氯化铁催化下的香蕉油的制备.doc

氯化铁催化下的香蕉油的制备 应用化学系 0902班 张丽霞 2009080231 指导老师：韩秋萍摘要：随着有机化学知识的增加，科学家能复制出存在于植物界中许多具有香气和香味的酯。在本实验中我们将用乙酸和异戊醇在氯化铁的催化下的费歇尔酯化反应合成乙酸异戊酯，由于它的香味，此酯，又称香蕉油。乙酸异戊酯是无色的液体，不溶于水，易溶于醇和醚等有机溶剂。这反应不快，需要加热回流。用溶剂萃取以后，通过简单的蒸馏纯化酯。用红外共振谱鉴定乙酸异戊酯。酯化反应是可逆反应,通常采用过量的羧酸,在反应达到平衡时,仍然有相当量的反应物存在,在酸性溶液下则反应式向右称为酯化反应; 如果在碱性溶液下则反应式向左称为皂化反应。关键词：氯化铁催化 香蕉油（乙酸异戊酯） 酯化反应 产量 红外光谱图.引言：酯的合成给人类提供了一些在商业和工业上广泛使用的化合物，它们可作为乙酸酯薄膜、食用油、脂肪、树脂、塑料、油漆和香料的溶剂。化学家也生产了大量的可供挑选的水果香精，其中有许多存在于自然界中。乙酸异戊酯是一种应用广泛的脂肪酸酯,具有香蕉、生梨的香味。主要为喷漆、清漆、硝酸纤维素、氯丁橡胶、油墨等的溶剂和药品生产中的萃取剂, 用作食品香料；其次也是很好的有机溶剂,可用于医药、涂料、印刷等行业，也用于织物染色过程中的溶剂、食品工业用作果子香精等,具有广阔的需求市场。主要用途 ：(1) 瓷漆及油漆之溶剂； (2) 青霉素的萃取剂.；(3) 感光胶片； (4) 皮革及钉子的磨光剂.；(5) 可加入于一些无味的有害物质中,当警告用的气味.；(6) 调味剂； (7) 用于纺织品印染及精炼时； (8) 萤光灯中,磷的溶剂.；(9) 可用来除去油溶性染料, 并可将一些合成树脂溶于干性清洁剂中。目前乙酸异戊酯在国内外具有广阔的需求市场。本文在直接酯化法的基础上，寻找到了一条行之有效的合成工艺，使粗酯产率比文献报道的产率提高.，而且小试产品质量达到了标准要求。.实验部分：1.实验目的：（1）了解香蕉油的性质、功能，学习酯化反应的原理，进而合成香蕉油（乙酸异戊酯）；（2）掌握回流、分水装置的安装与操作；（3）熟悉液体有机物的干燥，掌握分液漏斗的使用方法；（4）学会利用萃取、洗涤、蒸馏的方法纯化液体有机物；（5）培养参考文献、独立设计实验的能力。2.实验原理：乙酸异戊酯为无色透明液体，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。它是一种香精，因具有香蕉气味，又称为香蕉油。实验室通常采用冰醋酸和异戊醇在浓硫酸的催化下发生酯化反应来制取。反应式如下：CH3COOH+HOCH2CH2CHCH3CH3CH3COOCH2CH2CHCH3CH3+ H2O乙酸异戊醇乙酸异戊酯Fecl3酯化反应是可逆的，本实验采取加入过量冰醋酸，并除去反应中生成的水，使反应不断向右进行，提高酯的产率。生成的乙酸异戊酯中混有过量的冰醋酸、未完全转化的异戊醇、起催化作用的硫酸及副产物醚类，经过洗涤、干燥和蒸馏予以除去。3.实验的原料和产品的物理性质：名 称颜色b.p./g.cm-3水溶性冰醋酸异戊醇氯化铁碳酸钠溶液乙酸异戊酯无色无色黄色无色无色117134.3315103.621791.050.8132.8982.531.079互溶难溶溶于水-难溶4.实验仪器： 图1带有分水器的回流装置 图2普通蒸馏装置5.实验步骤：实验步骤实验现象实验原因酯化：实验装置：带有分水器的回流装置加 料 量：异戊醇：18mL冰醋酸：24mL氯化铁：2克沸 石：几粒反应温度：保持回流反应时间：1.5h 于干燥的100mL圆底烧瓶中，加入18mL异戊醇、24mL冰醋酸，在振摇下缓慢加入2.5mL浓硫酸，再加入几粒沸石。安装带有分水器的回流装置（如图4-5-1）。分水器中事先充水至比支管口略低处，并放出比理论出水量稍多些的水。用电热套或甘油浴加热回流，至分水器中水层不再增加为止。反应约需1.5h当温度升至约108时，三颈瓶中的液体开始沸腾。继续升温，控制回流速度，使蒸气浸润面不超过冷凝管下端的第一个球，当分水器充满水，反应温度达到130时，反应基本完成，大约需要1.5h。不超过冷凝管下的第一个球可以减少药品的浪费，是实验能够顺利进行。