Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Самарский государственный технический университет

Кафедра: «Органическая химия»

“СИНТЕЗ ИЗОАМИЛОВОГО ЭФИРА УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ”

Курсовая работа

Выполнил:

Руководитель:

Самара, 2007 г.

Содержание

1. Введение

1.1. Свойства изоамилацетата

1.2. Практическое применение

1.3. Методика синтеза

Способ 1 (исходя из уксусной кислоты)

Способ 2 (исходя из уксуснокислого натрия)

2. Литературный обзор.

2.1. Реакция этерификации и гидролиз сложных эфиров

2.2. Механизм реакции этерификации

3. Выводы

Список литературы

1. Введение

1. Свойства изоамилацетата

Изоамилацетат (изоамиловый эфир уксусной кислоты) (СН₃)₂СНСН₂СН₂ОСОСН₃, молекулярная масса 130,18; бесцветная жидкость с резким фруктовым запахом, напоминающим запах груш (порог запаха 6.10^-7 г/л); температура плавления – 78,5°С, температура кипения 142°С; d₄²⁰= =0,8719; n_D²⁰=1,4053; давление пара 733,3 Па (20°С); C⁰_p=250,27 кДж/моль (20 °С); растворим в органических растворителях, растворимость в воде 2% по массе (25 °С). Образует азеотропную смесь с водой (63,7% изоамилацетата; температура кипения 93,6 °С). Обладает всеми химическая свойствами эфиров сложных. Получают взаимодействия изоамилового спирта с уксусной кислотой в присутствии концентрированной H₂SO₄. Температура вспышки 36 °С, температура самовоспламенения 430 °С, КПВ 0,2-4,4%, температурные пределы взрываемости 3-57°С. Оказывает вредное действие на центр. нервную систему; ЛД₅₀ 5 г/кг (кролики, перорально); ПДК 100 мг/м³.

1. Практическое применение

Изоамилацетат широко применяется в качестве растворителя для нитроцеллюлозы в лакокрасочной, кожевенной и других отраслях промышленности, в производстве кинопленки, целлулоида и так далее; очень широкая область применения изоамилацетата в пищевой промышленности (ранее был известен как "грушевая эссенция") в производстве фруктовых вод, карамели и др.

Хотя до сих пор до конца не раскрыта природа запахов, сегодня трудно представить парфюмерно-косметическую и пищевкусовые отрасли без применения душистых веществ и ароматизаторов. В настоящее время в мире выпускается около 850 наименований душистых веществ, получаемых либо синтетическим путем, либо выделяемых из натуральных масел. И несмотря на предвзятое отношение к синтетике, их потребление в парфюмерии и косметике в 5-6 раз превышает потребление натуральных продуктов.

Современная ситуация на Российском рынке синтетических душистых веществ (СДВ) сложилась таким образом, что львиная доля всей продукции поступает из-за рубежа и, учитывая тот факт, что в стране практически отсутствует конкуренция, для отечественных производителей сложилась весьма благоприятная ситуация.

Калужский комбинат СДВ, созданный в 1948 году, в свое время был монополистом по производству СДВ и прочих сопутствующих продуктов. К 1967 году это уже крупнейшее в Европе предприятие по производству душистых веществ, различных ингредиентов для парфюмерно-косметического производства, предприятий бытовой химии, кондитерской, медицинской, фармацевтической промышленности и т.д. Кроме поставок СДВ на внутренний рынок (75% душистых веществ производимых в стране), комбинат экспортировал около 30 наименований продукции в 15 стран мира в количестве более 200 т/год. К 1991 году, при численности работающих около 2300 человек, выпускалось более 4 тыс.т/год продукции восьмидесяти наименований. Анализируя ситуацию, которая сложилась в настоящее время, напрашивается вывод, что основной (в техническом плане) причиной остановки и закрытия большинства производств на комбинате в постперестроечный период явилось то, что ни один процесс не представлял собой полную технологическую цепочку, которая основывалась бы на каком-либо базовом сырье (то есть базовом продукте основного органического или нефтехимического синтеза). Иными словами все процессы представляли собой либо специальную очистку какого-нибудь технического продукта или же, в лучшем случае, какие-то отдельные стадии сложных органических производств, а иногда и просто процессы смешения нескольких отдельно взятых компонентов. Такая система производства идеально подходила для плановой системы хозяйства, когда существовала четкая интеграция в рамках всей страны. После развала всей этой громадной структуры, естественно, все эти процессы, а точнее сказать, полупроцессы, оказались просто неконкурентоспособными. Также необходимо отметить, что практически все технологические цепочки (во всяком случае на момент апреля месяца 2004 года) оказались, мягко говоря, разукомплектованными.

