吡啶离子液体绿色化学催化剂设计及教学实践：乙酸乙酯合成实验中的创新能力培养

摘要

针对乙酸乙酯传统合成工艺中使用浓H₂SO₄作为催化剂所引发的设备腐蚀、废酸污染以及副反应难以控制等问题，本研究开发了一种N-丁基吡啶溴盐离子液体的绿色催化体系，并构建了“离子液体催化-探究型实验”双驱动教学模式。以正溴丁烷为原料，通过吡啶季铵化反应合成N-丁基吡啶溴盐离子液体，并利用红外光谱和核磁共振氢谱技术确定其结构；通过调整反应温度、时间和催化剂用量，研究了该催化体系的催化活性、选择性及循环稳定性。结果表明：当15 mmol离子液体、135℃反应90 min时，产率为52.3%，且催化剂能稳定循环使用5次；优化后的催化体系在产物产率、纯度以及催化剂的循环使用性能方面均优于传统工艺，且催化剂的分离回收过程简便，有效减轻了环境污染。在教学方面，采用“分子设计-工艺革新-教学重构”的方法，引导学生设计离子液体催化剂替代浓H₂SO₄，实现乙酸乙酯的绿色合成；通过优化反应条件，掌握多变量调控与谱图分析方法；重构探究性实验流程，提升实验设计能力与绿色化学认知，推动传统实验向综合性、创新性教学转型。本研究不仅实现了实验工艺的绿色升级，更将科研成果融入教学实践，帮助学生构建系统化科研思维，为化学实验课程改革提供了可推广的新路径。

关键词

吡啶离子液体 / 乙酸乙酯 / 有机化学实验 / 创新能力培养 / 绿色化学