綠色合成對羥基苯甲酸乙酯催化劑研究進展

陳 都，楊水金

(湖北師范學院化學化工學院，湖北黃石 435002)

尼泊金酯即對羥基甲酸酯，在較寬pH范圍內均具有良好的抑菌作用效果，由于毒性低、無刺激性等優點，被廣泛應用于食品、化妝品、藥品的防腐劑［1］，是國內外常用的防腐劑、抑菌劑之一。因此，開發新的綠色高效的催化劑合成對羥基苯甲酸乙酯具有重要意義和廣闊的應用前景。

傳統合成方法是以硫酸為催化劑，有機溶劑為帶水劑，對羥基苯甲酸與相應的醇反應［2］。硫酸作催化劑價格低廉，酯收率較高，但副反應較多，難分離，且對設備腐蝕嚴重，污染環境。隨著環保法規對環境要求的提高，開發可取代硫酸的新型催化劑已成為工業生產中普遍關注問題。

1 固體超強酸

固體超強酸作為一種新型綠色環保型催化劑引起人們的廣泛關注，它具有不腐蝕設備，污染小，耐高溫和可重復使用等優點。不但解決了傳統液體酸在生產工藝中與產品難分離的弊端，且在催化活性和選擇性上明顯優于硫酸等液體酸，在很大程度上實現了產品的經濟化和綠色化。

1.1 S2O82－/ZrO2－Al2O3

高文藝等［3］采用浸漬、沉淀法制備固體超強酸催化劑S2O82－/ZrO2－Al2O3。通過正交試驗確定催化劑制備的最佳條件，即ZrOCl2·8H2O和大孔 Al2O3質量比為25.0∶14.2，硫代硫酸銨濃度為0.8 mol/L，活化溫度為650℃，活化時間為3 h。以固體超強酸S2O82－/ZrO2－Al2O3為催化劑，由對羥基苯甲酸和無水乙醇合成對羥基苯甲酸乙酯。考察了醇酸物質的量比、催化劑質量和反應時間對酯收率的影響。確定最佳反應條件為:醇酸物質的量比3.0∶1 ，催化劑質量1.4 g(為酸質量的1%)，酯化反應時間3 h。在此反應條件下，酯化率可達79.5%。同時利用紅外光譜儀(KBr壓片)、質譜儀、顯微熔點測定儀對產品進行分析和測定，確定產物為對羥基苯甲酸乙酯，且催化劑重復使用6次，其活性基本保持不變。

錢運華等［4］以固體超強酸/TiO2－凹凸棒土為催化劑，對羥基苯甲酸和乙醇為原料合成尼泊金乙酯，并考察影響反應的因素。在酸醇物質的量比為1∶4，催化劑用量為3%，反應時間4 h最佳的反應條件下，產品收率達93.2%。該催化劑與單組分固體超強酸SO42－/TiO2相比，具有成本較低，與產物易分離、可重復使用、不污染環境等優點，是對環境友好并具有應用前景的綠色催化劑。

1.3 鈰改進固體超強酸

舒華等［5］以對羥基苯甲酸與乙醇為原料，自制新型固體超強酸/Sb2O3/Ce4+催化劑，催化合成尼泊金乙酯。苯甲醇加量100 mL，乙酸加量2.80 mL，確定最佳工藝條件為:n(對羥基苯甲酸)∶n(乙醇)=1.0∶4.0，溫度約為 350 ℃，催化劑用量為 0.6 g，反應時間為 4 h，酯收率為93.8%。

1.4 SO42－/La2O3－TiO2

陳淑芬等［6］將/TiO2負載鑭制備新型催化劑/La2O3－TiO2，以對羥基苯甲酸和乙醇的酯化反應為探針，考察不同制備條件對催化劑性能的響。結果表明最高酯化率可達94.5%。且該催化劑具有良好的重復使用和再生能力，非常適宜合成尼泊金乙酯。

2 對甲苯磺酸銅

最近有報道［7］，甲烷磺酸銅對有機酸的酯化反應具有很好的催化效果。考慮到甲烷磺酸的合成條件較為繁瑣，以對甲苯磺酸為原料制備了對甲苯磺酸銅，用其催化合成對羥基苯甲酸乙酯。

鄧斌等［8］以對羥基苯甲酸、乙醇為原料、對甲苯磺酸銅為催化劑、合成對羥基苯甲酸乙酯，并討論了催化酯化的影響因素。優化的反應條件為:對羥基苯甲酸用量為0.10 mol，醇酸物質的量比為4∶1，甲苯磺酸銅用量為2.2 g，回流溫度下反應4.0 h，在此實驗下酯化率可達94.3%。產品經傅立葉紅外光譜儀及熔點儀表征，證實與目標產物完全一致。