Исходя из вышеизложенного, стояла задача создать ситуацию, при которой появилась бы возможность реанимации или частичного восстановления предприятия. Она заключалась в быстром внедрении или восстановлении тех производств, которые, во-первых, не требуют особых капиталовложений, во-вторых, продукция которых реально востребована на рынке и, в третьих, являются технически приемлемыми в данных условиях.

Изоамилацетат – находит применение в качестве растворителя в лакокрасочной промышленности, применяется также в пищевой промышленности и при производстве отдушек (высший сорт). Производится этерификацией уксусной кислоты изоамиловым спиртом. Мощность производства на ОАО «Аромасинтез» около 50 т/год.

Таким образом, обобщая вышесказанное, можно констатировать, что, используя новые подходы и технологии, существует возможность возрождения хотя бы части производств СДВ, имеющих массовое потребление, что станет основой весьма перспективного направления малотоннажной химии.

1. Методика синтеза

Способ 1 (исходя из уксусной кислоты)

Реактивы:

Уксусная кислота ледяная ……….............20 мл (0,35 г-мол)

Изоамиловый спирт....................................30 г (0,34 г-мол)

Серная кислота (d 1,84). Сода 10%-ный раствор. Сернокислый натрий

Виды приборов для синтезов с азеотропной отгонкой воды: а – с холодильником Либиха, б – с шариковым холодильником, 1 – реакционная колба, 2 – двурогий форштосс, 3 – капельная воронка, 4 – «ловушка» для воды, 5 – обратный холодильник.

Синтез проводят в приборе, изображенном на рисунке. В круглодонную колбу емкостью 100 мл помещают смесь из 20 мл ледяной уксусной кислоты (или соответствующее количество 80%-ной кислоты) и 30 г изоамилового спирта, прибавляют 2 мл концентрированной серной кислоты (катализатор). Колбу соединяют посредством двурогого форштоса с обратным холодильником, между ними помещают «ловушку» для воды, образующейся при реакции. Смесь нагревают на песчаной бане. В «ловушке» собираются вода и спирт, которые образуют два слоя. Верхний спиртовый слой должен свободно переливаться через края ловушки, возвращаясь в сферу реакции. Когда воды в ловушке накопится столько, что появится опасность ее попадания в реакционную колбу, воду сливают в мерный цилиндр и измеряют ее объем. Реакция считается законченной, когда количество воды в «ловушке» перестанет увеличиваться. Полученный эфир охлаждают до комнатной температуры и промывают (в делительной воронке) сначала водой, затем раствором соды до нейтральной реакции по лакмусу и вновь водой. Отделив эфир от водного слоя, высушивают его прокаленным сернокислым натрием и перегоняют из колбы с дефлегматором. Главную фракцию собирают при 138° С.

Выход около 30 г (70% теоретического). Чистый уксусноизоамиловый эфир имеет т. кип. 142°С, .

Способ 2 (исходя из уксуснокислого натрия)

Реактивы:

Изоамиловый спирт .................25 г (0,28 г-мол)

Уксуснокислый натрий безводный...........25 г (0,30 г-мол)

Серная кислота (d 1,84) Сода 10%-ный раствор. Хлористый кальций.

1 — баня; 2 — реакционная колба; 3 — термометр; 4 — капельная воронка; 5—холодильник; 6 — алонж; 7 — приемник.

