TWI890520B

TWI890520B - 乳酸乙酯的製法

Info

Publication number: TWI890520B
Application number: TW113125978A
Authority: TW
Inventors: 吳嘉文; 廖威勝; 孫志朋; 彭子芸
Original assignee: 國立臺灣大學
Priority date: 2023-11-09
Filing date: 2024-07-11
Publication date: 2025-07-11
Also published as: TW202519503A

Abstract

一種乳酸乙酯的製法，包含以下步驟：在銻觸媒存在下使乳酸與乙醇進行酯化反應而形成乳酸乙酯，該銻觸媒選自於三氧化二銻、五氧化二銻及三氯化銻所組成的群組中至少一者，該酯化反應的溫度範圍為80℃至88℃且壓力為1atm。本發明乳酸乙酯的製法藉由所使用的特定種類的該銻觸媒本身具有價格便宜且穩定性佳的優點，搭配該酯化反應的特定溫度及特定壓力，所以能有效益地生成乳酸乙酯。

Description

乳酸乙酯的製法

本發明是有關於一種乳酸酯的製法，特別是指一種將銻觸媒用於製造乳酸乙酯的方法。

現有製備乳酸乙酯的技術，是利用乳酸與乙醇進行酯化反應來製得乳酸乙酯，不過酯化反應的速度極慢，因此還會利用固體的酸觸媒來促進乳酸與乙醇的酯化反應。現有普遍用於乳酸乙酯製備的固體的酸觸媒例如Amberlyst-15、ZrO ₂-SiO ₂複合物、WO ₃-SiO ₂複合物等，然而上述固體的酸觸媒有著價格高昂、穩定性不佳或催化效果不佳等問題。所以為更有效益地生產乳酸乙酯，需要開發新穎且能夠取代現有技術的製造乳酸乙酯的方法。

因此，本發明的目的，即在提供一種能替代現有技術且不存在現有技術缺點的乳酸乙酯的製法。

於是，本發明乳酸乙酯的製法，包含以下步驟：在銻觸媒存在下使乳酸與乙醇進行酯化反應而形成乳酸乙酯，該銻觸媒選自於三氧化二銻、五氧化二銻及三氯化銻所組成的群組中至少一者，該酯化反應的溫度範圍為80℃至88℃且壓力為1atm。

本發明的功效在於：本發明乳酸乙酯的製法藉由所使用的特定種類的該銻觸媒本身具有價格便宜且穩定性佳的優點，搭配該酯化反應的特定溫度及特定壓力，所以能有效益地生成乳酸乙酯。

本發明乳酸乙酯的製法，包含在銻觸媒存在下使乳酸(亦稱為2-羥基丙酸)與乙醇進行酯化反應而形成乳酸乙酯。

於本發明中，該銻觸媒選自於三氧化二銻(Sb ₂O ₃)、五氧化二銻(Sb ₂O ₅‧nH ₂O)及三氯化銻(SbCl ₃)所組成的群組中至少一者，該酯化反應的溫度範圍為80℃至88℃且壓力為1atm，藉由該銻觸媒的種類與在特定反應條件進行該酯化反應相互協作發揮綜效，讓該銻觸媒對乳酸與乙醇的酯化反應具有良好的催化效果，所以能有效益地生成乳酸乙酯。

在某些實施態樣中，該銻觸媒與該乳酸的重量比值範圍為0.01至0.06。此外，相較於Amberlyst-15等現有的固體的酸觸媒，三氧化二銻、五氧化二銻及三氯化銻的售價相對便宜且熱穩定性較佳。

在某些實施態樣中，該乳酸的純度例如但不限於90%以上。在示例性實施例中，該乳酸的純度為90%。

在某些實施態樣中，該乙醇與該乳酸的用量比值範圍為1.41至5.64。具體而言，該乳酸的用量範圍為5體積份至10體積份，該乙醇的用量範圍為14.1體積份至28.2體積份。

該酯化反應的時間可依使用者需求而自由調整，例如但不限於1、3、6小時或更長的時間。在示例性實施例中，該酯化反應的時間範圍為3小時至6小時，能獲得更高產率的乳酸乙酯。

本發明將就以下實施例作進一步說明，但應瞭解的是，所述實施例僅為例示說明用，而不應被解釋為本發明實施的限制。

〈實施例A組〉

實施例A-1：將163mg且種類為Sb ₂O ₃的銻觸媒、5mL的乳酸(來源為國家原子能科技研究院；純度為90%)及14.1mL的無水乙醇混合後，於80℃且1atm的條件下進行酯化反應1小時而形成乳酸乙酯，獲得包含該乳酸乙酯及該銻觸媒的混合物。使用針筒過濾器將該混合物進行過濾以濾除該銻觸媒，獲得包含該乳酸乙酯的濾液。

