1、正丁酸与正戊醇酯化反应的动力学研究200B 年 12 月第 26 卷第 4 期湖南师范大学自然科学JourNatSeieHIlaIINormUnivvd.26No.4Dee.,2O03正丁酸与正戊醇酯化反应的动力学研究赵瑞兰,赵振华,李龙(湖南师范大学化学化工学院化学系,中国长沙.410081)-摘要:a3 改性的 H-p 沸石用于催化正丁酸与正戊醇的酯化反应合成了高产率的丁酸戊酯,测定了该酯化反应的活化能(4o.74mo1),建立了动力学方程式.并与无催化剂时的活化能及动力学方程式进行了比较.关键词:丁酸戊酯;正丁酸;正戊醇;酯化反应;H-p 沸石; 催化剂中围分类号:0643.32 文献标
2、识码:A 文章缩号:1000-2537(2003)KineticStudiesonEsterificationReactionofn-ButyricAcidwithn-pentanolZBAORu-Zm=,ZEAO,Long(Depar 血眦 0f 凸,伽 e 罢e0f8ndCmcalTechnology,HumnNormalUl 蛐,咄410081,Chlr)bs 臼 ad:H-BzeolitemodifiedwithAactwasusedtoeatalysetheesterifieationreactionofn-ltyncacidwithTtpentanoltosynthesizeamy
3、lbutyrateinahyield.Theactivationenergy(kJ/too!)fortheestenfieonc6onwasdereded,aIlditsidnefieeclpJion 惴alsoestablished.Boththeaetiva6onenergyandkineticequatiolfortheesterifiea-tionreactionwerec0 咖 paIedwiththoseinthepresenceofnocatalyst,r-pectively.words:amylbutymte;n-ltyricacid;n-pentanol;esterifica
4、tionreaction;H-pzeolite;catalyst丁酸戊酯是一种重要的香料和用途较广泛的化工产品,关于丁酸戊酯反应的动力学研究至今未见文献报道.本实验首次将 B 沸石用于催化正丁酸与正戊醇的酯化反应合成丁酸戊酯,测定了该酯化反应的活化能,建立了其动力学方程式.并与无催化剂时该反应的活化能及动力学方程式进行了比较.1 实验部分1.1 原料及试剂正丁酸,正戊醇,环己烷均为分析纯.1.2 改性的 H-p 沸石催化剂的制备将按文献1制得的硅铝比(si02,()3) 为 50 的 H.p 沸石用 0.2mol/L 的脚 3 水溶液浸渍 12h 在 110下烘干后于 540下灼烧 3h,即得
5、用删 3 改性的 H-p 沸石催化剂.1.3 实验原理正丁酸与正戊醇的酯化反应可表示如下:GCOOH+C4H9CH2OH=H7COOCC4H9+H201.4 酯化反应方法在一个三口圆底烧瓶中加入计量的正丁酸,正戊醇和带水剂环己烷,搅匀后加入刚刚活化过的用 AlCl,改性的 H.8 沸石催化剂.然后固定在磁力搅拌器上, 装上温度计,分水器和球形回流冷凝管,开动磁力搅拌收稿日期:2O03.10-16基金项目:湖南师范大学重点资助项目(231X10622)作者简介:赵瑞-(1951.), 女,湖南长沙人,湖南师范大学高级实验师,主要从事催化及有机合成研究.第 4 期,赵瑞兰等:正丁酸与正戊醇酸化反应
6、的动力学研究 55器,从开始回流时计时,每隔一定时间取出少量样品,用化学分析法测定正丁酸的转化率,按文献2,3 的方法测定该酯化反应的活化能及建立动力学方程式.无催化剂时该酯化反应的活化能及动力学的研究方法与有催化剂时的相同.2 结果与讨论2.1 有无催化剂存在时的酯化反应动力学2.1.1 无催化剂存在时的反应动学模型 C3HCOOH+CsH11oHCooC5H11+H2o这是一个可逆二级反应,有水生成.本实验采用在回流温度以下进行,生成的水量少.我们设想该反应近似的用不可逆反应动力学方程描述.其动力学方程为:一一cC(1)当采用 C:C=1:1 时,(1)式变为:一:(2)Q积分得:=IlC
7、+B(B 为常数)(3)以 1/C 对 t 作图,依斜率可得反应速率常数.实验表明在无催化剂存在,醇酸摩尔比为 1.0:1 时,t 对1/C 呈良好的线性关系.这表明在上述反应条件下,将该反应近似为二级可逆反应是可靠的.据 Arihenius 关系式:Ink= 一 4-lnA(4)以 Ink 对 1/T 作图,可求得活化能 E 值和指前因子 A,其相应的数据见表 1.由此,可以得到无催化剂存在时的酯化反应动力学方程为:一:1.61X1a6e 一 cc2.1.2 催化剂存在时的酯化反应动力学型 13 沸石分子筛作催化剂,加入量为1.2g/mol 正丁酸,醇酸摩尔比为 1.0:1,环己烷的用量为
8、6.0mL/mol 正丁酸,此条件下计算出 E 值和 A 值列于表 2.表 1 无催化剂时的反应活化能和指前因子表 2 有催化剂时的反应活化能和指前因子型分子筛作催化剂能使正丁酸,正戊醇固一液相反应的活化能由高降低,进一步说明该催化剂具有催化活性.型分子筛为催化剂时的酯化反应动力学方程为:一 dCA:8.39103e 警 c.由其结果可知,使用分子筛能使正丁酸和正戊醇液.固相酯化反应活化能从58.06kl/mol 降低到 40.74kJ/tool,进一步证明了该催化剂对液一固相酯化反应的催化活性.3 结论在回流温度以下恒温,正丁酸和正戊醇的液一固相酯化反应表现为二级可逆反应,使用分子筛能使正丁
9、酸和正戊醇液一固相酯化反应活化能从 58.06kJ/tool 降低到 40.74kJ/tool,证明型p 沸石分子筛对液一固相酯化反应有催化活性.参考文献:1CORMAA,CARCIAHD,ORRAS,d.ModitiedfaujasitezeolitesascatalystsinorganicIe 枷 ons:esterificationofcarboxylicacidsinthepresenceofhyzeolitesJ.CaM,1989,120:78?81.2马德撄,顾树珍 .用分子筛催化剂液相合成乙酸丁酯J.石油化工,1989,18(7):431-436.3赵瑞兰,赵振华 ,候雁.用 8 沸石作催化剂合成丙酸戊酯的研究J.湖南师范大学自然科学,2O02,25(4):50-54.
