固载化酸性离子液体催化合成食用香料月桂酸乙酯

摘要

酯化反应是典型的酸催化反应，产物酯常用作香料和溶剂。其中月桂酸乙酯因其天然的花果香味，常用做香料、定香剂及稀释剂，在液体食品，半固体食品和固体食品中有着广泛的应用，还可用于日化香料配方中，亦可用作润滑剂、增塑剂和柔软剂。月桂酸乙酯潜在的市场需求使它的合成制备备受关注。
　　本文合成了一系列酸性离子液体及固载化酸性离子液体，并采用FT-IR，TGA，BET及固态31P MAS NMR等技术手段对其结构进行表征，研究其在月桂酸乙酯制备过程中的催化性能，同时考察了各因素对酯化反应的影响及使用响应面分析法优化反应过程，并且构建最佳条件下反应动力学模型。
　　第二章制备了一系列酸性离子液体，并对其结构及催化活性进行考察。研究表明，Br(φ)nsted酸型离子液体、Br(φ)nsted-Lewis酸型离子液体在月桂酸乙酯的制备过程中显示较好的催化活性，这与强酸性及B-L酸间的协同效应有关。其中，[DMBPSH]HSO4催化剂较其他Br(φ)nsted酸催化剂具有最好的催化性能。以[DMBPSH]HSO4为催化剂，利用响应面分析法优化月桂酸乙酯合成的最佳条件为:乙醇和月桂酸的摩尔比5.8∶1，催化剂用量3.1wt％，反应温度383K，反应时间2.3h，在该条件下，月桂酸乙酯收率为95.4％。优化条件下，合成月桂酸乙酯的反应级数为1.55，反应活化能为37.60kJ/mol，反应动力学方程为:r=-dCA/dt=7.28×103exp（-37.60/RT）CA1.55
　　第三章制备了固载Lewis酸性离子液体，并对其结构及催化活性进行考察。研究表明，20％固载CrCl3离子液体催化剂(20％[Bmim]Cl-CrCl3/SG)具有最好的催化酯化反应活性，且较未负载时催化活性得到提高。以20％[Bmim]Cl-CrCl3/SG为催化剂，月桂酸乙酯制备的最佳反应条件为:乙醇和月桂酸的摩尔比10.5∶1，催化剂用量3.1wt％，反应温度383K，反应时间4.6h。在该条件下，月桂酸乙酯收率为90.1％。最佳条件下合成月桂酸乙酯的反应级数为1.19，反应活化能为21.32kJ/mol，反应动力学方程为:r=-dCA/dt=13.706exp(-21.32/RT)CA1.19。
　　第四章以Br(φ)nsted-Lewis酸性离子液体[DMBPSH]+(1/2Cu2+)SO42-为母体制备不同量固载型B-L催化剂([DMBPSH]+(1/2Cu2+)SO42-/SG)，并对其结构及催化活性进行考察。研究表明，20％负载量的固载B-L酸性离子液体催化剂表现出较好的催化性能。以其为催化剂，利用响应面分析法优化月桂酸乙酯合成的最佳条件为:乙醇和月桂酸的摩尔比5∶1，催化剂用量4.6wt％，反应温度383K，反应时间3.1h。在此条件下，月桂酸乙酯收率为95.1％。优化条件下，[DMBPSH]+(1/2Cu2+)SO42-/SG催化合成月桂酸乙酯的反应级数为1.39，反应活化能为33.07kJ/mol，反应动力学方程为:r=-dCA/dt=6.334×102exp(-33.07/RT)CA1.39。
　　第五章考察了以制备的固载Brφnsted酸性离子液体([DMBPSH]+-HSO4-/SG)为催化剂催化酯化反应活性。研究表明，固载B酸型离子液体催化剂催化酯化反应时具有较好活性，其中20％[DMBPSH]+-HSO4-/SG)催化剂具有最高的催化活性，且活性较无固载条件下的催化活性有所提高。以20％[DMBPSH]+-HSO4-/SG为催化剂，利用响应面分析法优化月桂酸乙酯合成的最佳条件为:乙醇和月桂酸的摩尔比5.05∶1，催化剂用量3.5wt％，温度383K，反应时间2.5h。在此条件下，月桂酸乙酯收率为97.2％。优化条件下，合成月桂酸乙酯的反应级数为1.34，反应活化能为25.71kJ/mol，反应动力学方程为:r=-dCA/dt=88.698exp（-25.71/RT）CA1.34。

