尼泊金酯的制备方法与流程

1.本技术涉及化学合成的技术领域，尤其是涉及一种尼泊金酯的制备方法。


背景技术：

2.尼泊金酯是对羟基苯甲酸酯的俗称，是国际上公认的食品防腐剂，其具有广谱性、高效性和低毒性等特点，广泛应用于医药、食品和化妆品等行业。
3.目前尼泊金酯的合成方法大多采用浓硫酸作为催化剂，由对羟基苯甲酸和醇发生酯化反应来合成尼泊金酯。但是浓硫酸作为催化剂除了具有反应时间过长，容易腐蚀设备等缺点外，合成的尼泊金酯产率还有待提高。


技术实现要素：

4.为了使合成尼泊金酯的产率更高，本技术提供一种尼泊金酯的制备方法。
5.本技术提供的一种尼泊金酯的制备方法采用如下的技术方案：第一方面，一种尼泊金酯的制备方法，包括以下步骤：将对羟基苯甲酸、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、正庚醇、醇胺类离子液体以及脱水剂加入反应容器中，搅拌10-20分钟，反应温度为120-150℃，反应时间为5-9h，反应完毕后，将反应混合物冷却静置后分层，分出酯层，先蒸出脱水剂，再蒸出未反应的醇，冷却、固化后，然后重结晶得到目标产物。
6.通过采用上述技术方案，用醇胺类离子液体代替传统的浓硫酸作为合成尼泊金酯的催化剂，能够减少反应过程中对设备的腐蚀以及产生大量的强酸性、腐蚀性废水。醇胺类离子液体催化剂的催化活性更高且可回收再利用。醇胺类离子液体中含有较多的羟基离子，作为一种氢键供体和亲核试剂可以很好的协同催化酯化反应的进行，提高尼泊金酯的产率。
7.可选的，所述对羟基苯甲酸、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、正庚醇、催化剂和脱水剂的重量比为2-5：1-4：3-7：1-4：5-10：6-14：0.5-1.5：8-20。
8.通过采用上述技术方案，随着r烷基碳原子数增加，尼泊金酯的水溶性减少、抗菌性增加且脂溶性增大。由上述原料质量比合成的尼泊金酯物质的水溶性、抗菌性和脂溶性都较好。
9.可选的，所述对羟基苯甲酸、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、正庚醇、催化剂和脱水剂的重量比为3-4：2-3：4-6：2-3：6-8：8-12：1-1.2：10-15。
10.通过采用上述技术方案，上述原料质量比的选择条件进一步优化。
11.可选的，所述醇胺类离子液体为三乙醇胺离子液体。
12.通过采用上述技术方案，三乙醇胺离子液体的催化效果最好。
13.可选的，所述醇胺类离子液体的制备过程如下：按重量份计，将10-12份n，n-二甲基乙醇胺溶解在乙醇溶剂中，在冰水浴中缓慢滴入5-6份的卤代烷烃，在70-90℃下加热回流10-12h，反应完成后，蒸除乙醇后，得到的固体产物重结晶三次，干燥后得到醇胺类离子液体。
14.通过采用上述技术方案，上述反应过程条件温和，过程简单易行。
15.可选的，所述催化剂还包括fe
2
so
42-/m
x
oy型固体超强酸，所述醇胺类离子液体与fe
2
so
42-/m
x
oy型固体超强酸的质量比为2:1-1.2。
16.通过采用上述技术方案，fe
2
so
42-/m
x
oy型固体超强酸具有较高的活性，不腐蚀设备、不污染环境，制备方法简便。此外三乙醇胺能够作为fe
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so
42-/m
x
oy的溶剂，有效提高fe
2
so
42-/m
x
oy与合成尼泊金酯的原料的相容性，两者之间产生协同效应，使得尼泊金酯的产率更高。
17.可选的，所述fe
2
so
42-/m
x
oy型固体超强酸经过如下改性处理：按重量份计，将1-3份三氧化二镧la2o3溶解在硫酸溶液中，得到1-2wt%的镧离子溶液，再加入10-15份m
x
oy与镧离子溶液混合，接着滴加氨水至溶液ph为8-9，静置18-20h后进行抽滤，洗涤、干燥后，得到稀土改性fe
2
so
42-/m
x
oy型固体超强酸。
18.通过采用上述技术方案，经过稀土改性的固体超强酸的表面原子的化学状态被改变，使得固体超强酸表面离子的吸电子能力增强，从而提高了催化活性，也提高了催化剂的可重复使用效果。
19.另一方面，一种尼泊金酯的制备方法，包括以下步骤：将对羟基苯甲酸、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、正庚醇以及fe
2
so
42-/m
x
