【正文】 題 目： 離子液體催化合成苯甲酸甲酯的研 究 院 系： 化工學院 專 業(yè)： 制藥工程 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 2021 年 3 月 22 日 畢 業(yè) 設 計（論 文） I 離子液體催化合成苯甲酸甲酯的研究 【 摘要 】 苯甲 酸 甲酯，又名 安息香酸 甲酯，是一種重要的化工原料，可作為 有機合成 中間 體、溶劑和香料，也可用于食品工業(yè)中。目前 ， 工業(yè)上合成苯甲酸甲酯 的 主要 方法 是用濃硫酸作催化劑， 該方法 存在 設備腐蝕嚴重 、 副反應多 等缺點。本課題以苯甲酸和甲醇為原料，離子液體（吡啶和濃硫酸）為催化劑，對苯甲酸甲酯的合成進行研究。 通過進行正交實驗，探究催化劑 的使 用量， 原料酸醇 摩爾比，反應溫度，反應時間對酯化反應產率的影響。實驗 結果表明，苯甲酸和甲醇的摩爾比為 1：5，離子液體用量占總重 10%， 反應時間為 4 小時， 溫度為 70℃ 時，苯甲酸甲酯的產率 達到 %。 與傳統(tǒng)催化劑濃硫酸相比，離子液體作為催化劑具有更好的催化效 果。 【關鍵詞】 離子液體； 催化劑；合成； 苯甲酸甲酯；產率 II Research on ionic liquids catalyzed synthesis of benzoic acid methyl ester 【 Abstract】 Benzoic acid methyl ester was used as intermediates in anic synthesis, solvent and spices and used in the food industry. Benzoic acid methyl ester is an important chemical raw materials also known as methyl benzoic acid. The industrial use of concentrated sulfuric acid as catalyst for synthesis of methyl benzoate has many side reactions, serious corrosion of equipment etc. The research and study were carried out with benzoic acid and methanol as raw materials, ionic liquids (pyridine and sulfuric acid) as catalyst for the synthesis of methyl benzoate. Through orthogonal experiment to explore the influence about catalyst dosage, molar ratio, reaction temperature, reaction time on the esterification reaction yield. The experimental results show that the highest yield of methyl benzoate reached % when the molar ratio of benzoic acid and methanol was 1:5, the amount of ionic liquids for a total weight of 10%, reaction time was 4 hours, the temperature was 70 degrees centigrade. Compared with the traditional sulfuric acid catalyst, the catalytic effect of ionic liquid as catalyst has better. 【 Key Words】 Ionic liquids。 catalyst。 synthesis。 benzoic acid methyl benzene。 productivity 石家莊學院畢業(yè)論文 III 目 錄 1 引言 ........................................................... 1 2 實驗部分 ....................................................... 2 儀器與試劑 ................................................... 2 儀器 ....................................................... 2 試劑 ....................................................... 2 苯甲酸甲酯的合成 ............................................. 2 實驗原理 ................................................... 2 實驗步驟 ................................................... 