實施例A-3：與實施例A-1的步驟類似，差別在於酯化反應的時間為3小時。

實施例A-6：與實施例A-1的步驟類似，差別在於酯化反應的時間為6小時。

銻觸媒與乳酸的重量比值 = 銻觸媒用量(g) / [乳酸用量(mL) × 乳酸密度(1.209g/mL) × 乳酸純度(為90%)]。

〈實施例B組至F組及比較例A組至C組〉

實施例B組至F組及比較例A組至C組是與實施例A組相似的步驟進行，如表1所示，差別在於改變銻觸媒的種類與用量以及酯化反應的條件。

為了清楚說明，以下檢測流程是以實施例A-1作為代表進行描述，其餘實施例及比較例是依據相同的檢測流程進行分析。結果如表1所示。

乳酸乙酯產率的檢測：將實施例A-1的濾液以無水乙醇稀釋後再添加作為內標物的環己醇而獲得一個待測品。將該待測品置於一台包含氣相色譜法管柱(廠牌為Agilent；型號為DB-5 capillary columns, 30m×0.25mm×0.25µm)的氣相色譜法火焰電離檢測器(簡稱GC-FID；廠牌為ZEF SCIENTIFIC INC.；型號為YL6500 GC)中進行檢測，而獲得一組乳酸乙酯與環己醇的面積比。藉由該面積比及環己醇的莫耳數共同推算出乳酸乙酯的莫耳數，從而算得酯化反應1小時的乳酸乙酯的產率。

表1

	銻觸媒	酯化反應	乳酸乙酯
種類	銻觸媒與乳酸的重量比值	溫度(℃)	壓力(atm)	時間(hr)	產率(%)
實施例	A組	Sb ₂O ₃	0.03	80	1	1	39.4
3	50.5
6	63.4
B組	Sb ₂O ₅‧nH ₂O	0.03	80	1	1	22.4
3	41.1
6	45.8
C組	SbCl ₃	0.03	80	1	1	62.3
3	58.6
6	60.8
D組	Sb ₂O ₃	0.01	80	1	1	22.0
3	31.6
6	53.6
E組	Sb ₂O ₃	0.06	80	1	1	41.1
3	37.2
6	54.5
F組	Sb ₂O ₃	0.03	88	1	1	39.5
3	55.2
6	50.9
比較例	A組	Sb ₂O ₃	0.03	25	1	1	0
3	0
6	19.4
B組	Sb ₂O ₃	0.03	55	1	1	0
3	0
6	38.8
C組	Sb ₂O ₃	0.03	80	0.1	1	24.1
3	0
6	0

參閱表1，實施例A組至F組透過使用銻觸媒並在80~88℃及1atm進行酯化反應，酯化反應1小時獲得的乳酸乙酯產率範圍為22.0%至62.3%、酯化反應3小時獲得的乳酸乙酯產率範圍為31.6%至58.6%，以及酯化反應6小時獲得的乳酸乙酯產率範圍為45.8%至63.4%。

又，對照比較例A組在酯化反應1、3小時獲得的乳酸乙酯產率是0%而6小時獲得的乳酸乙酯產率才19.4%，比較例B組在酯化反應1、3小時獲得的乳酸乙酯產率是0%而6小時獲得的乳酸乙酯產率才38.8%，比較例C組在酯化反應1小時獲得的乳酸乙酯產率雖然有24.1%但3、6小時獲得的乳酸乙酯產率居然降為0%，顯示相較於酯化反應的條件為室溫(25℃)、55℃及0.1atm，實施例A組至F組的酯化反應的條件能更有效益地生成乳酸乙酯。

綜上所述，本發明乳酸乙酯的製法，藉由所使用的特定種類的該銻觸媒本身具有價格便宜的優點，且該銻觸媒本身穩定性佳再搭配該酯化反應的特定溫度及特定壓力，讓該銻觸媒對乳酸與乙醇的酯化反應具有良好的催化效果，因而本發明乳酸乙酯的製法能有效益地生成乳酸乙酯，所以確實能達成本發明的目的。

此外，由於該酯化反應的條件溫和，因此將本發明乳酸乙酯的製法應用於工業生產，不但使製造乳酸乙酯的過程相對安全，還使製造乳酸乙酯的能源消耗更低，且操作上更為簡便。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

Claims

一種乳酸乙酯的製法，包含以下步驟：在銻觸媒存在下使乳酸與乙醇進行酯化反應而形成乳酸乙酯，該銻觸媒選自於三氧化二銻、五氧化二銻及三氯化銻所組成的群組中至少一者，該酯化反應的溫度範圍為80℃至88℃且壓力為1atm。
如請求項1所述的乳酸乙酯的製法，該銻觸媒與該乳酸的重量比值範圍為0.01至0.06。
如請求項1所述的乳酸乙酯的製法，其中，該乳酸的純度為90%以上。
如請求項1所述的乳酸乙酯的製法，其中，該乙醇與該乳酸的用量比值範圍為1.41至5.64。
如請求項4所述的乳酸乙酯的製法，其中，該乳酸的用量範圍為5體積份至10體積份，該乙醇的用量範圍為14.1體積份至28.2體積份。
如請求項1所述的乳酸乙酯的製法，其中，該酯化反應的時間範圍為3小時至6小時。