改进食品抗氧剂TBHQ的合成实验

[收稿日期]　2003-02-25
[作者简介]　唐　渝(1968-),男,副教授,博士,研究方向:有机合成,精细化工.
改进食品抗氧剂T BHQ 的合成实验
唐　渝,　郭书好
(暨南大学化学系,广东广州510632)
[摘　要]　以H 3PO 4代替了食品抗氧剂T BH Q (2-叔丁基对苯二酚)合成实验中使用的有污染溶剂,节约了实验时间,简化了操作步骤,将副产物DT BH Q (2,5-二叔丁基对苯二酚)也作为产品回收,并引入了一种新的、有效的提纯处理方法.
[关键词]　抗氧剂;　对苯二酚;　提纯
[中图分类号]　O621.3;TS202.3　[文献标识码]　B [文章编号]　1000-9965(2003)05-0121-02 食品抗氧剂T BH Q 的化学名为2-叔丁基对苯二酚,它是一种低毒、高效的抗氧剂,用于油脂比其他常用的抗氧剂更有效,目前已作为商品广泛用于国内外食用油中,此外它还可用作有机合成的中间体和聚酯原料及感光剂、化妆品添加剂,也可以用于合成另一重要的食品抗氧剂丁基羟基茴香醚(BH A ).它作为抗氧剂广泛用于食品当中,郭书好等[1]编的有机化学实验教材以及一些食品添加剂书中均介绍了如下的T BH Q 的合成方法[2,3]
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由于在该方法中使用甲苯作溶剂,因此存在溶剂的污染,在操作中有气味,容易在产品中残留甲苯,进而有可能影响T BH Q 作为食品抗氧剂使用.而在反应结束后要采用水汽蒸馏除去甲苯,增加了操作步骤和时间,另一个不足是反应的另一个产物2,5-二叔丁基对苯二酚(DT BH Q )在教材中被作为不需要的副产物被忽略,而实际上DT BH Q 也是一种抗氧剂,它可以用于橡胶、塑料中抗老化,也可添加于聚合单体中作阻聚剂,只是使用范围比T BH Q 相对小一些.这样的一个合成实验对于学生掌握付氏烷基化反应是可以的,但却与实际应用联系不紧密,不利于学生深刻理解学以致用的道理,为此我们对T BH Q 的合成实验进行了改进,不用甲苯做溶剂,直接在磷酸中反应,让它既作催化剂,又作反应介质.这样就避免了甲苯的污染和在产品中的残留,同时也省去了对甲苯进行处理和回收的操作,简化了实验步骤,节约了时间.我们的另一个改进是将DT BH Q 也作为反应的产品,利用锌粉而不是通常用的活性炭在酸性条件下对DT BH Q 的乙醇溶液进行较短时间的提纯处理,该方法操作简便,不会产生活性炭废物,且产品纯度高.
1　实验部分
111　材料
对苯二酚、叔丁醇、磷酸(质量分数85%)为分析纯,锌粉为化学纯,乙醇质量分数为95%的食用工业级.112　实验
第24卷第5期2003年10月 暨南大学学报(自然科学版) Journal of Jinan University (Natural Science ) V ol.24N o.5　Oct.2003
用100m L 四口瓶,安装好滴液漏斗、回流冷凝管、温度计和搅拌器(如用电磁搅拌器,也可用三口瓶),在反应瓶中加入516g (0105m oL )对苯二酚、40m L 质量分数85%磷酸.开动搅拌器、接通冷凝水,并用水浴(或油浴)加热反应瓶,待瓶内混合物温度升至90℃时,开始从滴液漏斗缓慢滴加5m L (约0105m oL )叔丁醇,并控制反应温度在90～95℃之间,在约30～45min 内滴完叔丁醇,并继续保温反应30min.撤去热浴,停止搅拌,用耐酸漏斗趁热抽滤反应混合物,滤液磷酸回收可用于下次反应.抽滤所得的固体加入约30m L 水加热至90℃以上几分钟,趁热抽滤,并用少量90℃以上热水洗涤固体.将此滤液转移到烧杯中重新加热到90℃以上并加入活性炭脱色,趁热抽滤除去活性炭后,充分冷却滤液,出现白色晶体,抽滤、用少量冷水洗涤晶体,烘干后得T BH Q 产品214g 收率2814%,纯度9916%,熔点126～128℃.在100m L 圆底烧瓶中加入DT BH Q 粗品(第二次抽滤所得固体)、20m L 质量分数95%乙醇、011g 锌粉和015m L 磷酸,装上回流冷凝管,在水浴或油浴上将混合物加热回流015h ,趁热抽滤,滤液可以冷却结晶,也可以加入约20m L 水进行沉淀,将固体抽滤,并用少量质量分数50%的乙醇洗涤,然后用少量冷水洗涤,烘干后得DT BH Q 产品315g ,收率3110%,纯度9913%,熔点217～219℃.
2　结果与讨论
改进以后的T BH Q 合成实验反应时间未变,但没有了蒸馏或水蒸气蒸馏除去甲苯的一步,简化了操作步骤,节约了实验时间,也避免了甲苯的气味和在T BH Q 中的残留,这对于T BH Q 的生产和实际应用较有意义.在甲苯中合成T BH Q 的收率一般在29%左右,产品的纯度通过将产品在水中重结晶来达到,而作为食品抗氧化剂的T BH Q 的纯度要求至少要达到99%以上,我们改进后的实验,T BH Q 的收率基本没有减少,产品的纯度也符合要求,可见改进后的实验方法较好.
在对DT BH Q 的纯化方法进行了详细的研究后[4],观察到用活性炭脱色的效果不太好.考虑到DT BH Q 作为抗氧化剂,也相应地易被氧化而变深色,因此可以用还原剂对其进行还原脱色,通过实验最后选用锌粉在酸性条件下对DT BH Q 的乙醇溶液进行较短时间的处理,既可以对DT BH Q 脱色又可以提高它的纯度,DT BH Q 的纯度可以达到99%以上,是一个较为简便、实用的方法,将它用于学生实验中,具有新意.首先对于DT BH Q 这是一个较新的提纯方法,其次,在一般的有机化学实验教材中,重结晶提纯固体时大都采用活性炭进行脱色,是一个物理吸附过程,如果用于实际生产中将产生大量的活性炭废物,而我们的方法是一个化学过程,锌粉的用量很少,且可以转变为可溶物,处理起来较容易,不会产生太多废物,另一方面T BH Q 仍然用活性炭进行脱色处理,这样可以在同一个实验中对两种方法进行比较,以加深学生对实验的进一步理解,也可以开拓学生的思维,学会如何在实际情况中学以致用.
[参考文献]
[1]　郭书好,罗新祥,阮秀兰等.有机化学实验指导[M].广州:暨南大学出版社,1995:120-123.
[2]　万素英,赵亚军,李　琳等.食品抗氧化剂[M].北京:中国轻工业出版社,1998:47-48.
[3]　李　炎.食品添加剂制备工艺[M].广州:广东科技出版社,2001:159-160.
[4]　唐　渝,张渊明,杨　骏.2,5-二叔丁基的简便脱色方法[J ].精细化工,2002,19(5):281-282.
[责任编辑:黄建军]
221 暨南大学学报(自然科学版)2003年。