食品添加剂对羟基

• ③氯化铁 • 易从酯化反应体系中回收分离。但由于传质的原因及本身 酸性较弱，催化效率较硫酸等低，反应所需的时间较长。 • 用量一般为3％左右。 • ④强酸性阳离子交换树脂 • 为固体强酸，由于能解离出H+，故可作为酯化反应的催化 剂。但由于传质的原因，催化效率较硫酸等稍低。 • 优点是：反应条件温和、选择性好；产物后处理简单，无 需中和及水洗；树脂可循环使用，并可进行连续化生产； 对设备无腐蚀以及减少废水排放量。由于上述优点，强酸 性阳离子交换树脂已广泛用于酯化反应，其中最常用的有 酚磺酸树脂及磺化苯乙烯树脂。离子交换树脂目前已商品 化，可由商品牌号查得该树脂的性质及组成。
对羟基苯甲酸丙酯性质及分子结构的分析
• 性质 外观：无色细小结晶或白色结晶性粉末，几乎无
臭，稍有涩味。 熔点：95～98℃ 沸点：295℃ 溶解性：微溶于水(0.05g／100ml，25℃)，易溶于 乙醇(95g／100mI)、丙酮(105g／l00ml)，可溶于花生油 (1.4g/100ml)。 密度：1.0630 折射率：1.5050（20℃） 毒性LD50(mg/kg)：小鼠经口3700
食品添加剂对羟基苯甲酸丙酯的 合成
（酯化反应）
学习目标与要求
知识目标：掌握酯化反应的定义、分类、特点及 反应影响因素。通过知识拓展具有有机合成中的 活性中间体与酸碱理论的知识储备，并加入少量 的红外光谱的知识。 能力目标：利用所学酯化反应的知识及常见的反 应仪器和设备、组装对羟基苯甲酸丙酯的合成装 置、完成产品的合成及提纯操作，具有从事酯化 反应产品研发的职业基础能力和一定的创新能力。
对羟基苯甲酸丙酯的概述
对羟基苯甲酸酯类防腐剂属 于，其商品名为尼伯金 酯类，是对羟基苯甲酸与 低碳醇生成的酯。其通式 为：
ROO C OH
与传统的苯甲酸、山梨酸等防腐剂相比，对羟基苯甲酸酯类 防腐剂具有高效、低毒、易配伍、使用的pH值范围宽等 特点，是国际上采用的安全有效的抑菌剂和防腐剂，广泛 应用于食品、医药及化妆品等行业。由于具有毒性低，几 乎无味、无刺激性以及在较宽的pH值范围内能保持较好 的抗菌效果等有点，使其成为在食品加工中应用较广的食 品防腐剂。对霉菌、酵母菌的作用较强，对革兰阴性杆菌 及乳酸菌作用较差。其抗菌力比苯甲酸、山梨酸强，使用 量约为苯甲酸钠的1/10，毒性低于苯甲酸，使用范围 pH=4～8。抗菌作用随着烷基(R-)链的增长而增强。它是 无色结晶或白色结晶粉末，无味，无臭、对光和热稳定， 吸湿性极小。缺点是水溶性较差，价格较高。
合成工艺条件
• • • • • • • • • （1）物料配比 n（对羟基苯甲酸）∶n（正丙醇）≈0.1∶0.8 实训室合成：对羟基苯甲酸 .13.8g（4.14g） 0.1mol 正丙醇 60ml（18g） 0.8mol V(正丙醇)：V（环己烷）=1：1 环己烷 60ml（18ml） （2）反应温度 反应液沸腾温度 （3）压力：常压
分水器的使用原理
• 分水器的原理很简单：一种有机溶剂与水 在室温下不互溶，但是可以形成共沸物， 其密度比水小，这样的溶剂，常见的有甲 苯，当分水器（上端装冷凝管）内充满了 溶剂（可以事先加一部分，也可以不加， 不加的话，反应体系中要多加分水器容积 的溶剂），溶剂与水在分水器中分层，水 积在分水器下部，溶剂返流到反应体系里 去。其实就两个核心点：与水共沸不互溶， 密度比水小。
