尼泊金酯的合成研究

尼泊金酯的合成方法研究进展

摘要：对羟基苯甲酸酯俗称尼泊金酯，是一类中性低毒抑菌剂和防腐剂，已被广泛用于食品、饮料、化妆品、医药等领域。本综述将对近年来尼泊金酯的合成方法进行追踪、概括、评价。其中以固体超强酸为催化剂的合成方法具有不腐蚀设备、不污染环境、不怕水、耐高温、反应活性高、选择性好、不易中毒等优点，同时可以重复使用，是合成尼泊金酯的良好方法。今后致力于研究合成尼泊金酯的新方法和合成长链碳醇酯是此领域研究工作的重点。

关键词：尼泊金酯；防腐剂；合成；研究进展

对羟基苯甲酸酯俗称尼泊金酯（分子式为p—HOC6H4CO2R），是一类由对羟基苯甲酸与C1—C7等的脂肪醇反应形成的酯，于1923年正式被批准应用于食品中，它是目前国际上采用的安全有效的抑菌剂和防腐剂，广泛地应用于食品、医药及化妆品等行业。目前我国使用的防腐剂仍以苯甲酸钠为主，而一些发达国家已经禁止使用苯甲酸钠作为食物防腐剂。尼泊金酯与传统的苯甲酸、山梨酸等防腐剂相比，具有高效、低毒、易配伍、使用pH范围宽等特点，是我国重点发展的食品防腐剂之一。

尼泊金酯杀菌、抑菌作用随着醇烃基碳原子数的增加而增加，如尼泊金辛酯对酵母菌发育的抑制作用是丁酯的50倍，比乙酯强200倍左右；而在水中的溶解度则随着醇烃基碳原子数的增加而降低；另外，碳链愈长，毒性愈小，用量愈少。通常的作法是将几种产品混合使用，提高溶解度，并通过增效作用提高其防腐能力。就目前而言，国内生产的产品都是一些低碳醇酯，如尼泊金甲酯、乙酯、丙酯与丁酯等，对一些长碳链酯，如庚酯、辛酯、壬酯等，国内尚未生产。因此，对该类产品的系列化研究非常重要。目前，在精细化工领域研究、开发新型尼泊金酯异常活跃，根据我国今后精细化工的发展方向，预计尼泊金酯类将有很大的发展。

尼泊金酯传统的合成方法是采用硫酸作为催化剂，此法的缺点是催化剂用量大，副产物众多，产物分离困难，产率低下，严重腐蚀反应设备以及废液严重污染坏境。随着国家可持续发展战略的实施，环境保护要求不断提高，其局限性日益显著。为了推动尼泊金酯系列的生产与发展，本综述将对自1994年至2009年来的关于尼泊金酯类的直接酯化合成方法进行综述与评价，试着寻找较为理想的合成方法。

1 浓硫酸[7]（微波辐射）催化合成尼泊金酯

陈新客[3]、刘钟栋[1]等经过试验研究发现，微波可以加速有机合成反应的进行。用微波辐照这一技术研究对羟基苯甲酸与低级脂肪醇的酯化反应，所用的微波工作频率为2450MHz，采用间歇辐照方式。结果表明，在微波辐照条件下，醇酸物质的量比为4:1，苯为带水剂时，增加催化剂浓硫酸的用量可使反应速率

加快，反应时间由300分钟缩短至30分钟，酯的产率由83.8%增至85.1%，同时产率也随着醇的用量的增加而增加，但当催化剂量及醇达到一定值后产率不再发生变化。该种方法可大大缩短尼泊金酯的合成所需时间，为该类防腐剂的生产开辟了一条节时节能的工艺路线，但是用浓硫酸作催化剂没有改变传统方法的弊端，解决了这个问题就是一个具有良好发展前景的好方法。

2 结晶氯化铁及其他铁盐催化合成尼泊金酯

结晶氯化铁FeCl3·XH2O[15]和十二水合硫酸铁铵等都是价廉易得的固体催化剂，姚春凤[29]等利用六水合氯化铁催化合成尼泊金丁酯，实验表明，利用它作催化剂合成操作方便、对设备腐蚀小、对环境污染低，是一种值得推广应用的方法。

另外用硫酸铁的水合物Fe2 ( SO4 ) 3·XH2O作催化剂制备尼泊金酯的最佳条件是：酸醇的物质的量比为1:4，催化剂用量为酸的3.6%，反应时间为4h，回流温度不超过140℃。采用水蒸气蒸馏回流脂肪醇，产品经活性炭脱色和重结晶处理，精酯收率可达85%。但是缺点是产品颜色深，呈胶状，不易处理。这可能是在反应过程中生成了Fe(OH)3胶体。若反复用活性炭脱色处理，产品损失大，收率低。

3 稀土化合物催化合成尼泊金酯

稀土化合物是我国易得、资源丰富的化合物。这类化合物具有很高的催化活性与选择性，用量少，反应时间短，无副作用，无腐蚀，无污染，易分离，可回收循环使用，因此开发稀土化合物的利用具有较好的经济价值与实际应用价值。

