异丁酸异戊酯的制备

介绍

异丁酸异戊酯呈杏子和桃子似香甜味，主要用于配制菠萝、桃子、杏子型等食用香精和日化香精。由于它对人畜基本无毒，且不会造成环境污染，也是一种绿色的有机溶剂。

图一 异丁酸异戊酯

制备

工业生产中，一直都沿用异丁酸和异戊醇在浓硫酸或对苯磺酸等催化作用下制备异丁酸异戊酯，存在后处理工艺复杂、废水排放量大、设备腐蚀、副反应多等问题。强酸性阳离子交换树脂作为酯化反应催化剂，具有活性高、选择性好、反应条件温和、无腐蚀性等优点，而且还易于保存和运输，具有很高的工业应用价值。选用大孔强酸性阳离子交换树脂NKC-9催化剂，以异丁酸和异戊醇为原料合成异丁酸异戊酯。

异丁酸异戊酯的制备

反应在带有搅拌器、冷凝器、分水器、温度计的250mL四口烧瓶中进行，加热采用可控温电加热器。按物质的量比向四口烧瓶中加入计量的异戊醇和异丁酸，并加入计量的带水剂甲苯，搅拌、加热，当反应液达到指定的温度后，取样测定反应液的初始酸值，同时向四口烧瓶中加入计量的NKC-9催化剂。当分水器中出现馏出液时，开始计时。在沸腾的状态下，反应生成的水与甲苯共沸蒸出，在分水器中分出水相，甲苯回流。酯化反应一段时间后，结束反应。反应液经冷却、过滤出催化剂后为无色油状液体。称量反应液的质量，测定反应液的酸值，计算反应液的总酸量和异丁酸的转化率。

反应液经常压蒸馏回收过量的异戊醇和带水剂甲苯，收集180℃~182℃的馏分，产物异丁酸异戊酯用FTIR表征。反应液的总酸量等于反应液酸量与分水器中油相液和水相液酸量之和。酸量的计算：酸量=液体质量×液体酸值。酸值的测定按 GB/T 1668 -1995 进行。异丁酸转化率的计算：转化率=（1-测定总酸量/初始酸量）×100%。

在酯化反应过程中，影响反应的主要因素有异戊醇与异丁酸的摩尔比（A）、NKC-9催化剂的用量（B）、反应时间（C）和带水剂甲苯用量。固定带水剂用量m（甲苯）：m（异丁酸）=1.9:1=1.9:1，反应温度⩽125℃，可以满足NKC-9的热稳定性要求。选取3个影响因素，每个因素设3个水平，并由简化的单因素实验确定因素水平值。因素水平见图二。

图二 三因素三水平实验条件

以阳离子交换树脂NKC-9为催化剂，异丁酸和异戊醇为原料，采用甲苯共沸脱水技术合成异丁酸异戊酯，较佳反应条件为：n（异戊醇）:n(异丁酸)=2.0:1，w (NKC −9) =5.0%(相对于异戊醇和异丁酸的总质量），m（甲苯）:m(异丁酸）=1.9:1，反应温度⩽125℃，反应时间3.5h，在该条件下异丁酸的转化率达到99.3%。催化剂重复使用5次后，异丁酸的转化率为96.7%[1]。

参考文献

[1]丁斌,支爽,郝凤岭,等. 阳离子交换树脂催化合成异丁酸异戊酯[J]. 中国食品添加剂,2011(1):86-88,95. DOI:10.3969/j.issn.1006-2513.2011.01.010