3,4-二羟基苯甲酸乙酯合成工艺研究

周石洋 ，陈 玲

(1.重庆牧哥食品有限公司，重庆 401520; 2.西南大学育才学院，重庆401524)

3,4-二羟基苯甲酸乙酯又名儿茶酸乙酯，常温常压下比较稳定，无臭或微有酚臭味，味微苦[1-5]。3,4-二羟基苯甲酸乙酯具有抗氧化作用，通常用作食品添加剂中的抗氧化剂[4]。它也是一种重要的医药中间体，可用于合成3，4-二羟基苯甲酸甲酯等药品。国内外有关合成3，4-二羟基苯甲酸乙酯的文献都很少，目前合成3，4-二羟基苯甲酸乙酯，其产率为84.5%。其中3，4-二羟基苯甲酸本身就是一种重要的中间体，直接用它来合成3，4-二羟基苯甲酸乙酯不经济，应当寻求较廉价的合成原料来合成3，4-二羟基苯甲酸乙酯。4-甲基邻苯二酚是一种比较低廉的合成原料，国内都有生产和销售。本文采用4-甲基邻苯二酚为原料，通过氧化[6-8]、酯化[9]2步来合成3,4-二羟基苯甲酸乙酯。4-甲基邻苯二酚先与高锰酸钾在催化剂TBAB(四丁基溴化铵)作用下发生反应，生成3，4-二羟基苯甲酸；再在催化剂TsOH(对甲基苯磺酸)作用下与乙醇反应，最后合成目标3，4-二羟基苯甲酸乙酯。实验证明，本合成方法提高了产率[7]，在最优条件下产率可达90.5%，降低了成本，具有较好的工业应用前景[8]。目标产物的合成路线如图1所示。

图1 目标产物合成路线

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

SMP40全自动熔点测定仪(英国STUART公司)；IR200傅里叶红外光谱仪(美国赛默飞世尔公司)；AVANCE-II 500MHz核磁共振仪(德国Bruker公司)。

4-甲基邻苯二酚、高锰酸钾、无水乙醇、苯、TBAB、TsOH、盐酸、碳酸钠等试剂均为分析纯。

1.2 3，4-二羟基苯甲酸的合成

1.3 3，4-二羟基苯甲酸乙酯的合成

2 结果与讨论

2.1 3，4-二羟基苯甲酸合成

2.1.1 催化剂TBAB用量对3，4-二羟基苯甲酸合成的影响

催化剂TBAB(四叔丁基溴化铵)的用量[12]关系到3，4-二羟基苯甲酸合成反应的产率，实验中以底物的摩尔比的1%～10%催化剂用量来考察其对合成反应的影响，其他反应条件不变。催化剂TBAB用量对3，4-二羟基苯甲酸合成的影响见图2。

图2 催化剂TBAB用量对3，4-二羟基苯甲酸合成的影响

由图2可以看出：当催化剂TBAB用量为底物的5%时，其3，4-二羟基苯甲酸合成的产率最高。催化剂用量不足，降低了反应速率，底物不能完全发生反应，3，4-二羟基苯甲酸合成的产率低；当催化剂过量，会发生一系列副反应，也能导致其合成产率低。因此在合成3，4-二羟基苯甲酸时要控制好催化剂TBAB的用量，控制在底物的5%最宜。

2.1.2 高锰酸钾用量对3，4-二羟基苯甲酸合成的影响

高锰酸钾在催化剂作用下氧化4-甲基邻苯二酚中的甲基，生成3，4-二羟基苯甲酸。在实验中选取了高锰酸钾和4-甲基邻苯二酚的摩尔比分别为：2.0∶1.0、2.1∶1.0、2.2∶1.0、2.3∶1.0、2.4∶1.0进行实验，其他反应条件不变。其高锰酸钾用量对3，4-二羟基苯甲酸合成的影响见表 1 。

表1 高锰酸钾用量对3，4-二羟基苯甲酸合成的影响

由表1可以看出，随着高锰酸钾用量的增加其合成产率增加，当高锰酸钾和4-甲基邻苯二酚摩尔比为2.2∶1.0后，其合成产率几乎不增长。为了尽可能降低合成成本，提高经济效应，其高锰酸钾不能浪费，控制在摩尔比为2.2∶1.0即可。

2.1.3 反应时间对3，4-二羟基苯甲酸合成的影响

考察反应时间对3，4-二羟基苯甲酸合成的影响时，选取了1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5 h等系列反应时间进行研究，其他反应条件不变。反应时间对3，4-二羟基苯甲酸合成的影响见图 3。

图3 反应时间对3，4-二羟基苯甲酸合成的影响

由图3可以看出，随着反应时间的增加，3，4-二羟基苯甲酸产率不断提高，当反应进行到3 h后，反应产率几乎不增长。反应进行到3 h时，其底物已经反应得比较充分了，进一步延长反应时间对其产率没有什么影响；故在合成3，4-二羟基苯甲酸时控制合成时间在3 h左右。

