乙酸丁酯的合成与精制实验方案.docx
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乙酸丁酯的合成与精制实验方案
乙酸丁酯的合成与精制实验方
案
产生的废水多，污染环境，给环境保护带来很大的压力。
随着人们充分利用资源、简化工艺流程、提高经济效益、保护生存环境的意识不断增强和环保法规的日益完善，用环境友好催化剂替代浓硫酸催化合成酯类化合物已成为探索方向。
对于乙酸正丁酯合成实验方案的改进中，绝大多数还是以酸、醇为原料的，只是所采用的催化剂不同而已，但是大多数均为固体酸。
先将所查到的文献的部分方案简要叙述如下：
①蔡新安[2]等人利用廉价易得的硫酸氢钾催化剂来制备乙酸正丁酯，酯化产
率较高，催化剂可重复使用，后处理简单，效果良好。
硫酸氢钾是一种廉价、
易得、稳定的无机酸性晶体，能够催化合成乙酸正丁酯。
由于它难溶于有机反
应体系，因而对设备的腐蚀性小，酯化率高，能够重复使用，是替代硫酸催化
合成乙酸正丁酯的良好催化剂，适合工业化生产。
研究得出的最佳条件为：
正
丁醇的用量为0.25mol，醇酸摩尔比为1:
1.3，催化剂用量为反应物总质量的3%，
在此条件下最高产率为
86.83%。
②柳艳修[3]等人在微波辐射的作用下研究了HZSM-5分子筛催化剂的多相
催化酯化法合成乙酸正丁酯的反应，探讨了催化剂用量、微波辐射的功率、微
波辐射的时间、和吸水剂用量对反应的影响。
结果表明：
在酸醇体积比为1.6时，HZMS-5分子筛催化剂为0.094g/ml（以乙酸计），微波辐射功率为640W，微波辐射时间为30min吸水机（氯化钙）为0.375g/ml（以乙酸计），酯的收率可以达到98.7%。
③冯桂荣[4]等以乙酸和正丁醇为原料，分别以浓硫酸、三氯化铁和固体超强
酸SO4/Fe2O3为催化剂合成乙酸正丁酯。
利用正交设计法，通过极差分析，探讨了催化剂种类、醇酸摩尔比和酯化时间及它们之间的交互作用对酯的收率的影
响。
实验结果表明较好的催化条件是：
醇酸物质的量比为2时，催化剂为固体超
强酸SO4/Fe2O3，酯化时间为2h，其酯的收率可达93.5%。
④尹彦冰[5]等人研究了以乙酸和正丁酯为原料，磷钼钒杂多酸为催化剂合成
乙酸正丁酯的反应，考察了原料醇酸物质的量比、反应时间、反应温度、等因
乙酸丁酯的合成与精制
素对酯化反应的影响，经过试验确定了合成乙酸正丁酯的较佳工艺条件，醇酸
物质的量比为1.2:
1，磷钼钒杂多酸催化剂用量为反应总量的0.6，反应时间为85min，反应温度为115℃，在此条件下，乙酸正丁酯的收率为93%~95%。
关于乙酸正丁酯的合成，方案远不止这些，还有催化精馏合成乙酸正丁酯、以硫酸改性煤基活性碳为催化剂、以离子液体、PVC-PP吸附金属离子催化合成乙酸正丁酯等。
我们小组决定采用如下方法合成与精制：
以乙酸、丁醇为原料，采用硫酸氢钾作催化剂，在油浴加热的情况下合成乙酸正丁酯。
CH3COOHCH3（CH2）3OH
、催化剂
CH3COO（CH2）3CH3
该反应是可逆反应，为使平衡向生成酯的方向移动，可以使反应物（酸或醇）之一过量，或将生成物（酯或水）从反应体系中及时除去，或者两者兼用。
若使酸（醇）过量，虽然醇（酸）转化率提高，但是酸（醇）转化率会降低，因此这种方法可以根据原料的经济性选择哪一种原料过量，因乙酸比丁醇便宜，
同时考虑精制时乙酸较好被除去，故在此选用酸醇配比约为1.3:
1。
因为酯化反应要生成产物水，水对反应的进行程度有很大的影响，故在反应的同时要除掉水。
在此用分水器将生成的水通过共沸混合物初步除去，这样可以移走反应产生的水增大反应的转化率。
精制原理：
合成反应得到的粗酯产品中，除了大量含有产物乙酸正丁酯外，还有少量的水、正丁醇、乙酸、可能的副反应产物和反应杂质。
需要进一步分离提纯。
通过饱和碳酸钠溶液洗涤除去乙酸，再用饱和食盐水洗涤降低丁醇在酯中的溶解度，然后用无水硫酸镁除去可见水，最后通过蒸馏来得到较纯的产品。
本实验由于目标产物乙酸正丁酯的沸点高于体系中其他所有物质，因此可以用蒸馏的分离方法得到纯度更高的乙酸正丁酯。
表1为我国乙酸正丁酯的国家标准（GB3728-91）[6]
乙酸丁酯的合成与精制
表1我国乙酸正丁酯的国家标准（GB3728-91）
指标名称
优等品
一等品
合格品
色度（铂-钴），号
10
10
20
≤
密度，（20℃），
0.878-0.80.878-0.80.820-0.
