率，结论见表3

表3实验数据表明用无水乙醇作为原料酯的产率较高，但从降低实验成本来考虑选用95%乙醇亦可。

2 硫酸氢钠催化法与教材实验提供的结果比较

2.1 酯化反应条件及其结果的比较

催化剂、反应时间、反应温度、实验用时和反应收率的比较见表4，从表4数据可看出NaHSO4••H2O 的催化效果比浓硫酸好。

2.2 实验步骤及处理流程比较

实验步骤及处理工艺流程比较见表5，很明显，硫酸氢钠催化法可省去后处理工序，大大节约实验时间，降低了实验成本，减少了“三废”的排放，对环境起到了明显的保护作用。材料方法一用间歇式加料的分馏装置反应，装置安装稍微复杂，反应时间长；而材料方法二用半连续加料的回馏装置反应，反应时间不算长，但要将回流装置改换成蒸馏装置，中间有等待冷却的时间，所以教材所用制备方法的实验总用时都比本实验研究所用时多2个小时以上。

2.3 实验装置的比较

2.3.1 回流法:该方法是把反应原料一次性投入到反应器中，加热回流一段时间后再蒸出产物的方法，这种方法一方面把产物及时移出反应体系；另一方面蒸馏过程中会有醇和酸馏出，给后处理工作带来麻烦，所以产率较低。

2.3.2 边滴加边蒸馏法:反应过程中可以把产物及时移出反应体系，但蒸馏效果不佳，仍需后处理工作。

2.3.3 边滴加边分馏法:用合适高度的分馏装置代替蒸馏装置，边滴加边分馏，既可以将产物移出反应体系，又避免了高沸点物的蒸出，因而可省去洗涤等操作，大大节约了实验时间。

3实验结果及讨论

表6列出了当醇酸摩尔比为1:1.5，催化剂用量为1.5g/11.7ml乙醇，反应温度为92-96℃，并保持基液的量基本不变时，平行实验3次的结果。

由表6可以看出，NaHSO4•H2O的催化性能好，3次实验的产率基本保持不变，平均值为86.68%，按照本方法制得的乙酸乙酯折光率为nD20=1.37147-1.3732，与文献相符，产品为无色透明液体，馏程为74-79℃，有水果香味。

4 结论

4.1 实验工艺条件

通过实验比较，可以确定用于合成乙酸乙酯教学实验的最佳条件为:醇酸摩尔比为1∶1.5，催化剂用量为1.5g/11.7ml乙醇，反应温度为92-96℃，实验时间为3-4学时，该实验采用边滴加边分馏的实验装置。

4.2 硫酸氢钠催化法的优点

(1) NaHSO•4H2O作为乙酸乙酯合成的催化剂，来源广泛，价格低廉，容易买到，实验准备简单，适合教学实验使用。

(2) NaHSO4•H2O不溶于反应体系，后处理工序简单，省去了硫酸催化法中的洗涤程序。

(3) 降低实验成本，减少了“三废”的排放，增强了学生环保和节约的意识。

(4) NaHSO4•H2O代替硫酸能减少副反应发生，也降低了后处理过程中产物因分解而造成的损失，有利于提高酯化反应产率，而且产生废酸少，有利于树立学生环保意识。

(5) 实验装置的改进及后处理工序的简化，大大节约了实验时间，提高了产品的质量。

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