实验步骤
• 在100mL 圆底烧瓶中加入对羟基苯甲酸用量 6.9g(0.05mol)，11.2ml（0.15mol）正丙醇，4.8g（用量 为反应物总质量的30%）大孔树脂，5ml环己烷（带水剂） 和沸石充分混匀，磁力搅拌，加热分水回流三个小时（分 水器中不再生成水）冷却烧瓶、静置，将反应液用倾析法 转移至蒸馏瓶，蒸馏分离未反应的正丙醇以及环己烷，固 体催化剂留于瓶底待重复利用。将蒸馏余液倾入蒸馏水中， 用10 %的碳酸钠溶液调pH至7-8，先搅拌后静置，待固体 产物全部析出，经抽滤，洗涤，烘干至恒重，得白色晶体 状固体产品，称重，计算出尼泊金丙酯的产率。比较两种 催化剂的效率，选择最佳催化剂。
+
* R 'O H R
OH C
+
OH
* HOR'
OH
+
OH OH2 -H 2 O R C
+
O -H
+
R
C
* OR'
R
C
* OR'
* R' O
3°醇（叔醇）为烷氧断裂历程
R 3 C-OH
O `R C OH
+
+
H
+
R 3C
+
+
H 2O
O
R 3C
+
`R C
O
O
+
H
CR 3
O `R C O
+
H
3
`R
C
O-CR
产品 中间产物Ⅰ 中间产物Ⅱ ‥ ‥ ‥ 原料
综合分析法：即采用顺逆向思维方法相结 合，从两端推中间或中间推向两端。
路线分析
• 逆向分析：
HO
COOCH2CH2CH3
HO
COOH
+ HOCH2CH2CH3
• 路线一：直接酯化法
逆向分析：
HO COOR' + HOCH 路线二：酯交换法 2CH2CH3
O C O C
=
=
R OH + H
O C
18
O
R'
H
+
18
R
OR’
+
H 2O
叔醇与羧酸的酯化是按烷氧键断裂进行的。
O C
Baidu Nhomakorabea
=
R O H +
=
18
HO
C R '3
H
+
18
R
OCR’
3
+
H 2O
H2O中无O18，说明反应为酰氧断裂。
酯化反应历程 1°、2°醇为酰氧断裂历程，
O R C OH H
+
OH R C OH
• 分子式： C10H12O3 • 分子结构式
HO
COOCH2CH2CH3
合成路线设计思路：
• 顺合成分析法：即正向思维方法，从已知 原料入手，找出合成所需的中间产物，逐 步推向待合成的有机物。其思维程序是 ：原料 中间产物Ⅰ 中间产物Ⅱ ‥ ‥ ‥ 产品
逆合成分析法：即采用逆向思维方法，从产品入手， 逆推出合成该物质的前一步反应的物质，若该物 质不是原料，再进一步逆推出此中间产物又是如 何从另一有机物经一步反应而制得，如此至推到 题目给定的原料。
1
][ H 2 O ]
1
][ R OH ]
催化剂
• ①硫酸 • 最常用的催化剂之一。 • 优点：可溶于反应体系中，反应条件较温和、催化效果好、性质稳定、 吸水性强及价格低廉等。 • 缺点（1）反应温度超过160℃，易使反应物发生磺化、碳化、聚合、 脱水生成烯烃或醚以及异构化等副反应，不饱和酸、羟基酸、甲酸、草酸和丙酮酸、碳
HO
COOCH2CH2CH3 + R'OH
有机合成的原则：
• • • • 原料丰富、价格低廉 条件合适、操作方便 原理正确、步骤简单 产物纯净、污染物少
酯化