oy型固体超强酸加入反应容器中，搅拌10-20分钟，反应温度为120-150℃，反应时间为5-9h，反应完毕后，将反应混合物冷却静置后分层，分出脂溶性层，先蒸出脱水剂，再蒸出未反应的醇，冷却、固化后，然后重结晶得到目标产物。
20.通过采用上述技术方案，分子筛具有均匀的孔径，比表面积大，能够弥补fe
2
so
42-/m
x
oy型固体超强酸的比表面积小的缺点。同时分子筛可以作为脱水剂，使得酯化反应过程中无需添加脱水剂，从而减少酯化反应副产物的产生，则产物的分离提纯更加容易。
21.可选的，所述fe
2
so
42-/m
x
oy型固体超强酸经过如下改性处理：将3-5wt%的fe
2
so
42-/m
x
oy水溶液加入等质量的4-6 wt%分子筛水溶液中，边搅拌边滴加氨水至ph为9-10，继续搅拌3-6h，然后静置2-3h，抽滤、干燥后焙烧得到分子筛改性fe
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so
42-/m
x
oy型固体超强酸。
22.通过采用上述技术方案，制得的分子筛改性fe
2
so
42-/m
x
oy型固体超强酸纯度高、质量好，反应条件温和。
23.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.用醇胺类离子液体代替传统的浓硫酸作为合成尼泊金酯的催化剂，能够减少反应过程中对设备的腐蚀以及产生大量的强酸性、腐蚀性废水；醇胺类离子液体催化剂的催化活性更高且可回收再利用；醇胺类离子液体中含有较多的羟基离子，作为一种氢键供体和亲核试剂可以很好的协同催化酯化反应的进行，使得尼泊金酯的合成速率更快；2.随着r烷基碳原子数增加，尼泊金酯的水溶性减少、抗菌性增加且脂溶性增大。由上述原料质量比合成的尼泊金酯物质的水溶性、抗菌性和脂溶性都较好。
具体实施方式
24.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
25.制备例制备例1：
乙醇胺离子液体的制备：将11kg n，n-二甲基乙醇胺溶解在乙醇溶剂中，在冰水浴中缓慢滴入5.5kg的氯乙烷，在70℃下加热回流10h，反应完成后，蒸除乙醇后，得到的固体产物重结晶三次，干燥后得到乙醇胺离子液体。
26.制备例2：二乙醇胺离子液体的制备：将11kg n，n-二甲基乙醇胺溶解在乙醇溶剂中，在冰水浴中缓慢滴入11kg的氯乙烷，在80℃下加热回流11h，反应完成后，蒸除乙醇后，得到的固体产物重结晶三次，干燥后得到二乙醇胺离子液体。
27.制备例3：三乙醇胺离子液体的制备：将11kg n，n-二甲基乙醇胺溶解在乙醇溶剂中，在冰水浴中缓慢滴入16.5kg的氯乙烷，在90℃下加热回流12h，反应完成后，蒸除乙醇后，得到的固体产物重结晶三次，干燥后得到三乙醇胺离子液体。
28.制备例4：分子筛改性fe
2
so
42-/tio2固体超强酸的制备：将5kg的4wt% fe
2
so
42-/tio2水溶液加入5kg的5wt%分子筛水溶液中，边搅拌边滴加氨水至ph为9.5，继续搅拌4.5h，然后静置2.5h，抽滤、干燥后焙烧得到改性fe
2
so
42-/tio2固体超强酸。
29.制备例5：稀土改性fe
2
so
42-/tio2固体超强酸的制备：将9kg三氧化二镧la2o3溶解在硫酸溶液中，得到4wt%的镧离子溶液，再加入12.5kg tio2与镧离子溶液混合，接着缓慢滴加氨水至溶液ph至8.5，静置19h后进行抽滤，洗涤、干燥后，得到改性的fe
2
so
42-/tio2固体超强酸。
实施例
30.实施例1：一种尼泊金酯的制备方法包括如下步骤，原料的添加量如表1所示。
31.将对羟基苯甲酸、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、正庚醇、乙醇胺离子液体以及环己烷加入反应容器中，搅拌15分钟，反应温度为135℃，反应时间为7h，反应完毕后，将反应混合物冷却静置后分层，分出脂溶性层，先蒸出甲醇，再蒸出乙醇和环己烷，最后蒸出其余未反应的醇以及对羟基苯甲酸，冷却、固化、重结晶后得到目标产物。
32.实施例2：与实施例1的区别在于，对羟基苯甲酸、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、正庚醇、乙醇胺离子液体以及环己烷的添加量不同，具体如表1所示。
33.实施例3：与实施例1的区别在于，对羟基苯甲酸、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、正庚醇、乙醇胺离子液体以及环己烷的添加量不同，具体如表1所示。
