不同方法合成乙酸乙酯的对比研究

摘要：乙酸乙酯是一种重要的有机化合物，乙酸乙酯的合成实验也是有机化学中的基本实验。在传统的乙酸乙酯的合成方法中，我们采用的是用浓 H2SO4做催化剂的蒸馏法，但实验结果并不是非常理想，本文通过对乙酸乙酯不同的合成方法（蒸馏法，回流法）的对比，不同的催化剂的选择（浓硫酸，盐酸，碳酸氢钠）的对比，讨论合成乙酸乙酯的最佳方法。

关键词：乙酸乙酯蒸馏法回流法浓 H2SO4 HCl NaHSO4

正文：

一．实验原理

乙酸乙酯的合成作为典型的羧酸酯化反应被有机化学实验教材普遍采用。合成原理是乙醇和乙酸在催化剂作用下脱水生成乙酸乙酯。

主反应：CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O

反应条件：120~125℃ 催化剂

副反应：2C2H5OH → C2H5OC2H5 + H2O

在反应中，酯的合成与酯的水解形成一个动态平衡，采用增加醇或酸的量，蒸出酯和水的方法，可以增加酯的产率。

二，合成乙酸乙酯的不同方法：

1蒸馏法

步骤：在100mL三口烧瓶中加入5mL乙醇和5mL催化剂浓硫酸的混合液。在三口烧瓶的三个口分别插入温度计，安装盛有20mL乙醇和14.3mL冰醋酸混合液的滴液漏斗以及连接蒸馏装置,并且温度计水银球,滴液漏斗末端浸入液面以下,距瓶底约0.5-1cm，加热反应物，待瓶内温度为120度时，将滴液漏斗中反应物慢慢滴入反应瓶中，调节加料速度，使加料速度和蒸出酯的速度大致相同，保持三口烧瓶内温度为120-125度，反应完成后，继续加热10分钟，直到不再有液体溜出为止。

图1. 乙酸乙酯合成蒸馏装置图2. 乙酸乙酯合成的回流装置

２.回流法

步骤:在100ml圆底烧瓶中加入23mL95%乙醇和15ml冰醋酸，在摇动中慢慢加入７.5ml浓硫酸,混匀后加入沸石2-3粒，装上回流冷凝管，水浴加热３０min,冷却后将回流装置改成蒸馏装置,在水浴中加热蒸馏，直至在沸水中不再有蒸出物为止,收集馏分.

3.蒸馏法和回流法的对比

1. 在蒸馏法制备乙酸乙酯中，采用加入过量乙醇的方法，将生成的乙酸乙酯和水不断蒸出，使反应一直向右方向进行，乙酸和乙醇能充分转化。“其产率理论上能达到99.9%以上。”在回流法制备中，由于反应物和产物共存于同一体系中，反应平衡后，酯化和水解速度相等。体系中各物质的量保持一定，“其理论产率为84.1%”（1）。也就是说，从理论上讲，在乙醇和乙酸的质量一定时，蒸馏法的产率高于回流法的产率。

2. 在蒸馏法制备中，实验操作步骤复杂。有以下几个方面需要注意：1，浓硫酸与乙醇混合时，要在充分振荡与冷却下分批加入浓硫酸。否则，由于混合时的放热，使体系温度骤升，乙醇被浓硫酸氧化的速度过快，生成乙醚、乙烯，甚至炭黑，影响酯的产率；2，乙酸和乙醇的混合液在滴加时，应尽量使滴加

速度与馏出酯的速度大致相等，并且滴入混合液的速度不宜过快，以保证乙酸与乙醇充分反应，并使生成的酯充分馏出。否则，大量乙酸与乙醇未反应而被蒸馏出，使酯的产率降低；3，反应温度应控制在120—125度范围内。温度不能太高。否则，副产物乙醚的量增加，甚至有乙烯、CO2，CO等副产物生成。同时，馏出液的速度会加快，部分乙酸和乙醇未经反应即被蒸出，降低产率。

回流法操作简便，实验中容易控制反应条件，在制备过程中副反应很少，并能保证反应的充分进行，但由于没有用温度计控制温度，在操作过程中，必然造成温度的波动，影响产率。

3. 与蒸馏法相比，回流法中降低了反应温度，避免了炭化现象，减少了副产物的发生，提高了乙酸乙酯的合成产率。

4. 回流法中，采取先回流，后蒸馏的方式，有利于反应平衡向产物方向移动。回流装置改为蒸馏装置后，随着粗产物乙酸乙酯的不断蒸出，其反应混合物中的乙醇和乙酸还要进行酯化反应，促使反应继续向平衡右移，使乙酸基本上完全转化，防止了反应物来不及反应而被蒸出。

