绿色合成对羟基苯甲酸乙酯催化剂研究进展

陈 都，杨水金

(湖北师范学院化学化工学院，湖北黄石 435002)

尼泊金酯即对羟基甲酸酯，在较宽pH范围内均具有良好的抑菌作用效果，由于毒性低、无刺激性等优点，被广泛应用于食品、化妆品、药品的防腐剂［1］，是国内外常用的防腐剂、抑菌剂之一。因此，开发新的绿色高效的催化剂合成对羟基苯甲酸乙酯具有重要意义和广阔的应用前景。

传统合成方法是以硫酸为催化剂，有机溶剂为带水剂，对羟基苯甲酸与相应的醇反应［2］。硫酸作催化剂价格低廉，酯收率较高，但副反应较多，难分离，且对设备腐蚀严重，污染环境。随着环保法规对环境要求的提高，开发可取代硫酸的新型催化剂已成为工业生产中普遍关注问题。

1 固体超强酸

固体超强酸作为一种新型绿色环保型催化剂引起人们的广泛关注，它具有不腐蚀设备，污染小，耐高温和可重复使用等优点。不但解决了传统液体酸在生产工艺中与产品难分离的弊端，且在催化活性和选择性上明显优于硫酸等液体酸，在很大程度上实现了产品的经济化和绿色化。

1.1 S2O82－/ZrO2－Al2O3

高文艺等［3］采用浸渍、沉淀法制备固体超强酸催化剂S2O82－/ZrO2－Al2O3。通过正交试验确定催化剂制备的最佳条件，即ZrOCl2·8H2O和大孔 Al2O3质量比为25.0∶14.2，硫代硫酸铵浓度为0.8 mol/L，活化温度为650℃，活化时间为3 h。以固体超强酸S2O82－/ZrO2－Al2O3为催化剂，由对羟基苯甲酸和无水乙醇合成对羟基苯甲酸乙酯。考察了醇酸物质的量比、催化剂质量和反应时间对酯收率的影响。确定最佳反应条件为:醇酸物质的量比3.0∶1 ，催化剂质量1.4 g(为酸质量的1%)，酯化反应时间3 h。在此反应条件下，酯化率可达79.5%。同时利用红外光谱仪(KBr压片)、质谱仪、显微熔点测定仪对产品进行分析和测定，确定产物为对羟基苯甲酸乙酯，且催化剂重复使用6次，其活性基本保持不变。

钱运华等［4］以固体超强酸/TiO2－凹凸棒土为催化剂，对羟基苯甲酸和乙醇为原料合成尼泊金乙酯，并考察影响反应的因素。在酸醇物质的量比为1∶4，催化剂用量为3%，反应时间4 h最佳的反应条件下，产品收率达93.2%。该催化剂与单组分固体超强酸SO42－/TiO2相比，具有成本较低，与产物易分离、可重复使用、不污染环境等优点，是对环境友好并具有应用前景的绿色催化剂。

1.3 铈改进固体超强酸

舒华等［5］以对羟基苯甲酸与乙醇为原料，自制新型固体超强酸/Sb2O3/Ce4+催化剂，催化合成尼泊金乙酯。苯甲醇加量100 mL，乙酸加量2.80 mL，确定最佳工艺条件为:n(对羟基苯甲酸)∶n(乙醇)=1.0∶4.0，温度约为 350 ℃，催化剂用量为 0.6 g，反应时间为 4 h，酯收率为93.8%。

1.4 SO42－/La2O3－TiO2

陈淑芬等［6］将/TiO2负载镧制备新型催化剂/La2O3－TiO2，以对羟基苯甲酸和乙醇的酯化反应为探针，考察不同制备条件对催化剂性能的响。结果表明最高酯化率可达94.5%。且该催化剂具有良好的重复使用和再生能力，非常适宜合成尼泊金乙酯。

2 对甲苯磺酸铜

最近有报道［7］，甲烷磺酸铜对有机酸的酯化反应具有很好的催化效果。考虑到甲烷磺酸的合成条件较为繁琐，以对甲苯磺酸为原料制备了对甲苯磺酸铜，用其催化合成对羟基苯甲酸乙酯。

邓斌等［8］以对羟基苯甲酸、乙醇为原料、对甲苯磺酸铜为催化剂、合成对羟基苯甲酸乙酯，并讨论了催化酯化的影响因素。优化的反应条件为:对羟基苯甲酸用量为0.10 mol，醇酸物质的量比为4∶1，甲苯磺酸铜用量为2.2 g，回流温度下反应4.0 h，在此实验下酯化率可达94.3%。产品经傅立叶红外光谱仪及熔点仪表征，证实与目标产物完全一致。

