1、酯類香料的合成實驗設(shè)計-草酸二乙酯的合成設(shè)計目的：（1） 了解酯類香料的合成實驗設(shè)計方法。（2） 掌握酯化反應(yīng)的原理，反應(yīng)條件，催化劑的選擇以及原料的配比，用量及依據(jù)，還要把握實驗的反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度。（3） 熟悉酯化反應(yīng)的實驗操作（4） 熟悉有機(jī)化合物的洗滌，干燥和分液漏斗以及減壓抽濾的使用。（5） 學(xué)會檢測產(chǎn)物的折光率與紅外光譜圖。設(shè)計原理：1.1反應(yīng)方程式：1.2草酸二乙酯的簡要介紹：草酸二乙酯又名乙二酸二乙酯，分子式 H10C6O4，為無色油狀液體.有芳香味，分子量 146.14 ，mp40.6，bp185.7，折射率(20)1.4101。汽化熱284.5J/g。比熱容1.81J/(g

2、·)。與乙醇、乙醚、丙酮等常見溶劑混溶。微溶于水，并被水逐漸分解。草酸二乙酯是重要的醫(yī)藥中間體及其它有機(jī)中間體，主要用于醫(yī)藥工業(yè)苯巴比妥、硫唑嘌呤、磺胺、碘胺、甲基、羧苯酯青霉素、乙哌氧氨芐青霉素、乳酸氯喹、噻苯咪唑等藥物的中間體，也是塑料促進(jìn)劑、染料的中間體，還用作纖維素酯類、香料的溶劑。 本品有毒，在機(jī)體內(nèi)易水解為酸和醇而造成較強(qiáng)的腐蝕性和刺激性。應(yīng)注意避免吸入蒸氣和接觸皮膚。 草酸二乙酯具有酯類的一般性質(zhì)，在空氣中吸潮并慢慢分解，與氨作用生成酰胺化合物，與丙酮縮合為丙酮酸乙酯【1】。1.3關(guān)于草酸二乙酯的研究成果：草酸和乙醇經(jīng)過酯化反應(yīng)可以得到草酸二乙酯。草酸的酯化為一自催化可

3、逆反應(yīng)，如果沒有催化劑存在時酯化反應(yīng)速度很慢。為了提高酯的產(chǎn)量，必須盡量使反應(yīng)向有利于生成酯的方向進(jìn)行，一種方法是使原料過量和加入催化劑，另一種方法是把反應(yīng)中生成的水或酯及時帶走，從而破壞可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡，使反應(yīng)源源不斷的向正反應(yīng)反向進(jìn)行，可以提高產(chǎn)率【2】。酯是一種重要的有機(jī)化合物，常用作有機(jī)溶劑和有機(jī)合成原料但其傳統(tǒng)的合成方法一般都采用以酸、醇為原料，以濃硫酸為催化劑，長時間加熱，直接酯化合成用濃硫酸作催化劑存在較多缺點(diǎn)：(1)在酯化反應(yīng)條由于硫酸同時具有酯化、脫水和氧化作用，導(dǎo)致一系列副反應(yīng)的發(fā)生，使反應(yīng)產(chǎn)物中含有少量醚、硫酸酯及羥基化合物，給產(chǎn)物的精制和原料的回收帶來困難從而也限制了

4、其在食品工業(yè)上的應(yīng)用；(2)反應(yīng)產(chǎn)物的處理要經(jīng)過堿中和及水洗，以除去作催化劑的硫酸，致使工藝復(fù)雜，產(chǎn)品和未反應(yīng)的原料損失，并產(chǎn)生大量廢液，污染環(huán)境；(3)由于硫酸嚴(yán)重的腐蝕性，盡管采用了搪瓷反應(yīng)器和高級不銹鋼管，卻仍然不得不進(jìn)行設(shè)備的定期更新，從而增加了生產(chǎn)成本【3】基于以上原因，有很多化學(xué)工作者對酯化反應(yīng)催化劑進(jìn)行了大量研究，并對其進(jìn)行深入探討。彭麗敏，尚會建等人采用反應(yīng)精餾塔來代替釜式反應(yīng)鍋實現(xiàn)生產(chǎn)過程的連續(xù)化，將草酸用乙醇溶解后連續(xù)加入反應(yīng)精餾塔中，在脫水劑甲苯的作用下連續(xù)將水以三元共沸物的形式帶出，破壞可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡，生產(chǎn)的產(chǎn)物酯從塔釜連續(xù)采出【4】。盧貴平，楊建萍，鄭舟也對草酸二

