對實驗室制備乙酸乙酯方法的改進

〔關鍵詞〕 實驗;乙酸乙酯;反應物;實驗

裝置;催化劑

〔中圖分類號〕 G633.8

〔文獻標識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463(2010)

09(A)—0056—01

近年來，實驗室制備乙酸乙酯的改進方法越來越引起人們的關注。中學教材中采用順次加入乙醇、乙酸和濃硫酸后，不加以振蕩、混合，濃硫酸沉在試管底;加熱時燈焰又集中在試管底部，由于上層液體存在大量水，在兩層液體交界處，水劇烈汽化造成崩沸，酸液容易沖開橡皮塞;再者，加入濃硫酸過少，37%的乙酸中大量的水使濃硫酸變為稀硫酸，此時硫酸既不能作催化劑又不能作干燥劑;在進行加熱操作時，低沸點成分水與乙醇大量揮發進入碳酸鈉水溶液中，試管內高沸點成分硫酸與乙酸逐漸增加，液體蒸發劑減少，蒸氣壓不能恒定，一旦加熱溫度稍有下降，蒸氣壓也大幅度下降，碳酸鈉溶液倒流入大試管內。為了避免上述事故的發生，我們采用下列方法。

調節反應物之間的比例

在整個反應過程中，我們用冰醋酸來代替37%的乙酸，因為乙酸和乙醇以等摩爾數反應達平衡時只有2/3的乙酸和乙醇轉變成酯，而1/3的酸和醇未起作用，為了獲得高產率的酯，通常采用增加酸和酯的用量及不斷移去酯和水的方法提高產率，使用幾乎不含水的冰醋酸有利于提高產率。或者我們可以使用37%的乙酸，95%乙醇，濃硫酸的體積比調節為1∶1.5∶1，這樣濃硫酸的量正好合適，實驗效果明顯。

對實驗裝置的改進

1. 對熱源的改進。在上述實驗中將直火加熱改成水浴加熱，浴溫近100℃保持2～3分鐘，乙酸乙酯即可餾出，分離于碳酸鈉液面上。當發現碳酸鈉溶液由導管緩慢上升逆流時，證明乙酸乙酯已蒸發完，可拔去反應管上的橡皮塞，就可防止飽和碳酸鈉逆流。

簡易裝置制備乙酸乙酯，結構簡單，容易裝置，如采用直火加熱，操作無法控制溫度，易暴沸發生事故，當改進成水浴加熱時產率稍高，操作簡便安全，更適合學生操作。

2. 對實驗儀器的改進。為了避免暴沸，也可以采用下列操作:在圓底燒瓶中加入0.2mol無水乙醇和0.1mol冰醋酸，小心加入濃硫酸，然后加入沸石，裝上冷凝管。小火加熱后保持緩慢回流，待瓶內反應物冷卻后，將回流裝置改成蒸餾裝置，接收瓶用冷水冷卻。加熱蒸出生成的乙酸乙酯直到餾出液體體積為反應物總體積的1/2為止。在餾出液中慢慢加入飽和碳酸鈉溶液，不斷振蕩，直至不再有二氧化碳氣體產生。然后依次用飽和食鹽水、飽和氯化鈣、水在分液漏斗洗滌混合液，最后用無水硫酸鎂干燥，如此操作產率可達80%。

為了避免暴沸而且有效地控制溫度，可進行下列操作:在2.5ml刻度試管中加入1滴1%的酚酞和15ml飽和碳酸鈉溶液，將其固定在鐵架臺上，把球型干燥管插在刻度試管關口上。在硬質試管里，先加入2ml燈用酒精然后邊搖動邊緩慢加入2ml濃硫酸，5ml37%的醋酸和2粒沸石。用酒精燈加熱試管底部的石棉網，1分半鐘后，可見到刻度試管中有無色透明的油珠浮到碳酸鈉上，約5分鐘后，當飽和碳酸鈉由玻璃管逆流上升時，證明乙酸乙酯已蒸餾完畢，即拔去干燥管上單孔塞停止加熱，拿走干燥管，刻度試管中呈現兩層顏色不同的液體，即上層為乙酸乙酯，約2.3ml，下層為玫瑰紅水溶液。該實驗中使用石棉網和沸石的目的在于有效的控制溫度，使酯化反應受熱均勻，防止反應液暴沸、沖塞、炭化，確保實驗安全，同時能減少醋酸大量蒸出和亞硫酸生成。

在催化劑方面的改進

在前面所述實驗中所用的催化劑均為濃硫酸。經實驗驗證，含有Fe、Ca、Al等金屬陽離子的化合物對乙酸乙酯的反應生成乙酸乙酯有催化作用，并且效果較好。

FeCl3、CaCl2、AlCl3與濃H2SO4相似，對乙酸乙酯的制備具有催化作用。與濃H2SO4相比，用FeCl3、CaCl2、AlCl3作催化劑具有方便﹑安全﹑無強烈腐蝕性等優點。特別是FeCl3催化效果更好，大大縮短了實驗時間。但是用含鐵離子﹑鈣離子﹑鋁離子的水溶液作催化劑做同樣實驗，結果無明顯的乙酸乙酯生成。所以我們可以預測，其他某些金屬陽離子銅離子﹑錳離子和一些有機化合物亦有催化作用。

通過對乙酸乙酯制備實驗的改革，向學生介紹了科研動向和科研成果，擴大了學生的知識面，開闊了學生的視野，為養成嚴謹的科學態度打好了基礎。