目录

摘要

第1章 引言

1．1 月桂酸乙酯的研究背景

1．2 酯化反应催化剂研究进展

1．2．1 固体酸

1．2．2 离子液体

1．2．3 生物酶

1．3 论文意义和研究内容

第2章 Br?nsted酸性离子液体催化合成食用香料月桂酸乙酯

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要试剂及仪器

2．2．2 不同酸性离子液体制备

2．2．3 离子液体表征

2．2．4 酸性离子液体催化合成月桂酸乙酯

2．2．5 月桂酸与乙醇酯化反应动力学模型

2．3 结果与讨论

2．3．1 酸性离子液体的表征

2．3．2 不同酸性离子液体催化活性研究

2．3．3 [DMBPSH]HSO4离子液体在月桂酸乙酯合成中的应用

2．3．4 [DMBPSH]HSO4离子液体催化剂的重复使用性

2．3．5 [DMBPSH]HSO4离子液体催化合成月桂酸乙酯的动力学模型

2．4 本章小结

第3章 固载Lewis酸性离子液体催化合成食用香料月桂酸乙酯

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要试剂及仪器

3．2．2 固载Lewis型离子液体的制备与表征

3．2．3 固载Lewis酸型离子液体催化合成月桂酸乙酯

3．2．4 固载Lewis酸型离子液体催化酯化反应的动力学模型

3．3 结果与讨论

3．3．1 固载Lewis酸型离子液体的表征

3．3．2 不同配比的固载Lewis酸性离子液体催化活性研究

3．3．3 固载Lewis酸性离子液体在月桂酸乙酯合成中的应用

3．3．4 [Bmim]Cl-CrCl3／SG离子液体催化剂的重复使用性

3．3．5 固载Lewis酸性离子液体[Bmim]Cl-CrCl3／SG催化合成月桂酸乙酯的动力学模型

3．4 本章小结

第4章 固载Br?nsted-Lewis酸性离子液体催化合成食用香料月桂酸乙酯

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 主要试剂及仪器

4．2．2 固载Br?nsted-Lewis酸性离子液体的制备与表征

4．2．3 固载Br?nsted-Lewis型离子液体催化合成月桂酸乙酯

4．3．1 固载Br?nsted-Lewis酸性离子液体的表征

4．3．2 不同固载的Br?nsted-Lewis酸性离子液体催化活性研究

4．3．3 固载Br?nsted-Lewis酸性离子液体在月桂酸乙酯合成中的应用

4．3．4 20％[DMBPSH]+(1／2Cu2+)SO42-／SG催化剂的重复使用性

4．3．5 固载B-L酸型离子液体[DMBPSH]+(1／2Cu2+)SO42-／SG催化合成月桂酸乙酯动力学研究

4．4 本章小结

第5章 固载Br?nsted酸性离子液体催化合成食用香料月桂酸乙酯

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 主要试剂及仪器

5．2．2 固载的Br?nsted酸性离子液体的制备与表征

5．2．3 固载Br?nsted酸性离子液体催化合成月桂酸乙酯

5．2．4 月桂酸与乙醇酯化反应的动力学模型

5．3．1 固载Br?nsted酸性离子液体的表征

5．3．2 不同固载的Br?nsted酸性离子液体催化酯化活性研究

5．3．3 固载型Br?nsted酸离子液体在月桂酸乙酯合成中的应用

5．3．4 负载型苄胺硫酸离子液体催化剂的重复使用性

5．3．5 固载B酸型离子液体[DMBPSH]HSO4／SG催化合成月桂酸乙酯动力学研究

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

附录

致谢

声明