乙酸乙酯合成條件的優化研究

＊李學章

（云南工貿職業技術學院 云南 650300）

乙酸乙酯是一種用途廣泛的精細化工產品，具有優異的溶解性、快干性，廣泛用于涂料、合成橡膠、粘合劑、乙基纖維素等生產過程中。也是制藥工業和有機合成的重要原料，因此對于乙酸乙酯產率的研究方案尤為重要。目前合成乙酸乙酯的方法[1]主要有直接酯化法（原料為醋酸和乙醇，濃硫酸為催化劑直接酯化，再經中和、水洗、除雜、干燥、蒸餾得到成品）、乙醛縮合法（催化劑為烷基鋁，用乙醛縮合反應生成醋酸乙酯）、加成反應法（乙烯與醋酸催化作用下，發生加成反應而生成醋酸乙酯）、氧化制取法（丁烷氧化制取乙酸時副產乙酸乙酯）。

1.實驗原理

此反應是可逆的，為了有利于乙酸乙酯的生成，實驗合成中采用了無水乙醇過量的方法，使反應向生成酯的方向進行，即使反應向右進行[2]。

2.實驗儀器與藥品

儀器：標準回流裝置1套、標準蒸餾裝置1套、DZTW型電子調溫電熱套、2WAJ阿貝折射儀。

藥品：實驗所用試劑均為化學純。

3.實驗方法

在三頸燒瓶中，加入5mL無水乙醇，再慢慢加入一定體積的濃硫酸，使其混合均勻，并加入幾顆沸石。三頸瓶一側口插入溫度計，另一側口插入滴液漏斗，中間口安裝一蒸餾裝置。在滴液漏斗中加入15mL無水乙醇和10mL冰醋酸，混合均勻。用電熱套加熱，當溫度升至100℃左右，自滴液漏斗慢慢滴入其余的混合液，維持反應溫度在110～125℃之間。滴加完畢后，繼續加熱，直至溫度升高到130℃不再有餾出液為止。

慢慢向粗產品中加入飽和碳酸鈉溶液至無二氧化碳氣體放出，酯層用pH試紙檢驗呈中性。移入分液漏斗中，充分振搖后靜置，分去下層水相。酯層用飽和食鹽水洗滌，靜置分層，分出水層。再用飽和氯化鈣溶液洗滌兩次，棄去下層水相，酯層倒入干燥的錐形瓶中，用無水碳酸鉀干燥10～ 20min。將干燥好的粗乙酸乙酯通過漏斗（濾紙過濾）濾入蒸餾瓶中，加入幾粒沸石，加熱進行蒸餾。收集73℃～80℃的乙酸乙酯餾分，記錄精制乙酸乙酯的產量。根據稱量產品的質量，計算產品的收率。

用阿貝折光儀測定所得乙酸乙酯的折光率，并換算到20℃時的折光率（文獻值：）。折光率平行測定三次。不同溫度下折光率的轉換公式：

4.實驗結果與討論

(1)醇酸用量對產品收率及純度的影響

當濃硫酸用量為7mL、無水乙醇用量為20mL，反應時間為80min時，改變冰醋酸的用量，結果表明冰醋酸用量為10mL時產品收率最高，純度也很高。結果見表1。

表1 醇酸用量對產品收率及純度的影響

(2)不同催化劑對產率及純度的影響

當無水乙醇用量為20mL、冰醋酸用量為10mL，反應時間為80min時，分別使用了濃硫酸、硫酸鐵、氯化鐵作為催化劑，結果表明使用濃硫酸時產品的收率最高，達到了63.49%，純度也很高。結果見表2。

表2 不同催化劑對產品收率及純度的影響

(3)催化劑用量對產率及純度的影響

合成中發現，催化劑的用量太多或是太少都會使化學反應速率減慢而影響酯化率，用量太多時會發生碳化現象，產生很多的副產物而降低產率。固定反應物的用量，反應時間仍為80min，改變了濃硫酸的用量，對合成乙酸乙酯的產率及純度進行試驗，結果表明濃硫酸的用量為2.00mL時產品的收率和純度最高。結果見表3。

表3 催化劑用量對產品收率及純度的影響

(4)不同干燥劑對產率及純度的影響

固定反應物的用量，使用2mL的濃硫酸作為催化劑，反應時間仍為80min，分別使用無水碳酸鉀、無水硫酸鎂、無水硫酸鈉作為干燥劑，并改變它們的用量，對合成乙酸乙酯的產率及純度進行試驗，結果表明使用無水碳酸鉀時產品的收率和純度最高。結果見表4。

表4 不同干燥劑對產品收率及純度的影響

(5)反應時間對產率及純度的影響

固定反應物的用量，使用2mL的濃硫酸作為催化劑，選擇無水碳酸鉀作為干燥劑，合成過程中對反應時間進行了試驗，結果表明反應時間為80min左右時產品的收率和純度最高。結果見表5。

表5 反應時間對產品收率及純度的影響

(6)反應溫度對產率及純度的影響

固定反應物的用量，使用2mL的濃硫酸作為催化劑，選擇無水碳酸鉀作為干燥劑，反應時間控制在80min左右，合成過程中對反應溫度進行了試驗，結果表明反應溫度為90℃左右時產品的收率和純度最高。結果見表6。

表6 反應溫度對產品收率及純度的影響

溫度控制可以說是這個實驗能否成功的關鍵，當溫度達到170℃時，在濃硫酸催化作用下乙醇會生成乙烯，當溫度達到140℃時，乙醇會產生乙醚。在不同溫度下生成的副產物都不一樣，所以在實驗過程中一定要控制好實驗反應的溫度，以免產生很多的副產物而影響產品的產率及純度。

(7)其他因素對產率及純度的影響

①可選用硫酸氫鈉代替濃硫酸從而減少對環境的污染，同時避免副產物的產生，符合綠色化學的理念。②通過向反應裝置中加入干燥劑而使反應不斷地向正反應方向進行，使得乙酸乙酯的產率升高。③飽和碳酸鈉起到溶解乙醇、吸收乙酸、減小乙酸乙酯溶解度的作用。④加入藥品時先加乙醇，再加濃硫酸，最后加冰醋酸。由于濃硫酸溶于乙醇或冰醋酸都會放出大量的熱，使液體發生飛濺，所以不宜先加入濃硫酸再加其它物質。濃硫酸不宜最后滴加，以免在滴加濃硫酸的過程中乙酸與乙醇過早發生反應。

5.產品分析

乙酸乙酯為無色無味的、具有水果香味的易燃液體，沸點73℃～80℃（文獻值77.06℃），折光率為（文獻值為1.3720）。

6.結論

綜上所述，大量實驗結果顯示乙酸乙酯合成反應的最佳條件為：無水乙醇20mL、冰乙酸10mL、濃硫酸2mL、反應時間為80min左右、反應溫度控制在90℃左右、干燥劑選擇無水碳酸鉀時的產率和純度是最高的。因為乙醇在市場上屬于容易得到的原料，價格也比較便宜，故本次實驗主要選擇了無水乙醇過量的辦法，而濃硫酸屬于危險化學品，在實驗中接觸到是很危險的，且副產物多，所以我們將濃硫酸的用量降到了最小，不僅提高了產率，還節約了原料試劑，減少了污染也提高了產品質量。