3 離子液體［9－10］

離子液體作為一種室溫下熔融的鹽、新型反應介質和綠色溶劑，具有液態范圍寬、溶解范圍廣、蒸氣壓為0、穩定性好、酸堿性可調、產品易分離和可循環利用等一系列獨特性質，被認為是繼水和超臨界二氧化碳后的又一大類在現代有機合成中具有良好應用前景的反應介質和新型綠色溶劑，目前某些離子液體已成功應用于對羥基苯甲酸乙酯的合成。

3.1 1，3－二烷基咪唑離子液體

謝輝等［11］研究室溫離子液體催化對羥基苯甲酸乙酯的合成。選擇4種1，3－二烷基咪唑離子液體催化合成對羥基苯甲酸乙酯反應，考察反應溫度、反應時間、催化劑用量、酸醇物質的量比對反應產率的影響及離子液體重復使用性能。研究結果表明，以［BMIm］BF4為催化劑，其用量為3 mL，酸醇物質的量比為 1.0∶2.5，反應時間為2.5 h，反應溫度為80℃，收率為79.7%，達最高，且產物與離子液體催化體系不溶而分層，便于分離，離子液體可穩定重復使用5次。離子液體可作為一種新型綠色溶劑，有效催化合成對羥基苯甲酸乙酯反應，并可減少環境污染。

3.2 酸性離子液體

謝輝等［12］采用酸性離子液體［C3SO3Hmim］HSO4、［C4SO3Hmim］HSO4和［C3SO3Hnhm］HSO4代替濃硫酸為催化劑合成對羥基苯甲酸乙酯。考察反應溫度、反應時間、催化劑用量、酸醇物質的量比對該反應產率的影響及離子液體的重復使用性能。以［C3SO3Hnhm］HSO4為催化劑，催化劑用量為3 mL，n(對羥基苯甲酸)∶n(乙醇)=1∶4，反應時間 4 h，反應溫度 90℃，收率達78.31%，且產物和離子液體催化體系不溶而分層，便于分離，離子液體可穩定地重復使用3次。

3.3 反應控制相轉移離子液體

丁祥祥等［13］以SO3H功能化的1－(3－磺酸基)丙基－3－甲基咪唑磷鉬酸離子液體為催化劑，催化合成尼泊金酯，考察了催化劑性能及尼泊金酯的綠色合成工藝。實驗表明，該催化體系可實現催化劑的反應控制相轉移，產物易分離，催化劑易回收利用。不同極性的醇對實現催化劑的反應控制相轉移有顯著的影響，優化的尼泊金酯反應條件為:n(催化劑)∶n(醇)∶n(尼泊金酸)=0.03∶3∶1，反應時間8 h，反應溫度120 ℃時，尼泊金乙酯收率可達97.6%。該綠色酯化體系中，催化劑可重復使用6次，產物收率穩定。

3.4 Brφnsted酸性離子液體［Hmim］Cl

未本美等［14］以 Brφnsted 酸性離子液體［Hmim］Cl為催化劑催化合成尼泊金酯，考察反應時間、醇酸物質的量比和離子液體用量等條件對反應的影響，確定反應最佳條件:對羥基苯甲酸用量為0.04 mol，反應時間 2.5 h，醇酸物質的量比2∶1，離子液體用量3 mL，收率大于82%。離子液體可循環使用5次，催化活性基本不變。

3.5 新型離子液體1－(4－磺酸基)丁基－3－甲基咪唑磺酸［BSmim］HSO4

莊凰龍等［15］研究新型離子液體1－(4－磺酸基)丁基－3－甲基咪唑磺酸［BSmim］HSO4催化合成尼泊金乙酯，考察反應時間、反應溫度、醇酸物質的量比和離子液體用量對尼泊金乙酯產率的影響。實驗結果表明:尼泊金乙酯的最佳反應條件為:當反應時間2.5 h，反應溫度為回流溫度，醇酸物質的量比2.5∶1，離子液體用量3 mL。以該離子液體作為合成尼泊金酯的催化劑具有收率高，操作簡便，可重復使用，具有較好的應用前景。

3.6 硅膠固載離子液體［HSO3－Pmim］HSO4

湯小芳等［16］采用硅膠固載離子液體［HSO3－Pmim］HSO4催化對羥基苯甲酸和無水乙醇合成對羥基苯甲酸乙酯，考察反應溫度、反應時間、醇酸物質的量比和固載化離子液體用量對收率的影響。結果表明:硅膠固載離子液體［HSO3－Pmim］HSO4對對羥基苯甲酸乙酯的合成具有較好的催化作用，在反應完畢后趁熱過濾即可與對羥基苯甲酸乙酯分離。當醇酸物質的量比3.5∶1，催化劑用量為酸的物質的量4%，反應溫度95℃，回流反應3 h時，對羥基苯甲酸乙酯收率可達92%以上，催化劑重復使用5次，其催化活性下降不明顯。

