实验六 乙酸正丁酯的制备1
一、实验目的
1、认识酯化反应原理，掌握乙酸正丁酯的制备方法。
2、掌握共沸蒸馏分水法的原理和分水器（油水分离器）的使用。
3、学习有机物折光率的测定方法。
二、实验重点、难点
1、重点：掌握乙酸正丁酯的制备方法。
掌握共沸蒸馏分水法的原理和分水器（油水分离器）的使用。
2、难点：掌握共沸蒸馏分水法的原理和分水器（油水分离器）的使用。
三、实验学时
4学时
四、实验原理
酸与醇反应制备酯，是一类典型的可逆反应：
为提高产品收率，一般采用以下措施：
1、使某一反应物过量；
2、在反应中移走某一产物（蒸出产物或水）；
3、使用特殊催化剂
用酸与醇直接制备酯，在实验室中有三种方法。
第一种是共沸蒸馏分水法，生成的酯和水以沸臃物的形式蒸出来，冷凝后通过分水器分出水，油层回到反应器中。
第二种是提取酯化法，加入溶剂，使反应物、生成的酯溶于溶剂中，和水层分开。
第三种是直接回流法，一种反应物过量，直接回流。
制备乙酸正丁配用共沸蒸馏分水法较好。为了将反应物中生成的水除去，利用酯、酸和水形成二元或三元恒沸物，采取共沸蒸馏分水法。使生成的酯和水以共沸物形式逸出，冷凝后通过分水器分出水层，油层则回到反应器中。
五、仪器、试剂与装置
仪器 蒸馏装置玻璃磨口仪器、球形冷凝管、分水器、圆底烧瓶（50ml）、温度计（150℃）、锥形瓶（50ml）、烧杯（400ml）、电热套、分液漏斗、量筒（10ml、50ml）、电热套、铁架台、铁夹及十字头、铁圈、橡胶水管、天平
试剂 正丁醇(11.5ml)、冰醋酸（7.2ml）、浓硫酸、10%碳酸钠溶液、无水硫酸镁、冰块、沸石、甘油、pH试纸
装置
六、实验步骤
1、50 mL圆底烧瓶中，加11.5 mL (0.125 mol) 正丁醇, 7.2 mL冰醋酸(0.125 mol) 和3～4d浓H2SO4（催化反应）, 混匀，加2颗沸石。
2、接上回流冷凝管和分水器。在分水器中预先加少量水至略低于支管口（约为1～2 cm）,目的：使上层酯中的醇回流回烧瓶中继续参与反应，用笔作记号并加热至回流，不需要控制温度，控制回流速度1～2d/s。
3、反应一段时间后，把水分出并保持分水器中水层液面在原来的高度。
4、大约40 min后，不再有水生成 (即液面不再上升)，即表示完成反应。
5、停止加热，记录分出的水量。
6、将分水器分出的酯层和反应液一起到入分液漏斗中，用10 mL水洗涤，并除去下层水层（除去乙酸及少量的正丁醇）；有机相继续用10 mL 10%Na2CO3 洗涤至中性（除去硫酸）；上层有机相再用10 mL 的水洗涤除去溶于酯中的少量无机盐，最后将有机层到入小锥形瓶中，用无水可硫酸镁干燥。
7、蒸馏：将干燥后的乙酸正丁酯滤入50 mL 烧瓶中，常压蒸馏，收集124-126 ℃的馏分。
8、折光率的测定
9、计算产率。
七、基本操作
1、回流分水反应装置，及时分出反应生成的水，缩短了整个实验时间。本实验体系中有正丁醇—水共沸物，共沸点93℃；乙酸正丁酯—水共拂物，共沸点90.7℃，在反应进行的不同阶段，利用不同的共沸物可把水带出体系，经冷凝分出水后，醇、酯再回到反应体系。为了使醇能及时回到反应体系中参加反应，在反应开始前，在分水器中应先加入计量过的水，使水面稍低于分水器回流支管的下沿，当有回流冷凝液时，水面上仅有很浅一层油层存在。在操作过程中，不断放出生成的水，保持油层厚度不变。或在在分水器中预先加水至支口，放出反应所生成理论量的水（用小量筒量）。洗涤操作时，正溴丁烷有时在上层，有时在下层。根据相对密度数据判断产物在上层还是在下层。见附表
