柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯的催化合成研究

摘要

本文报道了以柠檬酸、正丁醇为原料，在催化剂的存在下合成柠檬酸三丁酯(TBC)和以合成的TBC、乙酸酐为原料，在催化剂的存在下合成乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)的研究结果。对ATBC的催化合成尝试了用管式固定床反应器进行合成操作，取得了满意的结果。 在查阅文献的基础上，首先采用硫酸氢钠作催化剂合成TBC，对反应物料配比、反应时间以及催化剂的用量等工艺条件进行了考察，在优化的工艺条件下，TBC的收率达到了97.6％，高于文献值95.0％；同时还采用大孔强酸性阳离子交换树脂、4A分子筛作催化剂对该反应体系进行了研究，取得了较好的实验成果，上述两种催化剂在优化的工艺条件下TBC的收率分别为83.0％和76.5％。 利用上述合成的TBC，在催化剂硫酸氢钠、大孔强酸性阳离子交换树脂的作用下，用乙酸酐作为乙酰化试剂对ATBC的合成进行了研究，并对反应的物料配比、反应温度、反应时间以及催化剂的用量等工艺条件进行了优化，在优化的工艺条件下，上述两种催化剂作用下ATBC的收率分别为99.5％和99.8％，高于文献值。并且原料柠檬酸三丁酯转化率接近100％，避免了TBC与ATBC分离困难的问题，后处理工艺简单。还尝试了4A和HZSM-5两种分子筛对该反应体系进行了研究，结果表明，它们不适于该体系。 采用管式固定床反应器合成ATBC时，大孔强酸性阳离子交换树脂既是催化剂，又是固定床的填料，实验发现，催化剂经过润湿后，催化活性明显提高，在较低的温度下也能达到较高的收率。初步考察了反应物的摩尔比、加热循环水的温度、进料速率、催化剂装填高度对ATBC收率的影响。在合适的条件下，TBC的转化率接近100％，而且基本无其他副产物生成。 在本文提出的精制工艺下得到的产品TBC和ATBC经过气相色谱分析其含量均在99％以上，符合MorflexCo.标准。

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

第二章文献综述

2.1概述

2.1.1柠檬酸三丁酯的性质

2.1.2乙酰柠檬酸三丁酯的性质

2.1.3柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯的毒性

2.1.4柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯的用途

2.1.5国内外柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯的生产状况

2.1.6柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯的合成

2.2柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯的研究状况

2.2.1柠檬酸三丁酯的研究状况

2.2.2乙酰柠檬酸三丁酯的研究状况

2.3酯化反应的带水剂

2.4本课题研究的目的与方案

2.4.1本课题研究的目的

2.4.2实验方案的确定

第三章柠檬酸三丁酯的催化合成

3.1反应原料及实验装置

3.1.1反应原料

3.1.2实验装置

3.2催化剂

3.2.1硫酸氢钠

3.2.2大孔强酸性阳离子交换树脂

3.2.3 4A分子筛催化剂

3.3实验操作过程

3.4产品分析方法

3.5实验结果与讨论

3.5.1硫酸氢钠催化合成柠檬酸三丁酯

3.5.2以大孔强酸性阳离子交换树脂催化合成柠檬酸三丁酯

3.5.3以4A分子筛催化合成柠檬酸三丁酯

3.6柠檬酸三丁酯的精制

3.6.1催化剂的回收

3.6.2正丁醇的回收

3.6.3产品的中和水洗过程

3.6.4产品的脱水

3.7本章小结

第四章乙酰柠檬酸三丁酯的催化合成

4.1反应原料及实验装置

4.1.1反应原料

4.1.2实验装置

4.2催化剂

4.2.1硫酸氢钠催化剂

4.2.2大孔强酸性阳离子交换树脂

4.2.3 4A分子筛

4.2.4 HZSM-5

4.3实验过程

4.4产品分析方法

4.5实验结果与讨论

4.5.1硫酸氢钠催化合成乙酰柠檬酸三丁酯

4.5.2大孔强酸性阳离子交换树脂催化合成ATBC

4.5.3以分子筛催化合成乙酰柠檬酸三丁酯

4.6乙酰柠檬酸三丁酯的精制

4.7本章小结

第五章管式固定床反应器合成乙酰柠檬酸三丁酯

5.1反应原料及实验设备

5.1.1反应原料

5.1.2实验设备

5.1.3产品分析

5.2催化剂

5.3管式固定床反应器

5.4实验操作过程

5.5实验结果与讨论

5.5.1反应物料摩尔比对乙酰柠檬酸三丁酯收率的影响

5.5.2加热循环水温度对乙酰柠檬酸三丁酯收率的影响

5.5.3进料流量对乙酰柠檬酸三丁酯收率的影响

5.5.4催化剂层高度对乙酰柠檬酸三丁酯收率的影响

5.6本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.1.1柠檬酸三丁酯的合成

6.6.2乙酰柠檬酸三丁酯的合成

6.6.2管式固定床合成乙酰柠檬酸三丁酯

6.2展望

参考文献

附 录

科研成果

致谢