洗涤：实验仪器：分液漏斗试剂用量：蒸 馏 水 ： 30mL碳酸氢钠溶液(10%) ：20mL氯化钠溶液(饱和) ：10mL撤去热源，稍冷后拆除回流装置。待烧瓶中反应液冷却至室温后，将其倒入分液漏斗中（注意勿将沸石倒入！）用30mL冷水淋洗烧瓶内壁，洗涤液并入分液漏斗。充分振摇，静置。待液层分界清晰后，移去顶塞（或将塞孔对准漏斗孔），缓慢旋开旋塞，分去水层。有机层用20mL10碳酸氢钠溶液分两次洗涤。最后再用饱和氯化钠溶液洗涤一次。分去水层，有机层由分液漏斗上口倒入干燥的锥形瓶中。每次分层时取其上层液体，然后再进行下一次洗涤，同时每一次洗涤时要充分振荡。第一次洗完后颜色比较深，以后每次洗完后就越来越浅直至清澈透明。在震荡过程中有气泡产生，要多次打开塞子，使气体放出去。乙酸异戊酯的密度比这三个萃取液的密度都小，因而位于上层。干燥：实验仪器：锥形瓶干燥剂及用量：无水硫酸镁：2g干燥时间：20min向盛有粗产物的锥形瓶中加入约2g无水硫酸镁，配上塞子，振摇至液体澄清透明，再放置 20min。液体不存在分层现象一，溶液处于透明状。洗涤后还有少量的水存在，用无水硫酸镁除去这少部分的水，静置一会使吸收充分，便可用于后边的操作。蒸馏：实验装置：普通蒸馏装置收集馏分温 度：138142安装一套干燥的普通蒸馏装置（如图4-5-2）。将干燥好的粗酯小心地滤入烧瓶中，放入几粒沸石，用电热套（或甘油浴）加热蒸馏，用干燥并事先称量其质量的锥形瓶收集138142馏分，称量质量，并计算产率。接收器中有液体滴出。乙酸异戊酯的沸点在这范围之内。可收集到大量的产物。结果分析产物的状态：液体 颜色：无色透明 收率：85%-89% 折光率：1.3760产量：9.5克 熔点：-78 沸点：142窗体顶端窗体底端窗体顶端实验流程：.实验结果讨论：1.实验结果：产物的状态：液体 颜色：无色透明 收率：85%-89% 折光率：1.3760产量：9.5克 熔点：-78 沸点：1422.红外光谱图及分析：红外光谱图红外光谱图的分析：从红外光谱图可知C-H吸收峰 (2962cm-1,2937 cm-1), C=O吸收峰(1744cm-1 ) , C-O-C吸收峰(1246cm-1) 无羟基吸收峰出现，从结构判断是乙酸异戊酯.3.结果讨论：（1）本试验成功的关键：是催化剂的选择，我们选择了三氯化铁而没有选择浓硫酸，是因为用浓硫酸做催化剂所用的时间长，产率低，同时浓硫酸的脱水作用使反应物炭化变黑（我们做了一组实验因为浓硫酸太多导致生成的产物太黑无法提纯），不利于合成所需要的产物；反应物的比例，我们用的冰醋酸比异戊醇多，使反应反应充分；反应有冷凝回流装置使反应生成的水分离出去，有利于可逆反应向着生成香蕉油的方向进行，使产物的产量增大。（2）用饱和氯化钙溶液洗涤之前要用饱和氯化钠溶液洗涤，不可用水代替。因为用饱和食盐水洗涤，一方面有利于分层；另一方面可降低酯在水中的溶解度，减少酯的损失，从而获得较多的产物。（3）不可用浓NaOH溶液代替Na2CO3饱和溶液来洗涤粗酯以除去其中的酸，因为酯在浓碱氢氧化钠中会发生水解反应，向着逆反应方向进行不利于产物的生成；（4）没有冷凝回流的装置直接反应是否可以呢？我们做的时候没有用冷凝回流的装置，但是反应也进行的很顺利，产量也比较高，只是我们反应的时间比其它组长，同时我们还做了一组有冷凝回流装置的实验，反应因为加的浓硫酸太多产物太黑了无法提纯，实验以失败而结束，不过经过我的讨论分析我想没有冷凝回流的装置反应是可以进行的。.参考文献：1 廖德仲,许凌;氯化铁催化合成乙酸异戊酯工艺研究J;精细石油化工;1996年05期2 杨水金,肖继;合成乙酸异戊酯的催化剂研究J;应用化工;2001年03期3 周宁章,裴婕,邹德琴;乙酸异戊酯合成工艺的改进研究J;广东化工;1999年01期4 陈丹云,王敬平,柏艳. 乙酸异戊酯合成研究进展J湖北化工, 2001, (06)5 范闽光,李斌,文辉忠,李景林. 以FeY为催化剂合成乙酸异戊酯J广西大学学报(自然科学版), 1998, (04) .6 邵丽君. 乙酸异戊酯合成工艺研究J河北职业技术师范学院学报, 2000, (04)7 谢建刚,石家华,毛海荣. 乙酸异