情境2酯化反应第一讲.ppt
情境2 食品添加剂对羟基苯甲酸丙酯的合成（酯化反应）,复习：,酯化反应通常是指醇或酚和含氧酸类（包括无机和有机酸）或其衍生物作用生成酯的过程。其实质是醇或酚分子中的羟基氢原子被酰基取代而生成酯的反应，又叫做O-酰化反应。,酯化方法1、用羧酸的酯化（酯化反应）,2、用酸酐的酯化,3、酰氯法,4、酯交换（用酯的酯化）,5、其他成酯化法,本情境实现的三个目标：,知识目标：掌握酯化反应的定义、分类、特点及反应影响因素。通过知识拓展具有有机合成中的活性中间体与酸碱理论的知识储备，并加入少量的红外光谱的知识。,能力目标：利用所学酯化反应的知识及常见的反应仪器和设备、组装对羟基苯甲酸丙酯的合成装置、完成产品的合成及提纯操作，具有从事酯化反应产品研发的职业基础能力和一定的创新能力。,情感目标：学习食品添加剂知识，培养学生热爱生活，合成对羟基苯甲酸丙酯的产品，培养学生热爱化工产品合成这门课程，热爱化工产品的合成技术，同时使学生具有一定的勤奋好学、严谨务实、团结协作、积极进取的态度及团队协作精神。,3,食品防腐剂,防腐剂是为了抑制食品腐败和变质，延长贮存期和保鲜期的一类添加剂。,目前常用的食品防腐剂主要有4类：苯甲酸及其盐类山梨酸及其盐类丙酸及其钠盐酯型防腐剂：对羟基苯甲酸酯类,对羟基苯甲酸酯类（甲、乙、丙、异丙、丁、异丁、庚等酯）（尼伯金酯）。,对霉菌、酵母菌的作用较强，对革兰阴性杆菌及乳酸菌作用较差。其抗菌力比苯甲酸、山梨酸强，使用量约为苯甲酸钠的1/10，毒性低于苯甲酸，使用范围pH=48。抗菌作用随着烷基(R-)链的增长而增强。它是无色结晶或白色结晶粉末，无味，无臭、对光和热稳定，吸湿性极小。缺点是水溶性较差，价格较高。,用量：酱油0.25 g/kg 醋0.10 g/kg 饮料0.10 g/kg 果汁0.20 g/kg,一、食品防腐剂对羟基苯甲酸丙酯的合成工作任务,表2-1 产品开发项目任务书编号：XXXXXX,注：一式三联。一联技术总监留存，一联交技术部经理，一联交项目负责人。,二、工作任务分析,1.对羟基苯甲酸丙酯分子结构的分析分子式：C10H12O3分子结构式：,合成路线设计思路,合成路线设计思路：,顺合成分析法：即正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需的中间产物，逐步推向待合成的有机物。其思维程序是：,原料 中间产物 中间产物 产品,逆合成分析法：即采用逆向思维方法，从产品入手，逆推出合成该物质的前一步反应的物质，若该物质不是原料，再进一步逆推出此中间产物又是如何从另一有机物经一步反应而制得，如此至推到题目给定的原料。,产品 中间产物 中间产物 原料,综合分析法：即采用顺逆向思维方法相结合，从两端推中间或中间推向两端。,8,2 路线分析,逆向分析：路线一：直接酯化法逆向分析：路线二：酯交换法,路线比较，选择路线一,有机合成的原则：,原料丰富、价格低廉 条件合适、操作方便原理正确、步骤简单产物纯净、污染物少,10,能力拓展 对羟基苯甲酸的生产a、邻羟基苯甲酸热转位法,b、对磺酰胺苯甲酸碱焙法C、酚钾直接羧化法,三、对羟基苯甲酸丙酯的合成原理及影响因素,直接酯化法,酯化,酯化反应通常是指醇或酚和含氧酸类（包括无机和有机酸）或其衍生物作用生成酯的过程。其实质是醇或酚分子中的羟基氢原子被酰基取代而生成酯的反应，又叫做O-酰化反应。