乙酸正丁酯、水及正丁醇形成二元或三元恒沸液的组成及沸点
2、洗涤操作（分液漏斗的使用）：
(1)洗涤前首先检查分液漏斗旋塞的严密性。
(2)洗涤时要做到充分轻振荡，切忌用力过猛，振荡时间过长，否则将形成乳浊液，难以分层，给分离带来困难。一旦形成乳浊液，可加入少量食盐等电解质或水，使之分层。
(3)振荡后，注意及时打开旋塞，放出气体，以使内外压力平衡。放气时要使分液漏斗的尾管朝上，切忌尾管朝人。
(4)振荡结束后，静置分层；分离液层时，下层经旋塞放出，上层从上口倒出。
3、蒸馏，所用的仪器是干燥的，使乙酸正丁酯充分干燥，从而提高产品质量。
八、注意事项
1、冰醋酸在低温时凝结成冰状固体（熔点16.6℃）。取用时可温水浴加热使其熔化后量取。注意不要触及皮肤，防止烫伤。
2、在加入反应物之前，仪器必须干燥。（为什么？）
3、浓硫酸起催化剂作用，只需少量即可。也可用固体超强酸作催化剂。
4、当酯化反应进行到一定程度时，可连续蒸出乙酸正丁酯，正丁醇和水的三元共沸物（恒沸点90.7℃），其回流液组成为：上层三者分别为86％、11％、3％，下层为19％、2％、97％。故分水时也不要分去太多的水，而以能让上层液溢流回圆底烧瓶继续反应为宜。
5、本实验中不能用无水氯化钙为干燥剂，因为它与产品能形成络合物而影响产率。
6、根据分出的总水量（注意扣去预先加到分水器的水量），可以粗略的估计酯化反应完成的纯度。
7、产物的纯度也可用折光率的测定进行检测。
九、实验报告书写要求
实验报告
1、实验题目
2、实验原理
3、实验仪器与试剂
4、实验内容（操作步骤）
5、实验结果
产量： g
折光率
6、思考题
十、思考题
1、酯化反应有什么特点,本实验如何提高产品收率？又如何加快反应速度？
2、计算反应完全应分出多少水？
反应特点
属于可逆反应，一般情况下反应进行不彻底，依照反应平衡原理，要提高酯的产量，需要用从产物分离出一种成分或使反应物其中一种成分过量的方法使反应正方向进行。
第二篇：固体酸催化酯化合成醋酸丁酯
实验报告
课程名称： 专业实验 指导老师： 成绩：__________________
实验名称： 固体酸催化酯化合成醋酸丁酯 实验类型： 有机合成 同组学生姓名：
一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
一、实验目的
了解与掌握固体酸催化酯化工艺特点。
二、实验原理
有机酸与醇进行酯化反应，是常见的化工过程之一，也是一个典型的酸催化的可逆反应，其反应通式如下：
并具有下列关系式（1）：
式中：C－物质浓度，k－反应速度常数，K－平衡常数。
为使反应加速常加入少量催化剂。工业上是加浓硫酸或通干燥氯化氢为催化剂。本实验采用固体酸催化剂。
固体酸酯化合成工艺，采用阳离子交换树脂或分子筛固体酸催化剂代替硫酸液体催化剂合成乙酸正丁酯，不仅可以克服因硫酸存在下的容器腐蚀和发生副反应的严重缺点，同时固体酸催化剂来源容易、用量少、能反复使用，催化剂与产品分离容易，便于连续生产，而且产物乙酸正丁酯纯度高的特点。
酯化与水解是可逆的化学平衡。从工业生产角度来看，采用一些简单的措施就可使转化率接近100％，主要的方法是蒸出水或酯。在乙酸正丁酯的合成中，利用水和醇、酯能形成共沸的特点将所生成的水蒸出，带出的酯及醇用分水器分离后返回反应釜，直至反应完全。再精馏后，酯则留在反应釜中。
