《精细有机合成技术》PPT教学课件：第十三章 酯化（概述、反应基本原理、技术与反应装置、工艺实例）

第十三章酯化

第十三章 酯化

第一节概述 酯化反应及其重要性 酯化反应通常是指醇或酚和含氧酸类(包括无机和 有机酸)作用生成酯和水的过程。其实质就是在醇或酚 羟基的氧原子上引入酰基的过程,亦可称为0-酰化反应 本章涉及的酯化单元反应是指生成羧酸酯的反应,至于 其他生成无机酸酯的反应不在此讨论。 羧酸酯在精细化工产品中有广泛的应用,其中最重 要的是直接作为溶剂及增塑剂使用,此外还广泛用于 树脂、涂料、合成润滑油、香料、化妆品、表面活性剂、 医药等工业部门

一、酯化反应及其重要性 酯化反应通常是指醇或酚和含氧酸类（包括无机和 有机酸）作用生成酯和水的过程。其实质就是在醇或酚 羟基的氧原子上引入酰基的过程，亦可称为O-酰化反应。 本章涉及的酯化单元反应是指生成羧酸酯的反应，至于 其他生成无机酸酯的反应不在此讨论。 羧酸酯在精细化工产品中有广泛的应用，其中最重 要的是直接作为溶剂及增塑剂使用，此外还广泛用于： 树脂、涂料、合成润滑油、香料、化妆品、表面活性剂、 医药等工业部门。 第一节 概述

第一节概述 工业上制造羧酸酯的方法 1.以醇(或酚)为原料,与各种酰化剂反应的酯化 法 此类反应常用酰化剂有:羧酸、酸酐、酰卤、酰胺 腈、醛、酮等。其反应通式为 ROH+RCOz一 RCOOR+HZ R可以是脂肪族或芳香族烃基;即ROH可以是醇或酚; RCOZ为酰化剂,可根据实际需要选择;R和R’可以是相同 的或者是不同的烃基

二、工业上制造羧酸酯的方法 1．以醇（或酚）为原料，与各种酰化剂反应的酯化 法 此类反应常用酰化剂有：羧酸、酸酐、酰卤、酰胺、 腈、醛、酮等。其反应通式为： R'可以是脂肪族或芳香族烃基；即R'OH可以是醇或酚； RCOZ为酰化剂，可根据实际需要选择；R和R'可以是相同 的或者是不同的烃基。 第一节 概述

第一节概述 (1)羧酸与醇反应的羧酸法此法又称直接酯化法。 由于所用的原料醇与羧酸均容易获得,所以是合成酯类 最重要的方法。羧酸法中最简单的反应是一元酸与一元 醇在酸催化下的酯化,得到羧酸酯和水,这是一个可逆 反应。 RCOOH ROH -RCOOR'+ H2o 若采用二元酸,可得二种酯:即单酯(为酸性酯) 和双酯(为中性酯)。其产率取决于反应剂间的物质的 量之比。 HOOC-R- CooH HOOC一R'- CooR= ROOC-R′-COOR

（1）羧酸与醇反应的羧酸法 此法又称直接酯化法。 由于所用的原料醇与羧酸均容易获得，所以是合成酯类 最重要的方法。羧酸法中最简单的反应是一元酸与一元 醇在酸催化下的酯化，得到羧酸酯和水，这是一个可逆 反应。 若采用二元酸，可得二种酯：即单酯（为酸性酯） 和双酯（为中性酯）。其产率取决于反应剂间的物质的 量之比。 第一节 概述

第一节概述 若采用多元醇,如丙三醇与一元酸反应,可得部分 酯化产品及全部酯化产品,组成也与反应物的物质的量 之比有关 CH2OH CHIOCOR CH,OCOR CHOCOR CHOH *RCOOH CHOH - CHOH RCOOH CHOCOR CHIOH CH,OCOR CH,OCOR 若用多元羧酸与多元醇进行酯化,生成物是高分子 聚酯,这类反应除用作塑料及合成纤维的生产外,在涂 料及粘合剂合成中也应用很广。 nHOOC-R′COOH+nHoR-OH 王OC-R'-C0-R0

若采用多元醇，如丙三醇与一元酸反应，可得部分 酯化产品及全部酯化产品，组成也与反应物的物质的量 之比有关。 若用多元羧酸与多元醇进行酯化，生成物是高分子 聚酯，这类反应除用作塑料及合成纤维的生产外，在涂 料及粘合剂合成中也应用很广。 第一节 概述

第一节概述 般常用的酯化催化剂为:硫酸、盐酸、芳磺酸等 采用催化剂后,反应温度在70~150℃左右即可顺利发生 酯化。也可采用非均相酸性催化剂,例如活性氧化铝、 固体酸等,一般都在气相下进行酯化。 酯化反应也可不用催化剂,但为了加速反应的进行, 必须采用200~300℃的高温。若工艺过程对产品纯度要 求极高,而采用催化剂时又分离不净,则宜采用高温无 催化剂酯化工艺

一般常用的酯化催化剂为：硫酸、盐酸、芳磺酸等。 采用催化剂后，反应温度在70～150℃左右即可顺利发生 酯化。也可采用非均相酸性催化剂，例如活性氧化铝、 固体酸等，一般都在气相下进行酯化。 酯化反应也可不用催化剂，但为了加速反应的进行， 必须采用200～300℃的高温。若工艺过程对产品纯度要 求极高，而采用催化剂时又分离不净，则宜采用高温无 催化剂酯化工艺。 第一节 概述

