草酸二乙酯的合成方案终极版

酯类香料的合成实验设计-草酸二乙酯的合成设计目的：（1） 了解酯类香料的合成实验设计方法。（2） 掌握酯化反应的原理，反应条件，催化剂的选择以及原料的配比，用量及依据，还要把握实验的反应时间和反应温度。（3） 熟悉酯化反应的实验操作（4） 熟悉有机化合物的洗涤，干燥和分液漏斗以及减压抽滤的使用。（5） 学会检测产物的折光率与红外光谱图。设计原理：1.1反应方程式：1.2草酸二乙酯的简要介绍：草酸二乙酯又名乙二酸二乙酯，分子式 H10C6O4，为无色油状液体.有芳香味，分子量 146.14 ，mp40.6，bp185.7，折射率(20)1.4101。汽化热284.5J/g。比热容1.81J/(g)。与乙醇、乙醚、丙酮等常见溶剂混溶。微溶于水，并被水逐渐分解。草酸二乙酯是重要的医药中间体及其它有机中间体，主要用于医药工业苯巴比妥、硫唑嘌呤、磺胺、碘胺、甲基、羧苯酯青霉素、乙哌氧氨苄青霉素、乳酸氯喹、噻苯咪唑等药物的中间体，也是塑料促进剂、染料的中间体，还用作纤维素酯类、香料的溶剂。 本品有毒，在机体内易水解为酸和醇而造成较强的腐蚀性和刺激性。应注意避免吸入蒸气和接触皮肤。 草酸二乙酯具有酯类的一般性质，在空气中吸潮并慢慢分解，与氨作用生成酰胺化合物，与丙酮缩合为丙酮酸乙酯【1】。1.3关于草酸二乙酯的研究成果：草酸和乙醇经过酯化反应可以得到草酸二乙酯。草酸的酯化为一自催化可逆反应，如果没有催化剂存在时酯化反应速度很慢。为了提高酯的产量，必须尽量使反应向有利于生成酯的方向进行，一种方法是使原料过量和加入催化剂，另一种方法是把反应中生成的水或酯及时带走，从而破坏可逆反应的化学平衡，使反应源源不断的向正反应反向进行，可以提高产率【2】。酯是一种重要的有机化合物，常用作有机溶剂和有机合成原料但其传统的合成方法一般都采用以酸、醇为原料，以浓硫酸为催化剂，长时间加热，直接酯化合成用浓硫酸作催化剂存在较多缺点：(1)在酯化反应条由于硫酸同时具有酯化、脱水和氧化作用，导致一系列副反应的发生，使反应产物中含有少量醚、硫酸酯及羟基化合物，给产物的精制和原料的回收带来困难从而也限制了其在食品工业上的应用；(2)反应产物的处理要经过碱中和及水洗，以除去作催化剂的硫酸，致使工艺复杂，产品和未反应的原料损失，并产生大量废液，污染环境；(3)由于硫酸严重的腐蚀性，尽管采用了搪瓷反应器和高级不锈钢管，却仍然不得不进行设备的定期更新，从而增加了生产成本【3】基于以上原因，有很多化学工作者对酯化反应催化剂进行了大量研究，并对其进行深入探讨。彭丽敏，尚会建等人采用反应精馏塔来代替釜式反应锅实现生产过程的连续化，将草酸用乙醇溶解后连续加入反应精馏塔中，在脱水剂甲苯的作用下连续将水以三元共沸物的形式带出，破坏可逆反应的化学平衡，生产的产物酯从塔釜连续采出【4】。卢贵平，杨建萍，郑舟也对草酸二乙酯的合成进行了研究，他们通过试验得到草酸二乙酯的优惠工艺条件：脱水剂为甲苯，反应物料配比为结晶草酸乙醇甲苯=12.31.4(mol比)，脱水方式为分步脱水，乙醇加料方式分两次加料【5】。1.4催化剂的选择本实验我将采用混合催化剂，具体就是对甲苯磺酸与甲苯的混合物。对甲苯磺酸作为催化剂，甲苯作为脱水剂，刚好补全了浓硫酸作为催化剂的两大优点。对甲苯磺酸是一种强的固体有机酸，无氧化性，无炭化作用，作为酯化反应的催化剂时，具有选择性好，产品纯度高，对设备的腐蚀和三废污染比硫酸小，同时不易引起副反应，价廉易的，易于保存、运输和使用，催化剂用量小，是一种适合工业生产的有效催化剂【6】。在卢贵平等人的研究中对甲苯，苯，四氯化碳，氯仿四样脱水剂进行了研究，证实了甲苯这是一个很好的脱水剂。卢贵平等人的实验数据如下： 不同种类脱水剂对产物收率的影响编号脱水剂反应时间/h产量/g收率/1甲苯5129.588.702苯7128.888.223四氯化碳8.5126.586.534氯仿9.5120.482.36根据相关资料酸酐与脱水剂配比为结晶草酸甲苯=11.4(mol比)，催化剂为酸酐的4%左右。