g/cm3
83
83
883
乙酸正丁酯含量，
99.2
98.0
96.0
%
≥
水
分
，
%
0.10
0.20
0.40
≤
酸
度
（
以
0.004
0.005
0.010
CH3COOH
计），
%≤
蒸发残渣，%0.0020.0050.010
≤
主要物理性质：
[7]
1）主要反应物、产物的物理常数
表2各物质性质表
名密熔沸折分子性质
乙酸丁酯的合成与精制
称
度
点
点
光
量
/（g/
/℃
/℃
率
/（g/m
ml）
ol）
乙
1.04
16.6
117.
1.37
无色透明，
酸
92
9
15
60.15
刺激性酸臭
正
微溶于水，溶
-88.
117.
1.39
于乙醇、醚
丁
0.81
9
5
91
74.12
醇
多数有机溶
剂
乙
酸
0.88
-73.
126.
1.39
微溶于水，溶
116.1
正
2
5
1
41
于醇、醚等多
6
丁
数有机溶剂
酯
硫
白片状或粒
酸
分
2.24
197
136.1状结晶，易吸
氢
5
解
7
湿，低毒
钾
2）正丁醇、乙酸正丁酯和水形成的几种恒沸化合物：
乙酸丁酯的合成与精制
表3恒沸化合物一览表
恒沸化合物
乙酸正丁酯-水
二
正丁醇-水
元
乙酸正丁酯-正
丁醇
三乙酸正丁酯-正
元丁醇-水
组成的质量分数
沸点
/%
乙酸
/℃
正丁
正丁
水
酯
醇
90.7
72.9
27.
1
93.0
44.
55.5
5
117.
32.8
67.2
6
90.7
63.0
29.
8.0
0
三、实验所需的仪器与药品
1.实验药品：
正丁醇，冰醋酸，硫酸氢钾，碳酸钠，无水硫酸镁，氯化钠，棉花，pH试纸，去离子水，乙酸正丁酯。
2.实验仪器：
磁力搅拌加热套1台（搅拌子），三口圆底烧瓶（250ml），分水器，球形冷凝管，温度计，玻璃棒，玻璃漏斗，分液漏斗，直形冷凝管，
接引管，锥形瓶（100ml一个），量筒（100ml一只），烧杯（250ml两个，50ml
两个），分析天平，气相色谱仪。
四、实验流程图、实验装置图
乙酸丁酯的合成与精制
设计流程框图如下：
H2O
55ml正丁醇回流
45ml冰乙酸
2.8g硫酸氢钾△
过滤
粗产品
乙酸正丁
酯
前馏分
蒸馏（118-124
℃）
下层
洗涤液
饱和NaCO3
溶液
粗产品分液
上层
粗产品
饱和
NaCl溶液
上层分液下层
无水硫酸镁
残液
粗产品
△
粗产品洗涤液
图1.乙酸正丁酯工艺流程框图
设计实验装置图如下：
乙酸丁酯的合成与精制
温
度
计
蒸
馏
头
直形冷凝管接引管
接收瓶
蒸馏瓶
图
3.
图2.
蒸馏实验装置图
反应装置
图
五、实验拟定方案
1.实验步骤
1）准备实验药品，检查药品是否有变质的情况；
2）检查仪器是否齐全，连接好实验装置；
3）量取乙酸45ml，丁醇55ml，硫酸氢钾催化剂2.8g，加入到250ml烧瓶中，同时加入几粒沸石；
4）在分水器中加入计量过的水（在分水器上做好标记），使水面稍低于分水器回流支管的下岩。
打开冷凝水，反应瓶在磁力搅拌器上，小火加热回流。
5）反应过程中，不断有水生成，并通过回流进入分水器，通过分水器下部的开关将水分出（计量分水器中分出的水），注意水层与油层的界面，不要将油层放掉。
6）反应至不再有水产生时，此时停止加热，移走热源，冷却。
7）过滤分离出催化剂，将分水器中酯层液体倒入分液漏斗，分出水层。
8）用40ml饱和碳酸钠溶液洗涤至中性，再依次用40ml饱和氯化钠溶液洗涤，分出酯层。
乙酸丁酯的合成与精制
9）将分离出来的上层油层倒入一干燥称重的小锥形瓶中，加入无水硫酸镁干燥，直至液体澄清。
10）干燥后的液体，用少量棉花通过三角漏斗过滤至干燥的250ml蒸馏烧瓶
中，加入沸石，安装蒸馏装置，磁力搅拌器加热，收集118-124℃的馏分。
11）称量，计算产率，配制标液，用气相色谱法测定乙酸正丁酯的纯度（后附气相色谱仪使用方法）。
12）停止加热，移走热源。
待装置冷却后，按照步骤拆卸、整理装置。
13）打扫实验室。
2.取样分析方法：
1）气相色谱测法测定待分析试样的组成（质量分数）；
气象色谱法简介：