,酰化试剂：羧酸；酸酐；酯（酯交换）,（1）反应特点：酯化反应是可逆反应，Kc4，一般只有2/3的转化率提高酯化率的方法：a 增加反应物的浓度（一般是加过量的低级醇）b 移走低沸点的酯或水,用羧酸的酯化（直接酯化反应）,（2）酯化反应的活性次序：酸相同时 CH3OH RCH2OH R2CHOH R3COOH醇相同时 HCOOH CH3COOH RCH2COOH R2CHCOOH R3CCOOH,（3）成酯方式,酯化时，羧酸和醇之间脱水可有两种不同的方式：,究竟按哪种方式脱水，与羧酸和醇的结构及反应条件有关。经同位素标记醇的办法证实：,伯醇和仲醇与羧酸的酯化是按酰氧键断裂进行的。,叔醇与羧酸的酯化是按烷氧键断裂进行的。,H2O中无O18，说明反应为酰氧断裂。,（4）酯化反应历程 1、2醇为酰氧断裂历程，,3醇（叔醇）为烷氧断裂历程。,（1）增加反应物的浓度正丙醇的过量。对羟基苯甲酸：正丙醇的摩尔比通常要达到1：410左右。（2）从体系中及时移走生成物水与苯、甲苯、环己烷、三氯甲烷等多种有机溶剂易形成共沸物。带水剂与醇的摩尔比通常为1:1。,2.影响酯化反应的因素,（1）反应物的结构对羟基苯甲酸HCOOH 1RCOOH 2RCOOH 3RCOOH,表2-2 异丁醇与各种羧酸的酯化反应转化率和平衡常数Kc(等物质的量比，155),表2-3乙酸与各种醇或酚的酯化反应转化率和平衡常数Kc(等物质的量比，155),正丙醇1ROH 2ROH 3ROH,（2）催化剂,硫酸最常用的催化剂之一。优点：可溶于反应体系中，反应条件较温和、催化效果好、性质稳定、吸水性强及价格低廉等。缺点（1）反应温度超过160，易使反应物发生磺化、碳化、聚合、脱水生成烯烃或醚以及异构化等副反应，不饱和酸、羟基酸、甲酸、草酸和丙酮酸、碳链较长、分子量较大的羧酸和醇，不宜用硫酸催化酯化，（2）腐蚀生产设备，后处理麻烦，产品色泽较深等。对甲苯磺酸是一种强的固体有机酸，腐蚀性和三废污染比硫酸小，副反应少，价廉易得，易于保管、运输和使用，催化剂用量小，是一种适合于工业化生产的催化剂。苯磺酸、硫酸氢乙酯和乙基磺酸的催化效果都相当好。但价格较贵。用量一般为5%左右。,氯化铁易从酯化反应体系中回收分离。但由于传质的原因及本身酸性较弱，催化效率较硫酸等低，反应所需的时间较长。用量一般为3左右。强酸性阳离子交换树脂为固体强酸，由于能解离出H+，故可作为酯化反应的催化剂。但由于传质的原因，催化效率较硫酸等稍低。优点是：反应条件温和、选择性好；产物后处理简单，无需中和及水洗；树脂可循环使用，并可进行连续化生产；对设备无腐蚀以及减少废水排放量。由于上述优点，强酸性阳离子交换树脂已广泛用于酯化反应，其中最常用的有酚磺酸树脂及磺化苯乙烯树脂。离子交换树脂目前已商品化，可由商品牌号查得该树脂的性质及组成。（3）反应温度羧酸与醇在液相中进行酯化时几乎不吸收或放出热，因此平衡常数与温度基本无关。通常采用催化剂后，反应温度在70150左右均可顺利发生酯化反应。（4）搅拌,主反应：,副反应：,四、合成工艺条件,酯化反应工艺条件如下：（1）物料配比n（对羟基苯甲酸）n（正丙醇）0.10.8 实训室合成：对羟基苯甲酸.13.8g（4.14g）0.1mol 正丙醇 60ml（18g）0.8molV(正丙醇)：V（环己烷）=1：1 环己烷 60ml（18ml）（2）反应温度 反应液沸腾温度（3）压力：常压五、对羟基苯甲酸丙酯的合成装置 六、操作,分水器的使用原理,分水器的原理很简单：一种有机溶剂与水在室温下不互溶，但是可以形成共沸物，其密度比水小，这样的溶剂，常见的有甲苯，当分水器（上端装冷凝管）内充满了溶剂（可以事先加一部分，也可以不加，不加的话，反应体系中要多加分水器容积的溶剂），溶剂与水在分水器中分层，水积在分水器下部，溶剂返流到反应体系里去。其实就两个核心点：与水共沸不互溶，密度比水小。,
