张旺旺 王鑫阳 黄本祥 周迎春

(辽宁工业大学 化学与环境工程学院，辽宁 锦州 121001)

醋酸丁酯为无色透明、易燃、具有果实味的液体；是一种重要的基本有机化工原料，常作为有机溶剂、萃取剂、脱水剂，广泛应用于火棉胶、清漆，医药、塑料以及香料工业中。醋酸丁酯是甲苯、二甲苯、酮类很好的取代品，传统合成醋酸丁酯的方法成本高、污染大等问题[1-2]。因此，找到一个制备简单、成本低、易于工业化、污染小、收率高的合成方法成为人们关注的一个话题。本论文采用正交试验法优化醋酸丁酯的最佳合成条件。

1 实验部分

1.1 实验仪器及药品

药品：正丁醇、冰醋酸、硫酸氢钠、可膨胀石墨、碳酸氢钠等。

仪器：DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器，202A-3型电热干燥箱，M22型有机化学制备仪仪，HDM-250B型电子调温电热套，AW220型电子天平等。

1.2 实验过程

将一定量正丁醇和一定量冰醋酸加到100 mL圆底烧瓶中，并加入一定量硫酸氢钠，投入一粒沸石，然后安装分水器、回流冷凝，用电热套加热20 min，回流分水，待反应体系不在有水生成，停止加热。冷却后将分水器中的酯层与烧瓶中产物合并。蒸馏收集124℃～126 ℃馏分，称重。

2 结果与讨论

2.1 催化剂种类对醋酸丁酯收率的影响

保持其它的合成条件不变，即酸醇比为1：1，时间为20 min，催化剂分别为可膨胀石墨和硫酸氢钠，用量均为1 g，时，催化剂种类对醋酸丁酯收率的影响如图1所示：

图1 催化剂种类对醋酸丁酯收率的影响

由图1可以看出，以硫酸氢钠作催化剂酯的收率较高。酯化反应的实质是质子的转移，凡是能提供质子或接受质子的催化剂，都能加快其反应。硫酸氢钠是硫酸的酸式盐，为强电解质，它可以电离出氢离子，有利于反应。而可膨胀石墨没有。因此，较好的催化剂为硫酸氢钠。

2.2 原料摩尔比对醋酸丁酯收率的影响

保持其它的合成条件不变，用1g硫酸氢钠做催化剂，反应时间为20 min，冰醋酸和正丁醇摩尔比分别为1：0.8、1：0.9、1：1.0、1：1.2、1：1.3、1：1.4时，原料摩尔配比对醋酸丁酯产率的影响如表1所示：

表1 原料摩尔比对收率的影响

由表1可以看出，随着正丁醇量的增多，产物收率先增后降，原料摩尔比为1：1.1时酯收率最高，即88.90 %。因为醇的量不足时，反应物酸不能够完全反应，导致产物降低，增大醇的物质的量使平衡向生成酯的方向移动，提高酯的收率，但增至一定程度后，过多的醇和醋酸丁酯发生醇解反应，生成新的醇和酯，降低了产物收率[3]。因此，最佳摩尔比为1：1.1。

2.3 催化剂用量对醋酸丁酯的影响

保持其它的合成条件不变，反应20min，原料摩尔配比为1：1.1，催化剂硫酸氢钠用量分别为0g、0.25g、0.50g、0.75g、1.00g、1.25g、1.50g时，醋酸丁酯的收率如表2所示：

表2 催化剂用量对收率的影响

由表2可以看出，随着催化剂用量的增多，产物收率先增高后降低，硫酸氢钠为1g时收率最高，即88.90%。催化剂的量少时，活性不够，产率低；催化剂用量增加时，相对酸性增强，导致了醋酸丁酯的水解。因此，催化剂的最佳用量为1g。

2.4 反应时间对醋酸丁酯收率的影响

保持其它合成条件不变，催化剂硫酸氢钠用量为1g，原料摩尔配比为1：1.1，反应时间分别为10min、20min、30min、40min、50min、60min时，反应时间对醋酸丁酯收率影响如表3所示：

表3 反应时间对收率的影响

由表3可以看出，随着时间延长，产物产率先增后降，30min后达到最高，即88.90%。刚开始反应时，反应物没有充分反应，故产率低，随着反应时间的延长，可能因为是副反应的增多，导致产物产率降低[4]。因此，最佳反应时间为30min。

2.5 正交试验优选最佳合成条件

由前面的单因素实验可知，反应时间(A)、催化剂用量(B)和原料配比(C)对醋酸丁酯的收率有较大影响，本文以醋酸丁酯的收率为实验指标(Y)，建立了三因素三水平的正交实验模型，各因素水平表及极差分析表见表4、5。

表4 因素水平表

表5 极差分析表

根据极差的大小R3>R1>R2得出各因素的影响顺序为原料配比(C)>反应时间(A)>催化剂用量(B)。所得最佳提取条件为A2B3C3，即反应时间为30min，催化剂硫酸氢钠用量为1.25g，冰醋酸、正丁醇的摩尔配比为1：1.20时，醋酸丁酯的收率最高。

正交试验组合正好在前面的单因素实验中做过，即当反应时间为30min，催化剂硫酸氢钠用量为1.25g，冰醋酸、正丁醇的摩尔配比为1：1.2时，得到醋酸丁酯产率最高为88.90%，与正交试验结果相吻合。

3 结论

以冰醋酸和正丁醇为原料，用硫酸氢钠作催化剂合成了醋酸丁酯，最佳合成条件为：原料正丁醇、冰醋酸的配比为1：20，反应时间为30min，催化剂硫酸氢钠用量为1.25g时，醋酸丁酯的收率最高，可达88.90%。