5、乙酯的合成進(jìn)行了研究，他們通過試驗得到草酸二乙酯的優(yōu)惠工藝條件：脫水劑為甲苯，反應(yīng)物料配比為結(jié)晶草酸乙醇甲苯=12.31.4(mol比)，脫水方式為分步脫水，乙醇加料方式分兩次加料【5】。1.4催化劑的選擇本實驗我將采用混合催化劑，具體就是對甲苯磺酸與甲苯的混合物。對甲苯磺酸作為催化劑，甲苯作為脫水劑，剛好補(bǔ)全了濃硫酸作為催化劑的兩大優(yōu)點(diǎn)。對甲苯磺酸是一種強(qiáng)的固體有機(jī)酸，無氧化性，無炭化作用，作為酯化反應(yīng)的催化劑時，具有選擇性好，產(chǎn)品純度高，對設(shè)備的腐蝕和三廢污染比硫酸小，同時不易引起副反應(yīng)，價廉易的，易于保存、運(yùn)輸和使用，催化劑用量小，是一種適合工業(yè)生產(chǎn)的有效催化劑【6】。在盧貴平等人的研究

6、中對甲苯，苯，四氯化碳，氯仿四樣脫水劑進(jìn)行了研究，證實了甲苯這是一個很好的脫水劑。盧貴平等人的實驗數(shù)據(jù)如下： 不同種類脫水劑對產(chǎn)物收率的影響編號脫水劑反應(yīng)時間/h產(chǎn)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根據(jù)相關(guān)資料酸酐與脫水劑配比為結(jié)晶草酸甲苯=11.4(mol比)，催化劑為酸酐的4%左右。1.5原料的配比與反應(yīng)的溫度及反應(yīng)時間確定的原料配比與反應(yīng)溫度及反應(yīng)時間如下：結(jié)晶草酸乙醇=12.3(mol比)，脫水方式為分步脫水，乙醇加料方式分兩次加料，反應(yīng)時間確定為2.5h，反應(yīng)溫度確定為120-130。

7、依據(jù)為盧貴平對草酸二乙酯的合成研究成果：; g5 4 7 l4 s在同一投料配比條件下，考察了草酸脫水和酯化脫水同步進(jìn)行、分步進(jìn)行，乙醇一次投料和二次投料對產(chǎn)物收率的影響。脫水、加料方式對產(chǎn)物收率的影響P3 u0 K: 編號脫水方式加料方式產(chǎn)值/%收率/%1同步脫水一次110.375.482分步脫水二次117.280.173分步脫水二次130.089.02從表中看出，最佳脫水加料方式為分步脫水、乙醇二次加料。# C- A' G. e* b, A' Y* x配比對產(chǎn)物收率的影響，2 O( y& *   R7以甲苯作脫水劑，改變反應(yīng)物料乙醇，確定了較佳的

8、物料配比， 加料方式對產(chǎn)物收率的影響' " B8 X( 0 l" m/ 乙醇/mol編號產(chǎn)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從上表可以看出，乙醇的用量少，反應(yīng)不完全，收率低，乙醇用量增大，反應(yīng)收率沒有明顯提高，從降低能耗考慮，取乙醇量2.3mol為宜。 實驗儀器與藥品藥品：對甲苯磺酸；甲苯，乙醇；草酸儀器：鐵架臺；電熱套；三頸燒瓶；橡皮塞；量筒；膠頭滴管；托盤天平；分水器；球形冷凝管；

