α-呋喃丙烯酸甲酯的合成及研究-閱讀頁
2025-06-06 18:08本頁面
【正文】 ν asCOC 1211 s ν CsOC 1075 s γ CH 883 m β ring 749 s ν C=O 1716 vs ν COC 1308 s 1263 s 1166 s ν C=C 1642 s δ =CH 972 s ν asCH(CH3) 2950 m 圖 42 α 呋喃丙烯酸甲酯的紅外光譜 α 呋喃丙烯酸甲酯 的合成及研究 9 將樣品的紅外光譜譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較，樣品的光譜吸收峰位置和峰強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)譜圖的吸收峰相差不大，由此可以判斷此物質(zhì)即所要合成的產(chǎn)品 —— α 呋喃丙烯酸甲酯。因此要選擇合適的帶水劑。本實驗可以選用的帶水劑為苯和甲苯。雖然苯作帶水劑時的成本較低，但是甲苯在生產(chǎn)中也比較易得，用甲苯作帶水劑也不會增加太多的成本，所以本實驗選用的帶水劑是甲苯。但是，酸與醇之間要想順利進(jìn)行反應(yīng)就需要加適當(dāng)?shù)拇呋瘎Ｏ旅娣謩e來討論這三種催化劑對酯化反應(yīng)的影響： 濃硫酸對酯化反應(yīng)的影響 濃硫酸是實驗室中常見的無機(jī)強(qiáng)酸。 濃硫酸對低 級醇的酯化能力較強(qiáng)，但隨著 ROH 的碳鏈增長，生成烯烴的可能性愈來愈大，酯收率降低；對大多數(shù)酯化反應(yīng)而言，濃硫酸的濃度低，酯收率較高，因為硫酸濃度愈大，越容易炭化和生烯，并且在酸性和高溫條件下，呋喃環(huán)易被破壞。 對甲苯磺酸對酯化反應(yīng)的影響 對甲基苯磺酸是本反應(yīng)很好的催化劑，它催化性能強(qiáng)，酯收率較高，尤其是分α 呋喃丙烯酸甲酯 的合成及研究 11 子量較大的酯的合成，用對甲 苯磺酸作催化劑，炭化、氧化和脫水生烯的可能性比用濃硫酸作催化劑時要小，因此酯收率較高。 十八水合硫酸鋁對酯化反應(yīng)的影響 十八水合硫酸鋁對高級酯的合成有較好的催化效果，但是對α 呋喃丙烯酸甲酯的制備的催化能力相對較差，可能是由于甲醇易溶于水，沸點低，反應(yīng)溫度低，不能用分水器將反應(yīng)過程中生成的水除去，致使催化劑水解而喪失催化活性。催化劑選擇性的好壞往往比活性更重要，有副產(chǎn)物生成的催化反應(yīng)，會浪費原料。 2．不易中毒，使用壽命長 在工業(yè)生產(chǎn)中總是希望催化劑效能使用較長的時間，但是隨著催化劑使用時間的延長，催化劑的活性會逐漸降低，這是由于催化劑中毒和失活造成的。 通過以上的分析，由于十八水合硫酸鋁對α 呋喃丙烯酸和甲醇發(fā)生酯化反應(yīng)的催化能力比較弱，而且容易失去活性，雖然使用適當(dāng)?shù)姆悬c較高的帶水劑，可以用于本實驗的酯化反應(yīng)，不過這樣會使反應(yīng)成本提高。 通過以上的兩個條件可以發(fā)現(xiàn)，如果使用對甲苯磺酸作為催化劑，酯收率較高，但對甲苯磺酸的成本也比較高；若使用濃硫酸作為催化劑，酯收率高，但是濃硫酸的成本比較低。 但是，在此需要說明，為了避免副反應(yīng)和炭化，在使用濃硫酸的時候要注意控制好溫度。為了減少副反應(yīng)的發(fā)生，應(yīng)保持乙酸酐過量。隨著糠醛和乙酸酐量比的增大，產(chǎn)率明顯增大，當(dāng)量比達(dá)到 ：，產(chǎn)率變化不大，產(chǎn)品色澤較好，故選用糠醛和乙酸酐的量比為 ： 。