论文总字数：15006字

摘 要

在工业上苹果酸酯常常被用来制备日用香料和蚊香，有着极为重要的使用价值。用于苹果酸酯化反应的催化剂传统上采用液体酸（例如浓H₂SO₄），但往往具有很多缺点，不能达到最好的工艺生产标准。因此，为了达到酯化反应工艺生产标准的要求，研究人员研制了一系列的固体酸催化剂。与液体酸催化剂相比，这类催化剂能有效地减少酯化过程所用催化剂对生产设备和生态环境的破坏，并且具有较好的催化活性，是一类具有很好使用前景的催化剂。本实验就通过制备固体酸催化剂，考察了苹果酸酯化反应的条件。并以SO₃H/C为催化剂催化了苹果酸和乙醇的酯化反应，合成苹果酸乙酯；研究了苹果酸酯化率的各种影响因素，例如：反应温度、反应时间、催化剂的用量、反应物的摩尔比等，确定了苹果酸与乙醇的酯化合成条件。实验结果表明：在135 ℃下，酸醇摩尔比1:60，反应时间3.5 h，催化剂用量为0.50 g时，反应所得酯化率可达83.32 %。而且催化剂回收后重复使用性能良好，具有较好的稳定性。

关键词：催化酯化 磺化活性炭 苹果酸酯 固体酸催化剂

Malic acid esterification process of research

Abstract

In industry, malate is often used for preparation of daily production of spices and mosquito-repellent incense, which has very important value. In traditional, liquid acid catalysts used for malic acid esterification, for example, liquid H₂SO₄. But it usually has a lot of shortcomings, and can’t achieve the best standards of production. In order to improve the synthetic conditions of esterification reaction, researcher have prepared a series of solid acid catalysts. Compared with liquid acid catalyst, this kind of catalyst can reduce the destruction of the equipment and protect the ecological environment. It has good catalytic activity, so has good prospect. A series of solid acid catalysts were prepared, and the catalytic performances of malic acid esterification reaction was investigated. And malate was synthesized from malic acid and ethyl alcohol using SO₃H/C as catalyst. The effects of the reaction temperature, the reaction time, the dosage of catalyst and the mole ratio of ethyl alcohol to malic acid on the esterification yield were studied. The results showed that the yield of esterification was up to 83.32 %, when the reaction temperature is 135 ℃，the mole ratio of ethyl alcohol to malic acid is 1:60, the reaction time is 3.5 h, the quantity of catalyst is 0.50 g. And the catalyst reusable performance is good, which has a good stability.

Key Words: Catalytic esterification; SO₃H/C; Malate; Solid acid catalysts

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 前言 1

1.2 苹果酸酯的合成方法 1

1.3 酯化反应的固体酸催化剂 2

1.4 本课题研究的目的和意义 5

第二章 实验材料与方法 6

2.1 实验材料与仪器 6

2.1.1 实验材料 6

2.1.2 实验仪器 6

2.2催化剂的制备 7

2.3苹果酸和乙醇的酯化反应 8

2.4 苹果酸乙酯的分析方法 8

2.4.1 酸值的计算 8

2.4.2 酯化率的测定 8

第三章 实验结果与讨论 10

3.1 不同催化剂的比较 10

3.2 催化剂用量对酯化率的影响 10

3.3不同酸醇物质的量之比对酯化率的影响 11

3.4反应时间对酯化率的影响 12

3.5反应温度对酯化率的影响 13

3.6催化剂重复使用对酯化率的影响 13

3.7本章小结 14

第四章 结论与展望 15

4.1 结论 15

4.2 展望 15

参考文献 16

致 谢 19

第一章 文献综述

1.1 前言

L-苹果酸（又名2-羟基丁二酸）是生物体内TCA循环的重要中间产物，对于糖类、脂类、氨基酸代谢有着重要作用；是一种存在于人体内的天然有机酸。其分子式为C₄H₆O₅，化学结构式为HOOCCH(OH)CH₂COOH ,易溶于水且酸性较强^[1]，可用于苹果酸酯的合成。而苹果酸酯是一种被广泛用于制取日用香料和蚊香的原料，这种化合物可以由苹果酸与各种小分子的醇在酸催化作用下酯化而制得的。目前， H₃PO₄、HF、H₂SO₄作为工业生产苹果酸酯类物质的酸催化剂，其中浓H₂SO₄的催化性能好且价格便宜，因此在工业生产中被广泛使用。但是在生产过程中，浓H₂SO₄与反应原料及产品的分离困难，难以回收重复利用，据统计每年就有超过15 Mt的浓H₂SO ₄被丢弃^[2]，浪费了大量的资源，对环境也造成了很大的污染，并且还需经过多道后处理工序（中和、水洗等），才能得到最终产物。操作过程繁琐复杂，反应所产生的废液也会严重地腐蚀设备，增加生产成本。所以鉴于“绿色化学”的原则，我们就必须改善合成工艺，以减少化工生产过程对环境和人类健康所造成的不利影响。从催化剂方面考虑，因为固体酸催化剂高效环保，与液体酸催化剂相比，这类催化剂能有效地减少酯化过程所用催化剂对生产设备和生态环境的破坏。所以在能源节约、资源开发方面我们对于可取代液体酸催化剂的新型固体酸催化剂进行研究，就具有很重要的意义。

1.2 苹果酸酯的合成方法

苹果酸酯是一种透明、无色且存在特殊气味的粘稠状液体，实验室所用苹果酸为外消旋物质, 可用于合成多种苹果酸酯类的驱蚊剂^[3,4],其中苹果酸二异戊酯及苹果酸二丁酯更是一种效果极好的驱蚊剂产品，其驱蚊效果可长达100多天。其化学反应式见式1-1。

（式1-1）

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