选用合适的酯化催化剂及其用量在保证酯化反应顺利进行方面有决定性作用。本实验用强酸性阳离子交换树脂，这类离子交换树脂均含有可被阳离子交换的氢质子，属强酸性，有很好的催化活性，即在此酸中心上可进行酸催化酯化反应。
三、实验装置及试剂
1．试剂
乙酸（CH3COOH）沸点118℃，分子量60.05，比重约1.05
正丁醇（C4H9OH）沸点117.8℃，分子量74.12，比重0.81
催化剂阳离子交换树脂用牌号D72型
2．实验装置
如图1所示。
1－磁力搅拌器 2－电加热套 3－三口瓶 4－温度计
5－取样针筒 6－分馏柱 7－分水器 8－回流冷凝管
图1 实验装置示意图
四、实验步骤
1．取20mL醋酸，倒入已知重量的三口瓶（含磁子）内，称出总重，得到醋酸质量。根据醋酸质量按摩尔比1：1算出应加入的正丁醇的体积，量入正丁醇并称重。然后加入1g催化剂。
2．按图连接好装置，然后开冷却水，电加热套和搅拌器。
3．升温并保温，将反应加热至沸，釜液126℃，分馏柱110℃左右。
4．此时蒸出由乙酸丁酯、水和正丁醇组成的共沸混合物，经过分馏柱，收集于分水器中，上层为乙酸丁酯和正丁醇，返回反应釜中。
5．待分水器中水不再增加时，则可以认为酯化过程已终止，关电源和冷却水。
6．待反应釜内温度降至80℃以下时，先放出分水器中的水称重。再把分水器中油层返回反应釜，称重。
7．取釜内样2mL，与0.5mL异丙醇混合均匀，气相色谱中进样0.2μL进行组成分析。
五、实验数据记录及处理
1．原始实验数据记录
2．从原始数据得到以下有用数据：
3．色谱分析
4．进行物料衡算，求损失
反应前： M=19.743+25.268 g =45.011 g
反应后： M’=35.307+5.087 g =40.394 g
则损失率为 
5．计算终点转化率
乙酸： 
正丁醇： 
六、实验结果及分析
1．实验中用19.743克乙酸与25.268克正丁醇反应，生成了35.307克产品和5.087克水，损失率达到了10.257%，超过了正常的损失率。这是由于操作时发生失误，分水器没有关紧，反应开始后有一部分液体流出了分水器，对实验结果造成了一定影响。
2．酯化和水解是可逆的化学平衡，反应物的转化率不可能达到100%，本实验中采用蒸出产物水的方法提高了反应物的转化率，乙醇和正丁醇的转化率分别达到了93.93%和90.78%。理论上采用蒸出水的方法能使转化率接近100%，本实验中若增加反应时间能使转化率进一步提高。
3．在色谱分析图谱中，第一个峰是内标物异丙醇，后面依次是乙酸、正丁醇和乙酸丁酯。在进行色谱分析操作时，要熟悉步骤和要点，注射样品速度要快，否则谱峰的形状会改变，结果发生偏差。
七、讨论
本工艺采用间歇式反应，反应设备简单、灵活，在工业上适合小批量的生产。在工艺参数中，本反应对温度控制较为容易，只要溶液沸腾即可，若升高加热套的温度，能使反应速度加快。本工艺采用蒸馏的方法，能很好地分离产物和水，在提高转化率的同时，得到了较为纯净的产品。选用合适的催化剂机器用量在保证酯化反应顺利进行方面有决定性作用，本工艺采用强酸性离子交换树脂，这类树脂含有可被阳离子交换的氢离子，呈强酸性，有很好的催化活性；同时，采用固体酸催化剂能克服因硫酸存在下的容器腐蚀和发生副反应的严重缺点，而且催化剂来源容易，用量少，能反复利用，易于产品分离，便于连续生产，产物纯度高，因此固体酸催化剂有很大的优势。