相轉移催化法制備對甲氧基苯甲酸

袁 鵬，章 麗，馮永勝

（浙江圣效化學品有限公司，浙江衢州 324000）

1 對甲氧基苯甲酸

1.1 對甲氧基苯甲酸的產品用途及領域

對甲氧基苯甲酸又稱大茴香酸，是一種醫藥和香料的中間體，作為藥物中間體可以合成茴拉西坦、酪氨酸酶抑制劑、乙胺磺膚酮等。作為香料中間體可以制備大茴香醛、大茴香醇及其酯類，為牙膏、牙粉和酒類、糖果、飲料及煙草加香，還可用于日用香精中。

1.2 對甲氧基苯甲酸的安全注意事項

在接觸對甲氧基苯甲酸時，要避免與皮膚和眼睛的接觸，要做好嚴格的保護措施，可以穿合適的防護服，戴好手套。如果不慎接觸到皮膚，脫去被污染的衣服，用大量的清水沖洗接觸部位；接觸到眼睛部位，應該立即提起眼瞼，用流動的清水或者是生理鹽水進行沖洗，然后迅速就醫；當不慎吸入，應迅速脫離現場到空氣新鮮的地方，保持呼吸的通暢，如果出現了呼吸困難，應該要進行吸氧，如果出現了呼吸停止，要立即進行人工呼吸，然后迅速就醫；當不慎食入，可以飲用足量的溫水來催吐，然后迅速就醫。

1.3 操作處置和儲存

相關的操作人員應該經過專門的培訓，嚴格遵守操作流程，操作處置應在具備通風或者全面通風可以換氣設施的場所進行；工作場所也應當遠離火種、熱源的地方，在公共場所嚴禁吸煙；如果需要進行罐裝，應該控制其流速，且要有相應的接地裝置，防止靜電的積蓄，在搬運的過程中輕裝輕卸，防止包裝及容器的損壞；倒空的容器可能會有殘留的有害物，所以在使用后要注意洗手，在工作場合也不要飲食。

在儲存的過程中，保持容器的密閉性，應該儲存在陰涼、通風性好的庫房，保證庫房的溫度不超過37℃，庫房的相應設備要齊全，安裝避雷設備以及排風系統，排風系統應該設有導除靜電的接地裝置。

2 相轉移催化作用

2.1 發展歷史

相轉移催化就是一種催化劑，與兩種互不相溶的物質（液體與液體、液體與固體）發生反應，反應過程中催化劑能使參加反應的一邊轉移到另一邊去，從而發生相應的反應。反應速度在一定程度上的提高，并在兩相轉移負離子，稱之為相轉移催化劑。起源于20世紀60年代一項新型的技術，但是在20世紀70年代初技術才慢慢發展起來，市場上醫藥、香料、農藥等制造行業慢慢地發展起來，帶來了很好的經濟效益，以及在社會效益上有了更快的進步，所以受到人們的極大關注。

2.2 相轉移催化反應原理

相轉移催化反應總的來說可以分為三大類：液-液相轉移催化法，固-液相轉移催化反應，三相催化，適用范圍最為廣泛的是液-液相轉移催化反應。

2.2.1 液-液相轉移的催化法

液相轉移催化法是一項復雜的傳質反應過程，比如常見的水-氫的交換反應，如果在催化交換床上進行的話，那么就會涉及其他兩種的催化反應（相間轉化、催化交換反應）。應用前景十分廣闊，在冶煉這個領域發展是比較快的，在冶煉工程這方面是最為突顯的。

2.2.2 固-液相轉移催化反應

相轉移催化劑能否應用到固液體系的反應中，答案是不可以的，催化劑能使兩種互相不能溶和的溶劑發生化學反應，反應的過程中一種實際反應的實體發生轉移，所以只有底物在遇到的過程中才會發生相應的反應。

2.2.3 三相催化

聚合物不溶于水而且不溶于固體，所以稱之為三相催化，催化劑使用過后的大量回收，干燥后活性不會受到影響，而且可以重復使用，加上現代化合工技術的日益發展，為化合工藝積累了理論知識和實踐經驗。雖然可以大量回收，但是回收是比較困難的，所以在工業上催化劑價格昂貴，近年來三相催化發展成為新的催化法。

2.3 相轉移催化劑突出優點

相轉移催化劑產品的收率高，所以在進行化學反應的時候在相轉移催化劑的作用下，能夠使反應物充分接觸，所以反應過程是比較徹底的，而且可以加快反應速率的同時又能降低反應過程中的溫度，相對的負反應容易控制，所以選擇性得到了很大的提高。正是因為這一系列的優點，所以相應化學合成操作簡單，對設備要求強度也比較低。

2.4 相轉移催化劑的種類

2.4.1 翁鹽類

作為早期適應廣泛的一類相轉移催化劑，其中包括季銨鹽、季磷鹽。翁鹽在水中能夠解離出其他的有機陽離子。其中季銨鹽市場上的運用最廣泛，人們對季銨鹽的化合物起初的認識是在殺菌這方面開始的，最開始的殺菌劑就是季銨鹽的主要用途，在1915年第一次合成了季銨鹽化合物，由于殺菌劑的原因，所以為它的發展邁出了重要的一步，但是對于后面的研究卻沒有重視，直到后來將殺菌能力和化學式的結合，研究出可防止傷口感染，才慢慢引起人們的注意。而隨后季銨鹽殺生劑才慢慢研究，成為領域的重點對象。