3 苯甲酸甲酯純度檢測分析 ....................................... 3 苯甲酸甲酯氣相檢測條件 ..................................... 3 苯甲酸甲酯紅外檢測 ......................................... 3 3 結果與討 論 ..................................................... 4 催化劑用量對產物收率的影響 ................................... 4 酸醇摩爾比對產物收率的影響 ................................... 5 反應時間對產物收率的影響 ..................................... 5 反應溫度對產物收率的 ......................................... 5 優(yōu)化放大實驗對產物純度和收率的影響 ........................... 6 結論 ............................................................. 6 參考文獻 ......................................................... 8 附錄 ............................................................. 9 致謝 ............................................................. 10石家莊學院畢業(yè)論文 1 1 引言 苯甲酸 甲酯，又名 安息香酸 甲酯，是一種較為重要的酯類化合物，化學上可視為苯甲酸或 苯甲酸酐 或 苯甲酰氯 用 甲醇 醇解的產物。苯甲酸甲酯是一種 不溶于水 但能與甲醇 、 乙醚 等 混溶 的 透明液體 ,具 有濃郁的 冬青油 和尤南迦油香氣，可用于配制草莓、菠蘿、櫻桃等 香味的 食品保鮮劑 、 香水香精 和 人造 精油 等 ； 苯甲酸甲酯 還 是一種重要的化工原料， 工業(yè)上可用作 有機合成 中間體、 作為 合成 纖維素酯、纖維素醚、樹脂、橡膠等的溶劑 [1~3]。 目前 ， 工業(yè)上合成苯甲酸甲酯 的 主要 方法 是用傳統(tǒng)酸性催化劑濃硫酸作催化劑，但是此做法存在副反應多，產物分離復雜，設備腐蝕嚴重，廢液 污染環(huán)境等缺點，因而需要選擇新的工藝路線進行苯甲酸甲酯的合成，相關報道也對多種催化劑進行了研究，但存在催化劑合成較為復雜，不利于工業(yè)化實施 [4]。 酸催化反應在化工行業(yè)中占有十分重要的地位。傳統(tǒng)的酸性液體催化劑主要是硫酸和一些 Lewis 酸 ，雖然 它們的 催化活性高，但 是 具有 較 強 的 腐蝕性，后處理 也及其 復雜，環(huán)境污染 更為 嚴重。 所以 ， 鑒于上述問題，為替代傳統(tǒng)強腐蝕、強污染性的濃硫酸等無機酸，開發(fā)綠色的酸性催化劑很有必要，人們開 始 廣泛開展對酸性離子液體催化劑的研究 [5]。 近年來，離子液體用于酸催化過程發(fā)展十分迅速， 可用于烷基化、?；?、齊聚、酯化、縮合、醚化、酯交換等多種反應過程，在綠色催化和清潔合 成等方面取得了很大的研究進展 [6]。 離子液體作為一種室溫下熔融的鹽、新型反應介質和綠色溶劑，具有液態(tài)范圍寬、溶解范圍廣、 蒸汽 壓為零、穩(wěn)定性好、酸堿性可調、產品易分離和可循環(huán)利用等一系列獨特性質，被認為是繼水和超臨界二氧化碳后的又一大類在現(xiàn)代有機合成中具有良好應用前景的反應介質和新型綠色溶劑，目前某些離子液體已經成功應用于對羥基苯甲酸乙酯的合成 [7]。 酸性離子液體作為一種新型的環(huán)境友好液體催化劑，擁有液體酸催化劑的高密度反應 活性位，具有低揮發(fā)性，其結構和酸性具有可調變性 [8]。 與濃硫酸 等 傳統(tǒng)催化劑 相比，離子液體作為催化劑 具有 較高的 催化活性 和 選擇性 ，對環(huán)境的 污染 較小，產物易分離、 還 可循環(huán)利用 ， 具有更好的催化效果， 對于 取代傳統(tǒng)工業(yè)無機酸催化劑的潛力 不可估量。 本課題設計以苯甲酸和甲醇為原料，用離子液體 (吡啶和濃硫酸 )做催化劑制備苯甲酸甲酯，通過進行正交實驗，探究催化劑用量，原料摩爾比，反應溫度對酯化反應產率的影響，尋找最佳反應條件。 離子液體催化合成苯甲酸甲酯的研究 2 2 實驗部分 儀器與試劑 儀器 YP402N 電子天平， JJ1 精密定時電動攪 拌器， DK9811 電熱恒溫水浴鍋 ，RE52A 旋轉蒸發(fā)器 ， SHZD（ Ⅲ ）循環(huán)水式真空泵， DF101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器， 1012 型 電熱鼓風干燥箱， GN300A 高純氮發(fā)生器， GCD300G 高純氫氣發(fā)生器， 9790 氣相色譜儀， Spectrum 100 FTIR Spectrometer。 試劑 表 21 部分實驗試劑 試劑名稱 生產廠家 規(guī)格 苯甲酸 天津市恒興化學試劑制造有限公司 分析純 無水甲醇 分析純 吡啶