• 酯化反应通常是指醇或酚和含氧酸类（包 括无机和有机酸）或其衍生物作用生成酯 的过程。 • 其实质是醇或酚分子中的羟基氢原子被酰 基取代而生成酯的反应，又叫做O-酰化反 应。
链较长、分子量较大的羧酸和醇，不宜用硫酸催化酯化，
• （2）腐蚀生产设备，后处理麻烦，产品色泽较深等。 • ②对甲苯磺酸 • 是一种强的固体有机酸，腐蚀性和三废污染比硫酸小，副反应少，价 廉易得，易于保管、运输和使用，催化剂用量小，是一种适合于工业 化生产的催化剂。苯磺酸、硫酸氢乙酯和乙基磺酸的催化效果都相当 好。但价格较贵。 • 用量一般为5%左右。
（3） 成酯方式
O R C O H + H O R' H R C O R' O + H 2O 酰氧断裂 O R C O H + H O R' H R C O R' O + H 2O
烷氧断裂
究竟按哪种方式脱水，与羧酸和醇的结构及反应条件有关。经同位素标记醇的办法 证实：
伯醇和仲醇与羧酸的酯化是按酰氧键断裂进行的。
3
+
H
+
CR
• • • • • •
（1）增加反应物的浓度 正丙醇的过量。 对羟基苯甲酸：正丙醇的摩尔比通 常要达到1：4～10左右。 （2）从体系中及时移走生成物 水与苯、甲苯、环己烷、三氯甲烷 等多种有机溶剂易形成共沸物。 带水剂与醇的摩尔比通常为1:1
Kc
[ ArCOOR [ ArCOOH
产品分析：
• （1）重结晶：将粗产品按粗酯：95%乙醇：水：活性炭 为1：0.6：4.0：0.06的比例混合，加热至粗酯溶解，趁 热减压抽滤，将滤液冷却结晶，减压抽滤获得重结晶后晶 体。 （2）熔点测定：将电源线和传感器按要求连接好。 将两片载玻片洗净晒干后，取几颗重结晶后样品放在一载 玻片上，用另一载玻片盖上，轻轻压实，然后将其放置于 加热台上，盖上隔热玻璃。调节显微镜，使其焦点对准样 品。打开电源开关，测定待测样品的熔点，让升温由快→ 渐慢→平缓。观察待测样品的熔化过程。当晶体棱角开始 变圆并有液体产生时为初熔，完全液化为全熔，记录初熔 点和全熔点。如需重复测试，需使温度降至熔点值以下 40℃
合成装置
• 铁架台、加热套、三口烧瓶、分水器、球 星冷凝管、电动搅拌器、温度计等
• 仪器与试剂仪器与试剂仪器与试剂 药品试剂： 尼泊金酸、正丙醇、饱和氯化钠溶液、95%乙醇、 10 %的碳酸钠、大孔树脂，环己烷、沸石、活性 炭。 仪器：显微熔点测定仪（含载片）；真空抽 滤机；磁力搅拌电热套（包括磁粒）；天平；分 水回流装置（包括三口烧瓶1个，分水器一个，球 形冷凝管一个，橡胶塞一个，带塞温度计一个， 橡胶管若干）；蒸馏装置（包括100ml圆底烧瓶2 个，蒸馏头1个，带塞温度计1个，直形冷凝管1 个，接引管1个，橡胶管若干）；减压抽滤装置 （布氏漏斗1个，吸滤瓶1个，滤纸若干，表面皿 1个，吸耳球1个）；酸度计；100ml容量瓶1个， 烧杯2个，玻璃棒1根，蒸发皿1
用羧酸的酯化（直接酯化反应）
H RCOOH + R'OH RCOOR' + H
2O
（1）反应特点：酯化反应是可逆反应，Kc≈4，一般只有2/3的转化率 提高酯化率的方法： a 增加反应物的浓度（一般是加过量的低级醇） b 移走低沸点的酯或水
（2） 酯化反应的活性次序： 酸相同时 CH3OH > RCH2OH > R2CHOH > R3COOH 醇相同时 HCOOH ＜ CH3COOH ＜RCH2COOH ＜R2CHCOOH ＜ R3CCOOH