①选择分离柱：
空心柱
②载体：
硅藻土
③载气：
纯N2
④固定液：
甲基聚硅氧烷。
结构式如下：
RRR
RSiOSiOSiR
RRnR
图4.甲基聚硅氧烷结构式
⑤检测器：
FID火焰离子化检测器
⑥气相色谱法流程装置图如图5
乙酸丁酯的合成与精制
6
7
B
9
5
4
D
2
3
8
1
C
A
E
10
1-高压钢瓶
2-减压阀
3-载气净化系统
4-针形阀
5-流量计
6-压力表
7-进样器
8-色谱柱
9-检测器
10-记录仪
A-载气系统；B-进样系统；C-分离系统；D-检测系统；E-放大记录系统
图5.气相色谱法流程装置图
⑦计算组分的方法：
归一法。
先用标液测定计算校正因子。
因组分数较少故采用归一化法。
计算公式：
Aifi
wi%100%
Aifi
式中：
wi%为试样组分i的百分含量；
fi为组分i的校正因子；
Ai为组分i的峰面积（cm2）；
附：
气相色谱仪使用方法[8]：
一、仪器运转
乙酸丁酯的合成与精制
1、打开氮气钢瓶高压阀，调节输出气体压力。
2、打开气相色谱仪电脑。
3、取下导热池出口两个堵头。
用皂膜流量计测量两出口的气体流速，调节
为一致或基本近似。
4、通气15-20min后，打开气相色谱仪主机电源开关和加热开关。
5.由面板键设置柱箱温度200℃，保持10min，导热池温度230℃、导热池电流65mA、极性为负，注样温度220℃，并开始加热升温。
6、导热池升温完成后，打开主机小面板右面的红色开关。
7、点击打开数据采集工作界面，数据采集工作界面选择A/B，采样分析时
间设为8min。
启动气相色谱仪主机的数据采集，等待基线平稳后，点击气相色谱图采集停止图标停止数据采集，
气相色谱仪面板上准备灯亮时，即可以进样。
二、定性、定量分析
1、用微量注射器吸取1uL分析纯的乙酸快速注入进样器内，同步按单列的
数据采集按键，开始色谱分析，当分析完成后，读出色谱峰出现最高点时的时间，即为乙酸的保留时间，用同样的方法测出水、正丁醇、乙酸正丁酯的保留时间。
2、取乙酸、水、正丁醇、乙酸正丁酯的混合物1uL，注入进样器内，同步
按单列的数据采集按键，开始色谱分析。
读出各峰的保留时间，再与上述各已知物的保留时间对照，即可判断样品代表那种物质，并测出各峰的峰面积，用作定量计算。
3、取标液的混合物1uL，注入进样器内，同步按单列的数据采集按键，开
始色谱分析。
由所得到的色谱图数据可以求得组分的相对重量校正因子（fi）。
乙酸丁酯的合成与精制
三、测量完毕关色谱仪过程
1、关闭主机小面板右面的红色开关。
2、分别顺序按导热池按键、显示键和清除键；注样器按键、显示键和清除
键；柱箱按键、显示键和清除键。
中止对导热池检测器、气化器还填充柱的温
度加热。
3、关闭数据工作界面，关闭计算机。
4、当气化器和检测器的温度降至90度以下时，关闭色谱仪主机电源开关和
加热开关。
5、安装上导热池出口两个堵头。
6、关闭氮气钢瓶的减压阀和高压阀。
六、参考文献
[1]白秀丽,李晓莉.乙酸正丁酯的合成与应用[J].长春师范学院学报,2002,02:
13-14.
[2]蔡新安,陈列喜,章慧芳,汪铃,王凯凯.硫酸氢钾催化合成乙酸正丁酯[J].景德镇高专学报,2012,03:
37-38.
[3]柳艳修，李丽荣，张铁晶，张文超.微波辐射-多相催化合成乙酸正丁酯.化学工业与工程[J].2010,27
（1）:
17-20.
[4]冯桂荣，耿静.乙酸正丁酯合成条件探讨.唐山师范学院学报[N].
乙酸丁酯的合成与精制
2007,29（5）:
73-74.
[5]尹彦冰，朱杨清，孙季如，杨玉林.磷钼钒杂多酸催化合成乙酸正丁酯的研究.
化工时刊[J].2009,23（11）:
14-16.
[6]化工专业实验讲义-2013版
[7]工科化学实验四川大学出版社谢川鲁厚芳主编
[8]仪器分析实验（自编讲义）四川大学化学学院四川大学化学基础实验教学中心仪器分析实验室徐泽民编写2011年
5月
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