1.5原料的配比与反应的温度及反应时间确定的原料配比与反应温度及反应时间如下：结晶草酸乙醇=12.3(mol比)，脱水方式为分步脱水，乙醇加料方式分两次加料，反应时间确定为2.5h，反应温度确定为120-130。依据为卢贵平对草酸二乙酯的合成研究成果：; g5 4 7 l4 s在同一投料配比条件下，考察了草酸脱水和酯化脱水同步进行、分步进行，乙醇一次投料和二次投料对产物收率的影响。脱水、加料方式对产物收率的影响P3 u0 K: 编号脱水方式加料方式产值/%收率/%1同步脱水一次110.375.482分步脱水二次117.280.173分步脱水二次130.089.02从表中看出，最佳脱水加料方式为分步脱水、乙醇二次加料。# C- A G. e* b, A Y* x配比对产物收率的影响，2 O( y& * R7以甲苯作脱水剂，改变反应物料乙醇，确定了较佳的物料配比， 加料方式对产物收率的影响 B8 X( 0 l m/ 乙醇/mol编号产量/g收率/210119.581.852.111123.884.792.212126.486.582.313130.789.522.414131.289.632.515131.790.212.616132.590.75从上表可以看出，乙醇的用量少，反应不完全，收率低，乙醇用量增大，反应收率没有明显提高，从降低能耗考虑，取乙醇量2.3mol为宜。 实验仪器与药品药品：对甲苯磺酸；甲苯，乙醇；草酸仪器：铁架台；电热套；三颈烧瓶；橡皮塞；量筒；胶头滴管；托盘天平；分水器；球形冷凝管； 温度计；直型冷凝管；尾接管；锥形瓶；升降台；木板；减压抽滤装置；蒸馏头；折光仪；红外测试仪实验装置图 回流装置 减压蒸馏装置实验步骤1，将1mol结晶草酸，1.4mol脱水剂加入到装有冷凝器、温度计的500ml三口烧瓶中，加热，进行回流脱水。2，当分水器内水层达一定位置时定时放水，至温度达110时，加入2mol乙醇，加热分水回流，从分水器下层分出水及带出的少量乙醇水溶液，脱水剂重新回流至反应瓶。3，温度达118时，向反应锅中加入0.3mol乙醇及高、低沸物、回流分水，至温度达120时，蒸出脱水剂。4，温度达135时，进行减压蒸馏，收集105107/25mmHg时的主要馏份，得到无色油状液体。检测方法1折光率的测定阿贝折光仪（1）将棱镜5和6打开，用擦镜纸将镜面拭洁后，在镜面上滴少量待测液体，并使其铺满整个镜面，关上棱镜。 （2）调节反射镜7使入射光线达到最强，然后转动棱镜使目镜出现半明半暗，分界线位于十字线的交叉点，这时从放大镜2即可在标尺上读出液体的折射率。 （3）如出现彩色光带，调节消色补偿器，使彩色光带消失，明暗界面清晰。 （4）测完之后，打开棱镜并用丙酮洗净镜面，也可用吸耳球吹干镜面，实验结束后，除必须使镜面清洁外，尚需夹上两层擦镜纸才能扭紧两棱镜的闭合螺丝，以防镜面受损。 标尺零点的校正阿贝折光仪在使用前，必须先经标尺零点的校正，可用已知折射率的标准液体（如纯水的 1.3325），亦可用每台折光仪中附有已知折射率的“玻块”来校正。可用a-溴萘将“玻块”光的一面粘附在折射棱镜5上，不要合上棱镜6，打开棱镜背后小窗使光线由此射入，用上述方法进行测定，如果测得值和此“玻块”的折射率有区别，旋动镜筒上的校正螺丝K进行调整【7】。2 红外谱图的测定当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。所以，红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法【8】。参考文献：( F6 P9 w L9 F X2 T* 草酸二乙酯【J】百科名片: N D5 k& x- u& v2 P2彭丽敏，尚会建，盖丽方等。草酸二乙酯合成新工艺【J】，2001+ J* W+ T ?! ?, G: p# |7 R- s! r+ 3李淑贤，张福刚，张敬强,。酯化反应催化剂的研究与展望【J】，佳木斯