4 微波輻射催化合成

與傳統的合成方法比較，微波技術極大地加快反應速率，節省反應時間，從而顯著提高經濟效益。為了克服SnCl4均相催化酯化反應的缺點，結合微波輻射技術和異相催化劑的優點，以價廉、易得的負載型SnCl4/C為異相催化劑，以對羥基苯甲酸和乙醇為原料合成對羥基苯甲酸乙酯，系統研究其合成工藝、優化反應條件，探索一條綠色環保的合成新途徑。

陳會新等［17］在微波輻射條件下，以對羥基苯甲酸與乙醇為原料，SnCl4/C為異相催化劑，高效、綠色地合成對羥基苯甲酸乙酯。分別研究催化劑用量、醇酸物質的量比、反應時間、反應溫度、微波輻射功率等對收率的影響，并采用傅里葉變換紅外光譜(FT－IR)、核磁共振氫譜(1H NMR)和質譜(MS)確定產物的結構.結果表明:合成對羥基苯甲酸乙酯最佳條件為n(對羥基苯甲酸)∶n(乙醇)=4∶4，反應時間25 min，催化劑的質量分數10%，反應溫度120℃，微波輻射功率640 W，產品收率為95%;SnCl4/C催化劑循環使用4次后，仍顯示出良好的催化活性，收率可達89%。

5 超聲波催化合成

超聲波具有普通聲波的基本特性，但其波頻遠高于一般聲波頻，因而具有更好的束射性、更大的功率與能量，可使介質的質點產生顯著的聲壓作用，使超聲波具有一些獨特的作用，如加快反應速度，提高反應收率，甚至使一些常態下不可能發生的反應成為可能。

羅冬冬等［18］利用超聲波可改進化學反應條件及縮短反應時間的手段，在超聲波輻射下，以對羥基苯甲酸和乙醇為原料，以對甲苯磺酸為催化劑，合成對羥基苯甲酸乙酯，并對影響收率的因素進行考察，經正交試驗確定最佳條件:超聲功率350 W，超聲溫度70～80℃ ，超聲時間70 min，乙醇與對羥基苯甲酸物質的量比為7∶1，催化劑用量8%，收率可達85.51%。

6 殼聚糖磷鎢酸鹽

殼聚糖是甲殼素的脫乙酰產物，是天然堿性多糖，殼聚糖的氨基具有很好的結合雜多酸的能力。這種殼聚糖雜多酸鹽不溶于水，也不溶于一般的有機溶劑。據文獻報道，其可作為固體路易斯酸催化一些酯的合成。

楊東偉等［19］以對羥基苯甲酸和乙醇為原料，殼聚糖磷鎢酸鹽為催化劑合成尼金乙酯，確定反應的最佳條件∶醇酸物質的量比為5∶1，催化劑用量為0.9 g，反應時間3 h，產品收率達87.1%。實驗表明，采用殼聚糖磷鎢酸鹽作為催化劑不僅反應時間短、活性高、酯化率高，且催化劑又可重復使用，開拓了尼泊金乙酯酯化催化劑的新領域。

7 原甲酸三乙酯脫水法合成

以甲磺酸為催化劑，在反應原料中加入原甲酸三乙酯作為脫水劑，尼泊金乙酯能有效地提高反應轉化率，縮短反應時間。

賴雅平［20］以對羥基苯甲酸和乙醇為主要原料，甲磺酸為催化劑，采用在反應體系中加入原甲酸三乙酯加熱回流的脫水方法合成尼泊金乙酯，通過高效液相色譜跟蹤反應進程，考察諸因素對產物轉化率的影響。實驗結果顯示:原甲酸三乙酯脫水法與傳統方法比較能提高目標產物轉化率，減少反應時間;合成反應中最佳原料配比為n(乙醇)∶n(對羥基苯甲酸)=3∶1，最佳反應時間為4 h。

8 結語

綜述了7類制備對羥基甲酸酯乙酯的方法，較傳統方法均具有較大優勢，如收率高、后處理簡便、可循環使用等，大多數催化均符合綠色化學的理念，但也均有自身的缺點。要放大實驗或投入生產形成實際效益，還需研究者們在工藝生產和成本及后處理方便做進一步的研究。

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