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甲苯磺酸催化合成邻硝基苯甲酸正丁酯的影响有哪些?

  羧酸酯是一类重要的化工原料,广泛用作溶剂、增塑剂、香料及有机合成中间体。工业上生产羧酸酯的方法主要是使羧酸和醇直接酯化,一直沿用浓硫酸作催化剂。尽管浓硫酸作为酯化合成催化剂具有理想的催化活性且价格低廉,但浓硫酸易使有机物碳化、氧化,且选择性差,副反应多,产品色泽深,对设备腐蚀严重,三废处理麻烦。 
  固体酸是一种酯化反应的新型催化剂,其特点是活性高,选择性好,但反应需高温活化,处理麻烦,因而价格较高。对甲苯磺酸是一种有机酸,无氧化性,无碳化作用,作为酯化反应的催化剂时,具有活性高、不腐蚀设备、污染较小等显著优点。
  采用甲苯磺酸作为催化剂合成邻硝基苯甲酸正丁酯的影响有哪些?
  1.反应时间的影响
  采用0.2mol邻硝基苯甲酸,1.2mol的正丁醇,1.2g对甲苯磺酸,进行回流酯化反应,测定不同时间的酯化率,发现随着反应时间的延长,酯化率增大,但超过10h后,延长反应时间对酯化率影响不大。酯化反应是可逆反应,反应过程中需要不断地将反应生成的水带走,使反应向生成酯的方向移动,这是一个新旧反应平衡不断破坏不断建立的过程,时间延长,有利于酯化率的提高,但达到一定时间后,再延长反应时间酯化率提高不大。
  2.催化剂用量对酯化率的影响
  改变对甲苯磺酸用量,其余试剂用量同上,反应时间为10h,在该实验条件下,当催化剂用量少于1.2g时,酯化率随催化剂用量的增加而提高,当催化剂用量达到1.2g后,再增加催化剂用量酯化率提高不明显,所以,催化剂较佳用量为1.2g,即为邻硝基苯甲酸用量的3.6%。
  3.醇酸摩尔比对酯化率的影响
  改变醇酸用量比,其余试剂用量同上,反应时间为10h,在该实验条件下,醇酸摩尔比在2 ~6之间,随着醇酸摩尔比的增大,酯化率提高,超过 6时,醇酸比的改变对酯化率的影响不大。主要原因是酯化反应为可逆反应,增大正丁醇的用量,有利于反应向生成酯的方向移动而提高产率。同时,正醇不仅是反应物而且还是溶剂,共沸脱水也要消耗少量的正丁醇。
  4.与浓硫酸作催化剂的比较
  用浓硫酸作催化剂,在相同的实验条件下,酯化率为81%,而且反应液的颜色较深,而用对甲苯磺酸作催化剂,酯化率可达93.58%,而且反应液的颜色很浅。
  因此对甲苯磺酸是催化合成邻硝基苯甲酸正丁酯的良好催化剂,性能优于浓硫酸。其较佳反应条件是:醇酸摩尔比为6,对甲苯磺酸的用量为邻硝基苯甲酸用量的3.6%,反应时间为10h。

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