34.实施例4：
与实施例1的区别在于，对羟基苯甲酸、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、正庚醇、乙醇胺离子液体以及环己烷的添加量不同，具体如表1所示。
35.实施例5：与实施例1的区别在于，对羟基苯甲酸、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、正庚醇、乙醇胺离子液体以及环己烷的添加量不同，具体如表1所示。
36.实施例6：与实施例1的区别在于，对羟基苯甲酸、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、正庚醇、乙醇胺离子液体以及环己烷的添加量不同，具体如表1所示。
37.实施例7：与实施例6的区别在于，乙醇胺离子液体等质量替换为二乙醇胺离子液体。
38.实施例8：与实施例7的区别在于，二乙醇胺离子液体等质量替换为三乙醇胺离子液体。
39.实施例9：与实施例8的区别在于，三乙醇胺离子液体等质量替换为三乙醇胺离子液体和fe
2
so
42-/tio2固体超强酸混合物，且三乙醇胺离子液体和fe
2
so
42-/tio2固体超强酸的质量比为2:1.1。
40.实施例10：与实施例9的区别在于，fe
2
so
42-/tio2固体超强酸等质量替换为稀土改性fe
2
so
42-/tio2固体超强酸。
41.实施例11：与实施例8的区别在于，三乙醇胺类离子液体等质量替换为分子筛改性fe
2
so
42-/tio2固体超强酸。
42.对比例对比例1：与实施例2的区别在于，乙醇胺类离子液体等质量替换为98wt%的浓硫酸。
43.对比例2：与实施例2的区别在于，乙醇胺类离子液体等质量替换为对甲苯磺酸。
44.表1 原料表 实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6实施例7实施例8实施例9实施例10实施例11对比例2对比例3对羟基苯甲酸（kg）23.5533.54444443.53.5甲醇（kg）12.5422.53333332.52.5乙醇（kg）3574566666655丙醇（kg）12.5422.53333332.52.5丁醇（kg）57.510678888887.57.5正庚醇（kg）610148101212121212121010乙醇胺离子液体（kg）0.511.511.11.2/////11环己烷（kg）814201012.51515151515/1414二乙醇胺离子液体（kg）//////1.2//////三乙醇胺离子液体（kg）///////1.20.770.77///fe
2
so4
2-/tio2固体超强酸（kg）////////0.43////
分子筛改性fe
2
so4
2-/tio2固体超强酸（kg）//////////1.2//稀土改性fe
2
so4
2-/tio2固体超强酸（kg）/////////0.43///98wt%浓硫酸（kg）///////////1.2/对甲苯磺酸（kg）////////////1.2
性能测试通过测试尼泊金酯的产率来表征催化剂的催化性能，测试结果见表2。
45.表2 实施例1-11以及对比例1-2合成的尼泊金酯的产率 产率%实施例193.2实施例293.5实施例394.5实施例495.2实施例595.3实施例695.8实施例796.2实施例896.5实施例996.8实施例1097.2实施例1197.5对比例189.2对比例286.7从表2可以看出：1、实施例1-6和对比例的测试数据对比可得，相较于浓硫酸，采用醇胺类离子液体催化剂，合成的尼泊金酯的产率高。
46.2、实施例1-6和对比例的测试数据对比可得，相较于对甲苯磺酸，采用醇胺类离子液体催化剂，合成的尼泊金酯的产率高。
47.3、实施例7-8和实施例6的测试数据对比可得，醇胺类离子液体中，三乙醇胺离子液体的催化作用较好。
48.4、实施例9和实施例8的测试数据对比可得，fe
2
so
42-/tio2固体超强酸和三乙醇胺离子液体催化剂共同作用，催化效果更好，且原料体系中无需添加环己烷。
49.5、实施例10和实施例9的测试数据对比可得，fe
2
so
42-/tio2固体超强酸经过稀土改性处理后，催化效果更好。
50.6、实施例11和实施例8的测试数据对比可得，fe
2
so
42-/tio2固体超强酸经过分子筛改性处理后，无需添加环己烷，催化效果也更好。
51.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。