第一节概述 (2)酸酐法羧酸酐是比羧酸强的酰化剂,适用于 较难反应的酚类化合物及空间阻碍较大的叔羟基衍生物 的直接酯化,此法也是酯类的重要合成方法之一,其反 应过程为: (RCO)2O+ROH-RCOOR+ RCOOH 反应中生成的羧酸不会使酯发生水解,所以这种酯 化反应可以进行完全。羧酸酐可与叔醇、酚类、多元醇 糖类、纤维素及长碳链不饱和醇(沉香醇、香叶草醇) 等进行酯化反应,例如乙酸纤维素酯及乙酰水杨酸(阿 司匹林)就是用乙酸酐进行酯化大量生产的 常用的酸酐有乙酸酐、丙酸酐醉、邻苯二甲酸酐 顺丁烯二酸酐等

（2）酸酐法 羧酸酐是比羧酸强的酰化剂，适用于 较难反应的酚类化合物及空间阻碍较大的叔羟基衍生物 的直接酯化，此法也是酯类的重要合成方法之一，其反 应过程为： 反应中生成的羧酸不会使酯发生水解，所以这种酯 化反应可以进行完全。羧酸酐可与叔醇、酚类、多元醇、 糖类、纤维素及长碳链不饱和醇（沉香醇、香叶草醇） 等进行酯化反应，例如乙酸纤维素酯及乙酰水杨酸（阿 司匹林）就是用乙酸酐进行酯化大量生产的。 常用的酸酐有乙酸酐、丙酸酐醉、邻苯二甲酸酐、 顺丁烯二酸酐等。 第一节 概述

第一节概述 用酸酐酯化时可用酸性或碱性催化剂加速反应。如 硫酸、髙氯酸、氯化锌、三氯化铁、吡啶、无水醋酸钠 对甲苯磺酸或叔胺等。酸性催化剂的作用比碱性催化剂 强。目前工业上使用最多的是浓硫酸。 在用酸酐对醇进行酯化时,反应分为两个阶段,第 步生成物为lmol酯(单酯)及1mol酸,反应是不可逆 的;第二步则由1mol酸再与醇脱水生成酯(双酯),反 应与一般的羧酸酯化一样,为可逆反应,需要催化剂及 较高的反应温度,并不断地去除反应生成的水

用酸酐酯化时可用酸性或碱性催化剂加速反应。如 硫酸、高氯酸、氯化锌、三氯化铁、吡啶、无水醋酸钠、 对甲苯磺酸或叔胺等。酸性催化剂的作用比碱性催化剂 强。目前工业上使用最多的是浓硫酸。 在用酸酐对醇进行酯化时，反应分为两个阶段，第 一步生成物为1mol酯（单酯）及1mol酸，反应是不可逆 的；第二步则由1mol酸再与醇脱水生成酯（双酯），反 应与一般的羧酸酯化一样，为可逆反应，需要催化剂及 较高的反应温度，并不断地去除反应生成的水。 第一节 概述

第一节概述 目前,工业上广泛采用苯酐与各类醇反应,以制备 各种邻苯二甲酸酯。邻苯二甲酸酯类是塑料工业广泛使 用的增塑剂。例如,邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的合成: COOC,Ha cooc.Ho COoC,H, +C,HoOH - Hgsc COoC,Hs 当双酯的两个烷基不同时,应使苯酐先与较高级的 醇直接酯化生成单酯,然后再与较低级的醇在硫酸催化 下生成双酯 当双酯的两个烷基不同时,应使苯酐先与较高级的 醇直接酯化生成单酯,然后再与较低级的醇在硫酸催化 下生成双酯

目前，工业上广泛采用苯酐与各类醇反应，以制备 各种邻苯二甲酸酯。邻苯二甲酸酯类是塑料工业广泛使 用的增塑剂。例如，邻苯二甲酸二丁酯（DBP）的合成： 当双酯的两个烷基不同时，应使苯酐先与较高级的 醇直接酯化生成单酯，然后再与较低级的醇在硫酸催化 下生成双酯。 当双酯的两个烷基不同时，应使苯酐先与较高级的 醇直接酯化生成单酯，然后再与较低级的醇在硫酸催化 下生成双酯。 第一节 概述

第一节概述 (3)酰氯法酰氯和醇(或酚)反应生成酯的反应 为: RCOC1ROH---RCOOR+HCI 酰氯与醇(或酚)的酯化具有如下特点:①酰氯的 反应活性比相应的酸酐为强,远高于相应的羧酸,可以 用来制备某些羧酸或酸酐难以生成的酯,特别是与一些 空间位阻较大的叔醇进行酯化。②酰氯与醇(或酚)的 酯化是不可逆反应,一般不需要加催化剂,反应可在十 分缓和的条件下进行,酯化产物的分离也比较简便。③ 反应中通常需使用缚酸剂以中和酯化反应所生成的氯化 氢。因为氯化氢不仅对设备有腐蚀,而且还可能与活泼 性醇(如叔醇)发生诸如取代、脱水和异构化等副反应

（3）酰氯法 酰氯和醇（或酚）反应生成酯的反应 为： RCOC1＋R'OH—→RCOOR'＋HCl 酰氯与醇（或酚）的酯化具有如下特点：①酰氯的 反应活性比相应的酸酐为强，远高于相应的羧酸，可以 用来制备某些羧酸或酸酐难以生成的酯，特别是与一些 空间位阻较大的叔醇进行酯化。②酰氯与醇（或酚）的 酯化是不可逆反应，一般不需要加催化剂，反应可在十 分缓和的条件下进行，酯化产物的分离也比较简便。③ 反应中通常需使用缚酸剂以中和酯化反应所生成的氯化 氢。因为氯化氢不仅对设备有腐蚀，而且还可能与活泼 性醇（如叔醇）发生诸如取代、脱水和异构化等副反应。 第一节 概述