5. 回流法中，由于提前已经回流了O．5 h，在此过程中，反应已经在不断地进行了，反应物已有大部分成了产物，而后再蒸馏，边蒸边反应，经过0．5 h回流，浓硫酸充分使羰基质子化，从而提高羰基反应活性，反应也就充分完全了。乙醇大部分转化了产物，蒸出产物的产率，质量都是蒸馏法最好。（2）二，不同的催化剂的对比

合成乙酸乙酯的实验中，除了用浓H2SO4做催化剂外，还可用NaHSO4，，盐酸等多种物质做催化剂，现就上述三种物质做催化剂，对乙酸乙酯的合成实验的影响做一下对比。

1.用浓硫酸作催化剂有三点缺陷

一是浓硫酸腐蚀性强、用量较大，使用不安全；二是反应温度难控制、副反应多、反应速度慢、乙醇利用率低、分离提纯困难；三是产生的废液对环境污染大。

2.用盐酸做催化剂合成乙酸乙酯的优缺点：

（1）盐酸、硫酸都是强酸，具有很强的催化活性。由于催化反应的关键是完成酯化反应并形成活性中间体，该活性中间体的形成难易及活性中间体的浓度直接影响反应速度及酯的收率（3）。盐酸和硫酸都易使之形成活性中间体，但由于在酯化反应条件下用硫酸做催化剂，存在一系列的副反应，而导致乙酸乙酯的产率降低。所以用盐酸作催化剂而得到的乙酸乙酯的产率较高，能达到64%（4）。

(2)产品纯化操作简单，用浓硫酸做催化剂时，要依次用10mL饱和碳酸钠溶液、10mL饱和氯化钠溶液、20mL饱和氯化钙溶液(分两次)洗涤。使部分乙酸乙酯在分液时损失，使产率下降。而用盐酸做催化剂，酸用量大大减少，可省去除酸、除碱两步操作，只用饱和氯化钙溶液洗涤两次即可，既节约了物料，时间，又减少了乙酸乙酯的浪费。

3.用 NaHSO4做催化剂的优缺点

NaHSO4做催化剂的催化机理是：硫酸氢钠是强电解质,硫酸氢根可以电离出来氢离子而使体系显酸性。在反应体系中,硫酸氢钠自身的结晶水能够在催化剂表面电离出氢离子来催化反应,反应生成的水又能使硫酸氢钠电离出更

多的氢离子,从而有利于酯化反应的进行。（5）

硫酸氢钠的水溶液呈强酸性，而且它又是价廉易得的稳定晶体，通过实验探讨了用它催化合成乙酸乙酯的反应条件，发现其最后产物的产率可达85%以上（6），效果很好。

硫酸氢钠是一种常见易得，价廉的无机晶体，保管使用都很方便，对设备的腐蚀和环境污染比无机酸（如硫酸）都小，而且难溶于有机反应体系，操作分离及处理都很方便，能够重复使用，反应温和，用量少，活性高! 因此是一种很有发展前景的催化剂!

硫酸氢钠是有效的催化剂，少量的硫酸氢钠就能产生较好的催化效果，随着催化剂用量增加，反应时间稍有减小，但对反应产率的影响不是很大。由于硫酸氢钠难溶于有机反应体系中，当粗产品蒸出后，硫酸氢钠仍留于反应瓶中。因此,硫酸氢钠在合成乙酸乙酯过程中能够重复使用（7）。与等摩尔硫酸比较其收率较高，因此硫酸氢钠是替代硫酸催化合成乙酸乙酯的良好催化剂。

结论

虽然从理论上说，蒸馏法的产率比回流法高，但实际上，回流法步骤简单，温度容易控制，产率比蒸馏法高。

浓硫酸做为传统的催化剂，使实验的副反应增多，而且反应产生的废液对环境污染大，我们可以用价格低廉，可重复使用的硫酸氢钠替代浓硫酸做反应的催化剂。

最佳反应条件为:以0.2摩尔乙醇为基准,醇酸摩尔比为1∶1.5,催化剂用量为1.2g,反应温度控制在80℃回流温度。酯收率最高可达到82.4%。