2.4.2 聚醚類

聚醚由含有活性氫基因的化合物在催化劑作用下通過加聚反應所得，所生產出來的都是重要的衍生產品，儲存在陰涼干燥的通風的環境下，運輸過程中要防止日曬雨淋，防止碰撞。聚醚的毒性很低，所以日常生活藥物和滴眼、耳劑和洗發劑都有廣泛的用途。所以聚醚的價格在市場上容易出現波動，供給和需求關系的變動，原材料因為價格的浮動導致聚醚價格上的改變。

2.4.3 杯芳烴

杯芳烴是由苯酚和甲醛通過縮合反應生成的，在苯酚的2，6位以亞甲基相連的大環化合物。這類化合物分子的形狀像一個杯子。因此得名杯芳烴。杯芳烴的一些衍生物有很高的催化活性，有些比翁鹽類和聚醚類的催化活性還高。杯芳烴是在堿性的條件下通過縮合反應而得到的化合物，熔點很高，幾乎不能溶于水的。和常用的相轉移催化劑相比，杯芳烴在反應時使用催化劑的用量更少，時間上更短，而且活性更高。

3 相轉移化制備對甲氧基苯甲酸

對甲氧基苯甲酸分子式為C8H8O3。對甲氧基苯甲酸的制備方法，一般是采用對羥基苯甲酸在堿性（氫氧化鈉）的條件下，通過硫酸二甲酯進行甲基化，反應過程如下：

由于在反應過程中消耗了大量的堿，所以在其反應后還需通過相應的酸進行酸化（這里用的是濃硫酸），與酸的反應如下：

由于合成對甲氧基苯甲酸對羥基苯甲酸的用量較大，而對羥基苯甲酸的價格又比較昂貴，從而成本相應的會提高。因此介紹另外一種方法，通過甲苯酚和碘甲烷為原料，用聚乙二醇相轉移催化劑制備對甲氧基苯甲酸的方法。

實驗內容：

1）對甲基苯甲醚的制備

在500mL 錐形瓶中在磁力攪拌、油浴加熱的條件下，加入30g（0.75mol）的氫氧化鈉和150mL 的水，在攪拌下溶解至室溫，然后加入54g（0.5mol）的對甲酚（純度≥97%），攪拌、溶解后，在30min 內滴加48mL（0.51mol）新蒸過的（用真空蒸餾）的硫酸二甲酯。再在100～110℃的條件下進行加熱、回流4h，冷卻，分層，然后再將分層的油層進行水洗（約50mL），放置，等待氧化，即得到對甲基苯甲醚。

2）對甲氧苯甲酸的制備

取得上述產品一半30g（0.25mol）加入催化劑溴化錳（MnBr2）和溴化鈷（CoBr2），各區取0.2g、100mL 的冰醋酸、40mL 乙酐，將其升溫至120℃，攪拌通入氧氣（流量200mL/min），在氧化過程中用TLC 進行檢測，直到原料點消失，約3h 充分冷卻后結晶，可以得到黃色的晶體28g。再將母液濃縮后用苯萃取和蒸餾后，又得到產品6g，總計34g，熔點在181～183℃，總收率在89.4%。

3.1 實驗原理（反應方程式）

為了制備對苯甲酸，化學實驗中要進行相關實驗的操作，了解相轉移催化劑制備苯甲酸的催化原理，同時在實驗的過程中應該掌握制備的相關操作的技能（熱濾、抽濾、回流、重結晶）。

3.2 實驗步驟

3.2.1 加料反應

2.7mL 甲苯、100mL 水、相轉移化催化劑0.2kg、幾顆沸石通過加熱分批次的加入高錳酸鉀，并用少量的水沖洗冷凝管內壁，然后加熱回流2～3h，同時需要持續搖動燒瓶，只到油層消失，停止反應。

3.2.2 提純

混合物在反應的過程中用減壓抽濾操作，并用熱水洗滌過程中的殘渣，想要苯甲酸能夠全部析出，還要進行濃鹽酸的酸化，將抽濾和洗滌進行整合，如果在上述的過程中，產品還是不夠純凈，可用熱水進行重結晶的操作，還可加入適量的活性炭進行褪色。

3.3 實驗結論

注意事項包括：①高錳酸鉀分批加入，避免反應激烈從回流管上端噴出；②非均反應時應搖動裝置，使反應充分。

3.4 合成反應式

合成反應式如下。

4 結束語

綜上所述，相轉移催化技術在有機合成中得到了廣泛的應用，完成了實際性突破，相轉移催化技術由于操作化的簡單，反應中速度的提升，而且采購的材料比較普通而且價格低廉，對于生產廠家后期可以進行工藝技術的提升，生產成本經費的降低，在市場上的競爭力逐漸提高，對于相轉移技術的發展有著重要的意義。一些常用的催化劑因為價格昂貴，反應后期濾渣難以進行回收和改進，所以相轉移催化反應機理還需要進一步的改進和探索，從而獲得高效的催化劑和完美的反應工藝，價格降低，相轉移技術因為反應產率較高，反應條件溫和，但產出的純度很高，所以相轉移技術可以做到其他不能進行的反應可以順利進行。