硫酸锌催化合成丙酸丁酯陈志刚1许招会2胡石金21.南昌有色冶金设计研究院江西南昌3300022.江西师范大学化学学院江西南昌330027摘要:研究了硫酸锌结晶水合物作催化剂在优化条件下催化合成丙酸丁酯.实验结果显示:固定丙酸用量0.1moln酸n醇1∶1.5mol/mo1带水剂环已烷10mL催化剂用量1.50g回流反应4.0h产品收率可达82.0以上。关键词:丙酸丁旨硫酸锌催化合成丙酸丁酯为无色透明的液体现被广泛用作溶剂、增塑剂、合成香料及有机合成的中间体故它是一种用途广泛的有机化工产品。合成丙酸丁酯的方法较多但为工业常用的是以硫酸为催化剂丙酸与正丁醇直接脱水合成1由于该方法虽产品收率较高但其腐蚀设备严重副反应多后处理工艺复杂故寻找一类催化剂活性高环保型的催化剂最为科研工作者所关注。国内有人报道固体超强酸2作催化剂但固体超强酸的制备工艺比较复杂较难实现工业化也有人报道用无机盐类如铁钾加合物3催化合成丙酸丁酯但易存在较多副反应给产品的纯化带来较大的困难笔者本文采用硫酸锌结晶水合物催化合成丙酸丁酯实验结果发现该催化剂不仅催化活性较高而且后处理工艺简单只需简单过滤、盐水洗涤另外该方法具有不腐蚀设备催化剂的重复使用性能较好故具有较大的工业应用前景。1.实验部分1.1试剂与仪器丙酸、正丁醇、ZnSO4?7H20均为分析纯环已烷为化学纯。WZS-T阿贝折光仪PerkinElmerSpectrumOneFT-IR仪KBr液体池GC-9A气相色谱仪常规玻璃仪器。1.2酯化反应在100mL的三颈烧瓶中依次加入一定量的丙酸、正丁醇、带水剂环已烷再加入适量的催化剂及几颗沸石放入油浴上装上分水器及回流冷凝管开始加热到回流分水分水至不再带出水珠为止停止加热冷却至室温过滤出催化剂。将反应液用饱和食盐水洗涤3-4次无水CaCl2干燥通过常压精密分馏收集139℃～142℃馏分称重并计算产率。2.结果与讨论实验中主要以产品收率为考察目标通过正交实验确定了较优的操作条件并在此基础上进行了单因素的检验。2.1正交实验设计与结果正交实验因素———水平安排见表1实验结果见表29212004年6月硫酸锌催化合成丙酸丁酯表1交实验因素———水平表因素123An酸/n酯/mol/mo11.31.51.7B催化剂用量/g1.001.251.50C反应时间/h3.04.05.0D反应温度/℃9698102表2正交实验结果序号ABCD产率/带水量/g1111152.41.022122272.01.413133365.61.174212382.61.865223170.31.356231276.41.387313268.01.128321359.81.209332170.11.43T1190.0203.0188.6192.8T2229.3202.1224.7216.4T3197.9212.1203.9208.0R39.310.036.123.6最佳水平A2B3C2D2从表1表2可见:反应的摩尔配比对产品收率的影响为最大为了更准确考察催化剂用量对产品收率的影响进行了单因素检验。2.2酸醇摩尔配比对产品收率的影响取丙酸0.1mol催化剂用量1.50g带水剂环已烷10mL回流反应4.0h改变正丁醇的用量实验结果见表3。表3反应物摩尔配比对产品收率的影响n酸/n醇/mol/mo11∶1.01∶1.31∶1.41∶1.51∶1.61∶1.71∶1.8产品收率/43.167.269.682.182.380.180.3由表3可知:随着正丁醇用量的增大产品收率也随着提高但当酸醇摩尔配比为1∶1.5031江西化工2004年第2期时产品收率增加不明显甚至还会降低故酸醇摩尔配比以1∶1.5为最佳。2.3最佳反应条件的重复实验根据正交实验及单因素检验结果合成丙酸丁酯的最优条件为:丙酸用量为0.1mol正丁醇用量为0.15mol催用化剂用量为1.50g带水剂环已烷10ml在98℃随近回流反应4.0h在此条件下进行重复数次平行实验产品收率见表4。表4最佳反应条件的重复实验实验序号1234产品收率/81.883.282.882.3从表4可知:在最优条件下平行反应实验良好产品收率在81.8-83.2.2.4催化剂的重复使用效果在上述最佳条件进行第一次反应后过滤分离催化剂按上述最佳条件进行数次平行实验结果见表5。表5催化剂的重复使用效果重复次数n1234产品收率/82.381.680.076.5由表5可见该催化剂的重复使用效果较好多次重复使用产品产率未见明显降低。2.5产品分析制得的丙酸丁酯为无色透明液体折光率n20D1.4010.与文献值符合4。红外测量结果发现:1742.16cm-1为酯羰基的伸缩振动吸收峰1244.00cm-1为酯谱带特征峰未出现羧基、醇羟基的吸收峰。3.结论ZnS04?7H20催化剂合成丙酸