即 m(糠醛 ):m(無水乙酸鈉 )=1: 反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度對實驗產(chǎn)率的影響 通過實驗發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)溫度低于 140℃，該反應(yīng)難于進(jìn)行，高于 160℃，副反應(yīng)比較嚴(yán)重，產(chǎn)率大為降低，產(chǎn)品外觀不好，故反應(yīng)溫度選用 140~160℃。另外，過長時間的加熱，浪費能耗，增加反應(yīng)成本。 影響α 呋喃丙烯酸甲酯產(chǎn)率的因素 α 呋喃丙烯酸甲酯的合成路線，酯化過程是最終的步驟。因此，我們將討論這個反應(yīng)過程中的工藝改進(jìn)。 α 呋喃丙烯酸甲酯 的合成及研究 14 酸和醇的用量比對實驗產(chǎn)率 的影響 從化學(xué)平衡的角度來說，增加反應(yīng)物的量有利于提高產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率，所以提高酸的量或者醇的量有利于反應(yīng)向正方向進(jìn)行。但是醇的量過高，會使酸的濃度大為降低，從而降低反應(yīng)速率，不利于反應(yīng)的進(jìn)行，并造成浪費。當(dāng)比例大于這個比例的時候，生成的酯比較少，隨著反應(yīng)比例的逐漸增加，產(chǎn)率明顯升高；但是，當(dāng)反應(yīng)的比超過 ： 的時候，反應(yīng)不升反降。 帶水劑對實驗產(chǎn)率的影響 酯化反應(yīng)是典型的可逆反應(yīng) ,利用能與水形成低沸 點共沸物的溶劑將反應(yīng)中生成的水帶出，將有利于反應(yīng)向酯化反應(yīng)的方向進(jìn)行，從而提高酯收率。本實驗在其它條件不變的情況下考察帶水劑的用量對酯化反應(yīng)的影響。 V(甲 苯 ):V(甲醇 )=1:2。所以我們就濃硫酸的用量對產(chǎn)率的影響問題進(jìn)行討論。 本實驗濃硫酸的用量以 。 反應(yīng)時間對實驗產(chǎn)率的影響 酯化反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行一段時間后就會達(dá)到可逆平衡或接近可逆平衡。所以要找到恰當(dāng)?shù)臅r間來進(jìn)行酯化反應(yīng)，使其不會影響酯的收率。但是，當(dāng)反應(yīng)時間超過 3h 后， α 呋喃丙烯酸甲 酯的收率明顯下降。 α 呋喃丙烯酸甲酯 的合成及研究 16 第六章 總結(jié) 本文參考了最近國內(nèi)α 呋喃丙烯酸甲酯的研究進(jìn)展和已經(jīng)成熟的合成路線。 主要在以下兩個步驟上進(jìn)行了改進(jìn)： 在α 呋喃丙烯酸的合成一步中，沒有采用吡啶催化縮合的辦法，而是采用了經(jīng)典的 Perkin 反應(yīng)。 在酯化反應(yīng)階段，對催化劑的選擇和帶水劑的選擇，使酯化產(chǎn)率更高。這些優(yōu)化，雖然有些煩瑣，但是確實能使酯化過程的產(chǎn)率增高。反應(yīng)的最高產(chǎn)率達(dá)到 %。贠老師實踐經(jīng)驗豐富，為本次實驗提供了很多的資料和方法。 感謝有機(jī)教研組的王冰老師。王老師犧牲自己的休息時間，幫助大家測物質(zhì)的紅外光譜圖。 感謝有機(jī)教研組的宋偉新老師幫助測試紫外譜圖，以及幫助分析物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。每當(dāng)同學(xué)們有問題和困難時，她都給予大力協(xié)助。特別提出的是：有機(jī)實驗員郭老師給本次論文的實驗提供了很多的實驗儀器、藥品，并傳授了很多的經(jīng)驗；劉年春同學(xué)為本次實驗提供了大量的參考材料和紅外標(biāo)準(zhǔn)光譜圖，并對本次論文提出了很多真知灼
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