磷钨杂多酸催化合成乙酸异戊酯的制备.doc

实验项目：磷钨杂多酸催化合成乙酸异戊酯一、实验目的1. 掌握磷钨杂多酸的制备方法。2掌握酯化反应的合成原理。3. 掌握带有分水器的回流装置的安装与操作。二、实验原理 酯化反应在精细化工生产中是一类十分重要的反应，工业上醇酸酯化反应多采用硫酸作催化剂。硫酸具有较高的催化活性，价格低廉，但存在如下缺点在酯化条件下，硫酸同时具有酯化、脱水和氧化作用，故反应体系中有醚、硫酸酯和不饱和化合物等副产物存在，给产品的精制和过量原料的回收带来困难；严重腐蚀设备；反应物后处理要经过中和、水洗以除去硫酸，不但工艺复杂而且产物及溶剂有较多损失，排出的废酸又污染环境。鉴于硫酸法存在的上述缺点，近年来寻找替代硫酸的新催化剂的研究发展十分迅速。其中杂多酸的研究是研究的热点之一。杂多酸化合物是一类含氧桥的多核配合物，具有配合物和金属氧化物的特征，是一种多功能的催化剂。作为酯化反应的催化剂，必须要有足够的酸性、较弱的氧化性。实验证明，磷钨杂多酸在有机溶剂中的酸度为-8.2HO-5.6，而氧化性极弱，是一种非常理性的酯化催化剂。乙酸异戊酯是香精、喷漆、清漆、氯丁橡胶等的溶剂，并用于纺织品的染色与加工，用途十分广泛。本实验首先合成磷钨杂多酸催化剂，然后考察其催化合成乙酸异戊酯的酯化反应，为乙酸异戊酯的合成提供了一种新途径。乙酸异戊酯的合成反应为： 磷钨杂多酸的合成反应为：三、仪器和试剂1.仪器 100mL烧杯，125mL分液漏斗，油水分离器、回流及蒸馏装置各一套。2.试剂 冰乙酸（分析纯），异戊醇（分析纯），环己烷（分析纯），钨酸钠（分析纯），磷酸氢二钠（分析纯），乙醚（分析纯）。四、实验步骤1. 磷钨杂多酸的制备方法 （1） 称取10gNa2WO4-2H2O和1.5gNaHPO4-12H2O，分别加入40ml热水中，缓慢搅拌30min，自然冷却。（2）加入10ml相对密度为1.19的HCl酸化1h，加入20ml乙醚，充分震荡，此时液体分为3层，下层为磷钨杂多酸化物。（3）将下层杂多酸从分液漏斗下口放出，加入100mL干燥、洁净的小烧杯中，打开电热炉至一较低功率，用试管夹夹住小烧杯，远离电热炉小心蒸去乙醚再加入2滴双氧水，冷却、结晶，得淡黄色磷钨杂多酸。2. 乙酸异戊酯的合成以0.1mol的冰乙酸为标准，在醇酸比为1.05：1，乙酸5.8ml,戊醇11.5ml.催化剂用量为0.2g，带水剂环己烷为5ml以及沸石加入圆底烧瓶，分液器中加入带水剂环己烷，加热至回流，由于环己烷和反应中的水形成二元最低恒沸物，因此反应时生成的水不断被环己烷从反应混合液中带出来，冷凝后聚积在分水器下层，当不在有水带出时，酯化反应完毕，停止加热，分出下层水。反应时间约为90min，酯化率可达96.8%，产率达84%，催化剂经酸化处理可循环使用。酯化反应完毕，蒸去带水剂环己烷和过量的异戊醇，最后收集125142馏分，同时计算乙酸异戊酯的收率。五、实验记录与现象1、磷钨杂多酸的制备8:35在100ml烧杯中加入40ml蒸馏水开始加热。8:45往100ml烧杯中分别加入10g钨酸钠和1.5g磷酸氢钠搅拌。9:18在烧杯中加入10mlHCL溶液，反应物变为白色，搅拌中酸化小时。10:20 把溶液放入分液漏斗开始加入20ml乙醚充分震荡，静止后液体分为3层。上层及下层是无色透明的液体，中间是乳白色的液体。10:42 放出下层液体，稍远离电炉加热，蒸出乙醚。10:47 乙醚基本被蒸出，加入2滴双氧水，产物立即变为淡黄色。11:12 用玻璃棒刮出磷钨杂多酸称重0.8g。2、乙酸异戊酯的合成7:40安装反应仪器称取药品并加入8:07通冷凝水开始加热8:09 溶液变成灰白色8:15 圆底烧瓶内出现回流现象9:30 反应基本完成,分水器内水不再生成，停止加热（生成1.6ml水）9:32 安装蒸馏装置9:40 通冷凝水开始蒸馏9:45 溶液开始沸腾,出现回流现象9:55 有馏分被蒸出10:01 蒸完125前馏分，换锥形瓶继续蒸馏10:15 馏分蒸完停止加热六、实验数据处理（1）、磷钨杂多酸的产量：m=0.8g （2）、分水器中水的量： V=1.60ml （3）、计算冰乙酸和异戊醇的用量：（4）、前馏分的体积：V1=6.0ml ；后馏分的体积：V2=6.5ml. （5）、理论乙酸异戊酯的产量：（6）、理论磷钨杂多酸的产量：（7）、磷钨杂多酸的产量：（8）、乙酸异戊酯的收率： 七、实验思考及讨论本实验中由于未等溶液完全冷却就加入10mlHCL而造成产率过低同时蒸馏时酒精灯温度上不去，就撤了石棉网，但在最后蒸馏时温度仍未上去，造成产率偏低1、杂多酸的催化酯化机制是什么？杂多酸化合物是一类含氧桥的多核配合物，具有配合物和金属氧化物的特征，是一种多功能的催化剂实验证明，磷钨杂多酸在有机溶剂中的酸度为-8.2HO-5.6，而氧化性极弱，是一种非常理性的酯化催化剂。2、何为杂多酸以及为什么它具有发展前景？杂多酸（Heteropoly Acid，简写为HPA ）是由杂原子（如P、Si、Fe、Co等）和多原子（如Mo、W、V、Nb、Ta等）按一定的结构通过氧原子配位桥联组成的一类含氧多酸，具有很高的催化活性，它不但具有酸性，而且具有氧化还原性，是一种多功能的新型催化剂，杂多酸稳定性好，可作均相及非均相反应，甚至可作相转移催化剂，对环境无污染，是一类大有前途的绿色催化剂，它可用作以芳烃烷基化和脱烷基反应、酯化反应、脱水/化合反应、氧化还原反应以及开环、缩合、加成