9、 溫度計；直型冷凝管；尾接管；錐形瓶；升降臺；木板；減壓抽濾裝置；蒸餾頭；折光儀；紅外測試儀實驗裝置圖 回流裝置 減壓蒸餾裝置實驗步驟1，將1mol結(jié)晶草酸，1.4mol脫水劑加入到裝有冷凝器、溫度計的500ml三口燒瓶中，加熱，進(jìn)行回流脫水。2，當(dāng)分水器內(nèi)水層達(dá)一定位置時定時放水，至溫度達(dá)110時，加入2mol乙醇，加熱分水回流，從分水器下層分出水及帶出的少量乙醇水溶液，脫水劑重新回流至反應(yīng)瓶。3，溫度達(dá)118時，向反應(yīng)鍋中加入0.3mol乙醇及高、低沸物、回流分水，至溫度達(dá)120時，蒸出脫水劑。4，溫度達(dá)135時，進(jìn)行減壓蒸餾，收集105107/25mmHg時的主要餾份，得到無色油狀液體。

10、檢測方法1折光率的測定阿貝折光儀（1）將棱鏡5和6打開，用擦鏡紙將鏡面拭潔后，在鏡面上滴少量待測液體，并使其鋪滿整個鏡面，關(guān)上棱鏡。 （2）調(diào)節(jié)反射鏡7使入射光線達(dá)到最強(qiáng)，然后轉(zhuǎn)動棱鏡使目鏡出現(xiàn)半明半暗，分界線位于十字線的交叉點(diǎn)，這時從放大鏡2即可在標(biāo)尺上讀出液體的折射率。 （3）如出現(xiàn)彩色光帶，調(diào)節(jié)消色補(bǔ)償器，使彩色光帶消失，明暗界面清晰。 （4）測完之后，打開棱鏡并用丙酮洗凈鏡面，也可用吸耳球吹干鏡面，實驗結(jié)束后，除必須使鏡面清潔外，尚需夾上兩層擦鏡紙才能扭緊兩棱鏡的閉合螺絲，以防鏡面受損。 標(biāo)尺零點(diǎn)的校正阿貝折光儀在使用前，必須先經(jīng)標(biāo)尺零點(diǎn)的校正，可用已知折射率的標(biāo)準(zhǔn)液體（如純水的 1.

11、3325），亦可用每臺折光儀中附有已知折射率的“玻塊”來校正。可用a-溴萘將“玻塊”光的一面粘附在折射棱鏡5上，不要合上棱鏡6，打開棱鏡背后小窗使光線由此射入，用上述方法進(jìn)行測定，如果測得值和此“玻塊”的折射率有區(qū)別，旋動鏡筒上的校正螺絲K進(jìn)行調(diào)整【7】。2 紅外譜圖的測定當(dāng)一束具有連續(xù)波長的紅外光通過物質(zhì)，物質(zhì)分子中某個基團(tuán)的振動頻率或轉(zhuǎn)動頻率和紅外光的頻率一樣時，分子就吸收能量由原來的基態(tài)振(轉(zhuǎn))動能級躍遷到能量較高的振(轉(zhuǎn))動能級，分子吸收紅外輻射后發(fā)生振動和轉(zhuǎn)動能級的躍遷，該處波長的光就被物質(zhì)吸收。所以，紅外光譜法實質(zhì)上是一種根據(jù)分子內(nèi)部原子間的相對振動和分子轉(zhuǎn)動等信息來確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和鑒別化合物的分析方法【8】。參考文獻(xiàn)：( F6 P9 w" L9 F' X2 T* i1草酸二乙酯【J】百科名片: N' D5 k& x- u& v2 P2彭麗敏，尚會建，蓋麗方等。草酸二乙酯合成新工藝【J】，2001+ J* W+ T" ?! ?, G: p# |7 R- s! r+ 3李淑賢，張福剛，張敬強(qiáng),。酯化反應(yīng)催