张乃茹等[10]用三氧化二钕催化合成尼泊金乙酯，他们通过实验证实了用三氧化二钕催化合成尼泊金乙酯是可行的。它与Fe2 ( SO4 ) 3·XH2O相比，产率明显有所提高，与大孔阳离子交换树脂相比，无需预处理，用量少，易分离，节约能源，可回收重新使用，在酯中无残留，纯度要求不苛刻。我国稀土资源丰富，价格低廉，稀土氧化物系列有可能成为有价值的催化剂。三氧化二钕催化合成尼泊金乙酯的有利条件是：酸醇摩尔比为1:4,催化剂用量为酸质量的5.0%，以环己烷为带水剂，在120℃下反应4h，经10%Na2CO3溶液洗涤，用水作溶剂重结晶，乙酯的收率为81.2%，催化剂重复使用10次尚无明显降低。

彭安顺等[17]成功地以稀土改性SO42-/TiO2催化合成尼泊金乙酯，其合成的最佳工艺条件为：酸醇摩尔比为1:3，催化剂用量为20g/mol酸，装置盛有吸水剂MgSO4的索氏提取器、油浴中加热回流反应3h，用5%NaOH与水洗涤，用15%乙醇与活性炭重结晶。稀土改性的SO42-/TiO2固体超强酸制备简便，原料易得，催化合成对羟基苯甲酸乙酯、丙酯、丁酯产率高，无污染，且分离容易，是一种具有良好应用前景的催化剂。

4 杂多酸及其固载化催化合成尼泊金酯

杂多酸是由两种以上无机含氧酸缩合而成的一类含氧桥的多核高分子化合物，它不仅具有多元酸和多电子还原能力，而且其酸性和氢化还原性可以通过变换组成元素在很大范围内系统地调节。它对许多反应具有高的催化活性和选择性，并且不挥发、污染少、可以大大减轻对设备的腐蚀，能够再生和利用，因而许多学者对此进行了研究。经过研究发现，用磷钨杂多酸、硅钨杂多酸作催化剂合成尼泊金丁酯的效果比硫酸和硫酸铁好，产品后处理极其简单，无需脱色，具有无毒、无腐蚀、无废液处理等优点。磷钨杂多酸与硅钨杂多酸的催化效果相当。以磷钨杂多酸作为催化剂催化合成尼泊金丁酯的优化反应条件为：醇酸物质的量比为5:1，苯为带水剂，催化剂用量为反应物料总质量的5%，回流温度120℃，反应时间为3.5h，酯收率可达80%。用磷钨杂多酸催化合成尼泊金丁酯具有催化活性高、选择性好、催化剂可回收利用等特点，是一种很有价值的催化剂，该方法的优点还在于后处理简单，节能降耗，对反应设备腐蚀轻，产品质量高。但是，杂多酸均相催化剂存在回收困难、比表面积较小不利于充分发挥催化活性。2000年杨水金等[19]人成功的利用固载杂多酸TiSiW12O40/TiO2催化合成尼泊金丙酯，实验研究结果显示，其反应的最佳条件为：醇酸摩尔比为4:1,催化剂用量为反应物料总量的2.0%，反应时间2h，在此条件下，尼泊金丙酯的收率为89.2%，尼泊金丁酯的收率为91.1%。精制得到尼泊金酯为白色晶体，质量好。酯化温度低，，反应时间短，催化剂用量少且可较好地回收循环使用，无废酸排放，工艺流程简便，可降低生产成本。因此，固载化杂多酸TiSiW12O40/TiO2是合成尼泊金酯的优良催化剂，具有良好的应用前景。

5水合硫酸铝催化合成尼泊金酯

高丽新等[23]利用水合硫酸铝催化合成尼泊金丁酯和甲酯。其实验过程和结果表明，以Al2(SO4)3·18H2O作为催化剂，虽然工艺简单，不腐蚀设备，可重复使用，但在后处理所产生的氢氧化铝胶体严重影响产品的分离纯化，因而收率虽然高但产率却低，实际上是一种不可取的酯化方法。

6 维生素C催化合成尼泊金酯

虽然我国的尼泊金酯研究应用较晚，但是目前已成为防腐、灭菌等研究领域最热门的课题之一。我国是世界上最大的维生素C生产国和出口国，但由于近年来国际国内市场疲软，使得国内维生素C的生产相对过剩，所以开拓维生素C新的应用领域具有重要的现实意义。维生素C是一种带有一定酸性的维生素类药物，对化学试剂具有广泛的反应性能,它基本上不存在腐蚀设备和环境污染的问题，维生素C本身作为一种抗氧化剂，对人体无害且是人体所必需的，适量地摄取有益于维持肌体的各项组织功能，从而在产品的后处理工序中，对作为催化剂的维生素C的分离就无需那么严格，这无疑又使合成工艺更加简便易行。许文范等[31]首次探讨了维生素C在尼泊金低碳醇酯合成中的应用,取得了良好的效果。