德江县平原中学    张羽能

 

摘要：在以水杨酸和甲醇为原料，在催化剂条件下合成水杨酸甲酯的实验中，为了提高产率，在常压下将直接受到四个因素影响：（一）选择什么作催化剂以及催化剂的用量；（二）酸与醇物质的量比；（三）反应时的温度：（四）反应所需要的时间。通过实验结果表明：合成水杨酸甲酯的优化条件为：以对甲苯磺酸为催化剂并用量为2g，酸与醇物质的量比为1:5,反应时的温度为72℃，反应时间为7h，这样水杨酸甲酯的产率可达到86%左右。

关键词：水杨酸甲酯  酯化反应  条件选择

1.前言。

通过查阅相关资料及信息，结果显示各种资料说法不一，有些出入，不过将了解的资料进行归类汇总，得出影响水杨酸甲酯合成因素在常压下有四个方面： (一）选择什么作催化剂以及催化剂的用量；（二）酸与醇物质的量比；（三）反 应时的温度：（四）反应所需要的时间。

针对酸与醇物质的量比值不同而论：张德华用6.9g(0.05mol)水杨酸，12ml甲醇用浓硫酸作催化剂加热反应，其酸醇物质的量比为1：6时，水杨酸甲酯的产率最高为86.4%，而滕俊江等用水杨酸20.7g与甲醇物质的量比值为1:5时，用对甲苯磺酸0.5g作催化剂，其水杨酸甲酯产率最高为66%。

针对使用催化剂的说法不一而论，于大勇实验研究得出水杨酸甲酯合成的理 想催化剂是N_aHSO₄，其酯产率为78.5%,宋和付等用离子交换树酯类作水杨酸 甲酯合成的催化剂，在优化条件下，其酯的产率为83%以上。方小牛等则推荐固 载硅钨酸、芳基磺酸作该合成的催化剂，其酯产率也比较高。

鉴于以上诸多因素，本课题将逐一探讨适宜条件究竟该怎样优化配置，其设 计方案具体如下。

2.反应原理

 

3.实验部分

3.1仪器与试剂

3.1.1主要仪器名称

3.1.2主要试剂名称

水杨酸（分析纯)、无水甲醇（分析纯)、浓硫酸（分析纯）、对甲苯磺酸、硫酸氢钠、氯化铁、氨基磺酸、聚乙二醇、无水MgS0₄、5%的NaHCO_3（aq)。

3.2合成方法

请将一定比例的水杨酸和甲醇以及催化剂对甲苯磺酸倒入锥形瓶（带有回流 装置及磁力搅拌器）中，逐渐加热至回流，开始反应，待反应完毕后，将所得产物倒入蒸溜瓶中进行常压蒸馏，再进行减压蒸馏，收集沸程为222—224℃的馏分，即可得到水杨酸甲酯产品。

4.结果与讨论

4.1催化剂的选择及用量

4.1.1催化剂的选择

在水杨酸为6.9g、甲醇为8g、酸与醇物质的量比为1: 5、催化剂用量为2g、温度为72℃的条件下，使用6种催化剂分别合成水杨酸甲酯。对6种催化剂及 其产率的考察结果如表甲所示。

表甲，6种催化剂的产率情况

4.1.2催化剂用量

催化剂用量不同时，酯化产率也不一样，当催化剂用量较少时，催化效果不好，使产率降低。实验结果表明，当催化剂用量为2g时，产品产率最高，催化剂用量对产率的影响如图甲所示。

 

实验条件为：水杨酸6.9g，甲醇8g，酸与醇摩尔比为1:5，反应时间7h，反应温度为72℃。

4.2水杨酸与甲醇的物质的量比

 

实验条件为：水杨酸6.9g，催化剂用量2g，反应时间7h，反应温度为72℃。由图乙可见，甲醇与水杨酸的摩尔比为5:1时，产率最高，当甲醇与水杨酸的摩尔比大于5:1时，产率又降低，说明酯化反应很不完全，因为醇的用量增加，在 一定程度上降低了催化剂及原料酸的相对浓度，使产率降低。

4.3反应温度

由于甲醇易挥发（沸点为64.5℃)。实验中先定在65℃合成，反应进行得非常缓慢。当温度提高时，反应速度加快，但产率降低，说明甲醇在高温下挥发很快，反应没有进行完就己挥发了一部分。因此，实验的密封条件一定要好，尽量 减少甲醇的损失，经过实验考察，选择反应温度为72℃。

4.4反应时间

反应时间对产率的影响如图丙所示，实验条件为：水杨酸6.9g，甲醇8g, 甲醇与水杨酸的摩尔比为5:1时，催化剂用量2g，反应温度为72℃。由图丙可见，

 

随着反应时间的增加，产率不断提高，反应时间达到7h，产率最高，再增加反应时间，产率没有增加，故最佳反应时间为7h。

5.结论：

（1）通过实验综合考虑，选择对甲苯磺酸作催化剂效果相对较好，其酯产率可达87%；其次选择硫酸氢钠效果次之，酯产率可达78%左右。

（2）综合提高水杨酸甲酯的产率，其优化组合为：酸醇摩尔比为1: 5，反应温度可控在72℃，反应时间为7h，以对甲苯磺酸作催化剂且用量为2g。

（3）选择新型的催化剂：对甲苯磺酸、硫酸氢钠可避免浓硫酸作催化剂带来的诸多弊端，与二十一世纪提倡绿色化工接上了轨。

【1】张德华《湖北师范学院学报》2004.2

【2】滕俊江《应用化工》2005.9

【3】于大勇《分析仪器》2006.4

【4】方小牛《应用化工》2004.10