2.1.4 反应温度对3，4-二羟基苯甲酸合成的影响

4.额外量价格指导下，炼厂出口成品油将由过去的减利因素反转为增利因素，增加出口的积极性。基础量政策未实施前，炼厂测算出口价格比留国内出厂价低600 元/吨。基础量政策实施后，炼厂测算出口价格将比额外量价格高1000 元/吨，出口远好于留国内作额外量。国内竞争对手的经验也验证了此结论：2016 年中化泉州炼厂因出口200 万吨汽油，较留国内批发增利20 亿元。

分别选择了80、90、100、110、120、130、140、150、160 ℃等系列反应温度进行探讨，其他反应条件不变。反应温度对3，4-二羟基苯甲酸合成的影响见图 4。

图4 反应温度对对3，4-二羟基苯甲酸合成的影响

由图4可以看出，随着反应温度的升高，3，4-二羟基苯甲酸产率不断提高，当反应温度达到120 ℃时产率到达最高值，之后反应温度升高，其产率降低。因为随温度的升高，催化剂活性不断提高，温度过高催化剂效果降低，高温还能发生一系列副反应，因而产率降低；所以，在合成3，4-二羟基苯甲酸时反应温度应控制在120 ℃。

2.2 3，4-二羟基苯甲酸乙酯的合成

2.2.1 催化剂TsOH用量对3，4-二羟基苯甲酸乙酯合成的影响

考察催化剂TsOH(对甲基苯磺酸)用量对3，4-二羟基苯甲酸合成反应的产率的影响时[13]，选择了催化剂TsOH用量为底物摩尔比的1%～10%进行探讨，其他反应条件不变。催化剂TsOH用量对3，4-二羟基苯甲酸合成的影响见图5。

图5 催化剂TsOH用量对3,4-二羟基苯甲酸乙酯合成的影响

由图5可以看出，当催化剂TsOH用量为底物摩尔比的6%时，其3，4-二羟基苯甲酸乙酯合成的产率最高。催化剂用量不足，降低了反应速率，底物不能完全发生反应，3，4-二羟基苯甲酸乙酯合成的产率低；当催化剂过量，会发生一系列副反应，也会导致其合成产率低。因此，在合成3，4-二羟基苯甲酸乙酯时要控制好催化剂TsOH的用量，控制在底物摩尔比的6%最宜。

2.2.2 乙醇用量对3，4-二羟基苯甲酸乙酯合成的影响

表2 乙醇用量对3，4-二羟基苯甲酸乙酯合成的影响

由表2可以看出，随着乙醇用量的增加其合成产率增加[14]，当乙醇与3，4-二羟基苯甲酸的摩尔比为1.2∶1.0时，其产物产率最高，之后随乙醇用量增加，其产物产率降低。因为过量的乙醇能发生一系列副反应，降低了3，4-二羟基苯甲酸乙酯的产率，并且浪费了大量的乙醇。所以在合成3，4-二羟基苯甲酸乙酯时，控制其摩尔比为1.2∶1.0即可。

2.2.3 反应时间对3，4-二羟基苯甲酸乙酯合成的影响

探讨反应时间对3，4-二羟基苯甲酸乙酯的影响时，选取了1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5 h等系列反应时间进行研究，其他反应条件不变。反应时间对3，4-二羟基苯甲酸乙酯合成的影响见图 6。

图6 反应时间对3，4-二羟基苯甲酸乙酯合成的影响

由图6可以看出，随着反应时间的增加，3，4-二羟基苯甲酸乙酯产率不断提高，当反应进行到3h后，达到最高值，之后随着时间延长，产物产率下降。随着时间的延长，底物发生了一系列副反应，因此降低了产物产率；所以在合成3，4-二羟基苯甲酸乙酯时应将合成时间控制在3 h左右。

2.2.4 反应温度对3，4-二羟基苯甲酸乙酯合成的影响

分别选择了50、60、70、80、90、100、110、120、130、140 ℃等系列反应温度进行探讨，其他反应条件不变。反应温度对3，4-二羟基苯甲酸乙酯合成的影响见图 7。

图7 反应温度对对3，4-二羟基苯甲酸乙酯合成的影响

由图7可以看出，随着反应温度的升高，3，4-二羟基苯甲酸乙酯产率不断提高，当反应温度达到90 ℃时产率到达最高值，之后随着反应温度升高，其产率降低。随温度的升高，催化剂活性不断提高，温度过高催化剂效果降低，高温还能发生一系列副反应，如生成乙醚、乙烯等，因而产率降低；因此，在合成3，4-二羟基苯甲酸乙酯反应温度控制在90 ℃。

3 结论

以4-甲基邻苯二酚为原料，经过高锰酸钾氧化、乙醇酯化2步反应合成产物3，4-二羟基苯甲酸乙酯。氧化的最佳条件为：催化剂TBAB用量为底物摩尔比的5%、高锰酸钾与4-甲基邻苯二酚摩尔比为2.2∶1.0、反应时间为3 h、反应温度为120 ℃；酯化的最佳条件为：催化剂TsOH用量为底物摩尔比的6%、乙醇与3，4-二羟基苯甲酸摩尔比为1.2:1.0、反应时间3 h、反应温度90 ℃。在最佳条件下，3,4-二羟基苯甲酸乙酯的产率可达90.5%。

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