Синтез проводят в приборе, изображенном на рис. 41. В колбу Вюрца емкостью 150 мл, снабженную капельной воронкой и соединенную с нисходящим холодильником, помещают 25 г растертого в порошок безводного уксуснокислого натрия (примечание 1). Из капельной воронки понемногу приливают смесь из 25 г изоамилового спирта и 25 г (13,5 мл) концентрированной серной кислоты (примечание 2). При этом колбу непрерывно нагревают на масляной бане при 150°С (термометр опущен в баню). По окончании реакции и прекращении отгонки дистиллята верхний слой (смесь уксусноизоамилового эфира и изоамилового спирта) отде­ляют в делительной воронке, промывают раствором соды, затем два раза водой, высушивают хлористым кальцием и перегоняют из колбы с дефлегматором, отбирая фракции: 1) до 138°С, 2) 138—142°С. 2-я Фракция представляет собой уксусноизоамиловый эфир. Выход 24 г (67% теоретического). Чистый уксусноизоамиловый эфир имеет т. кип. 142°С, .

ПРИМЕЧАНИЯ.

1. Для получения безводного уксуснокислого натрия нагревают 50 г кристаллической соли в плоской железной чашке. Сначала соль плавится в кристаллизационной воде, а после испарения воды затвердевает. При дальнейшем нагревании безводную соль расплавляют, несколько охлаждают, вынимают из чашки затвердевшую и еще теплую соль, растирают ее в порошок и ссыпают в склянку с притертой пробкой. Если имеется продажная безводная соль, то ее переплавляют еще раз.

2. При смешении изоамилового спирта с серной кислотой образуется изоамилсерная кислота; серную кислоту приливают постепенно к спирту при размешивании.

2. Литературный обзор.

1. Реакция этерификации и гидролиз сложных эфиров

Реакцией этерификации называется взаимодействие спиртов с карбоновыми кислотами, приводящее к образованию сложных эфиров:

В этой реакции молекула спирта выступает в роли нуклеофильного агента, атакующего бедный электронами углеродный атом карбонильной группы.

Реакции этерификации обратимы и, следовательно, ограни­чены состоянием равновесия. Превращение эквимолекулярных количеств кислоты и спирта в теоретически вычисленное количество сложного эфира по причине обратимости реакции невозможно. В результате реакции образуется некоторое максимальное количество эфира (которое всегда ниже теоретического) и остаются непрореагировавшие спирт и кислота. Например, при нагревании с обратным холодильником эквимолекулярных количеств уксусной кислоты и этилового спирта в реакцию вступает лишь 2/3 г-мол каждого компонента, поэтому максимальный выход эфира в этих условиях составляет лишь 2/3 теоретического, т. е. 66,7%.

По мере того как кислота и спирт реагируют друг с другом и происходит накопление продуктов их взаимодействия (эфира и воды), скорость обратной реакции, вначале незначительная, возрастает. При этом скорость прямой реакции постепенно умень­шается. Наконец, наступает динамическое равновесие, когда в единицу времени в сложный эфир превращается столько же молекул кислоты и спирта, сколько молекул сложного эфира распадается на кислоту и спирт. Одинаковой скоростью этих противоположно протекающих процессов обусловлен постоянный состав системы. Поскольку скорость бимолекулярной реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, мы можем для скоростей прямой и обратной реакций написать уравнения:

где v₁ — скорость реакции этерификации; v₂ — скорость реакции гидролиза; К₁ и К₂ — константы скорости обеих реакций; С_к, С_с, С_э и С_в — концентрации реагирующих и получающихся веществ (кислоты, спирта, эфира, воды).

В состоянии равновесия скорости реакций, протекающих в противоположных направлениях, равны, т. е. V₁ = V₂. Тогда К₁С_кС_с = К_гС_эС_в или:

Частное К₂/К₁ является константой равновесия и обозначается буквой К.

Из полученного уравнения следует, что в состоянии равновесия отношение произведений концентраций реагирующих веществ обратно отношению констант скоростей реакций. В случае реакции образования уксусноэтилового эфира в состоянии равновесия, как упомянуто выше, в реакционной смеси содержится по 1/3 моля кислоты и спирта и по 2/3 моля эфира и воды. Поэтому