3 离子液体［9－10］

离子液体作为一种室温下熔融的盐、新型反应介质和绿色溶剂，具有液态范围宽、溶解范围广、蒸气压为0、稳定性好、酸碱性可调、产品易分离和可循环利用等一系列独特性质，被认为是继水和超临界二氧化碳后的又一大类在现代有机合成中具有良好应用前景的反应介质和新型绿色溶剂，目前某些离子液体已成功应用于对羟基苯甲酸乙酯的合成。

3.1 1，3－二烷基咪唑离子液体

谢辉等［11］研究室温离子液体催化对羟基苯甲酸乙酯的合成。选择4种1，3－二烷基咪唑离子液体催化合成对羟基苯甲酸乙酯反应，考察反应温度、反应时间、催化剂用量、酸醇物质的量比对反应产率的影响及离子液体重复使用性能。研究结果表明，以［BMIm］BF4为催化剂，其用量为3 mL，酸醇物质的量比为 1.0∶2.5，反应时间为2.5 h，反应温度为80℃，收率为79.7%，达最高，且产物与离子液体催化体系不溶而分层，便于分离，离子液体可稳定重复使用5次。离子液体可作为一种新型绿色溶剂，有效催化合成对羟基苯甲酸乙酯反应，并可减少环境污染。

3.2 酸性离子液体

谢辉等［12］采用酸性离子液体［C3SO3Hmim］HSO4、［C4SO3Hmim］HSO4和［C3SO3Hnhm］HSO4代替浓硫酸为催化剂合成对羟基苯甲酸乙酯。考察反应温度、反应时间、催化剂用量、酸醇物质的量比对该反应产率的影响及离子液体的重复使用性能。以［C3SO3Hnhm］HSO4为催化剂，催化剂用量为3 mL，n(对羟基苯甲酸)∶n(乙醇)=1∶4，反应时间 4 h，反应温度 90℃，收率达78.31%，且产物和离子液体催化体系不溶而分层，便于分离，离子液体可稳定地重复使用3次。

3.3 反应控制相转移离子液体

丁祥祥等［13］以SO3H功能化的1－(3－磺酸基)丙基－3－甲基咪唑磷钼酸离子液体为催化剂，催化合成尼泊金酯，考察了催化剂性能及尼泊金酯的绿色合成工艺。实验表明，该催化体系可实现催化剂的反应控制相转移，产物易分离，催化剂易回收利用。不同极性的醇对实现催化剂的反应控制相转移有显著的影响，优化的尼泊金酯反应条件为:n(催化剂)∶n(醇)∶n(尼泊金酸)=0.03∶3∶1，反应时间8 h，反应温度120 ℃时，尼泊金乙酯收率可达97.6%。该绿色酯化体系中，催化剂可重复使用6次，产物收率稳定。

3.4 Brφnsted酸性离子液体［Hmim］Cl

未本美等［14］以 Brφnsted 酸性离子液体［Hmim］Cl为催化剂催化合成尼泊金酯，考察反应时间、醇酸物质的量比和离子液体用量等条件对反应的影响，确定反应最佳条件:对羟基苯甲酸用量为0.04 mol，反应时间 2.5 h，醇酸物质的量比2∶1，离子液体用量3 mL，收率大于82%。离子液体可循环使用5次，催化活性基本不变。

3.5 新型离子液体1－(4－磺酸基)丁基－3－甲基咪唑磺酸［BSmim］HSO4

庄凰龙等［15］研究新型离子液体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，考察反应时间、反应温度、醇酸物质的量比和离子液体用量对尼泊金乙酯产率的影响。实验结果表明:尼泊金乙酯的最佳反应条件为:当反应时间2.5 h，反应温度为回流温度，醇酸物质的量比2.5∶1，离子液体用量3 mL。以该离子液体作为合成尼泊金酯的催化剂具有收率高，操作简便，可重复使用，具有较好的应用前景。

3.6 硅胶固载离子液体［HSO3－Pmim］HSO4

汤小芳等［16］采用硅胶固载离子液体［HSO3－Pmim］HSO4催化对羟基苯甲酸和无水乙醇合成对羟基苯甲酸乙酯，考察反应温度、反应时间、醇酸物质的量比和固载化离子液体用量对收率的影响。结果表明:硅胶固载离子液体［HSO3－Pmim］HSO4对对羟基苯甲酸乙酯的合成具有较好的催化作用，在反应完毕后趁热过滤即可与对羟基苯甲酸乙酯分离。当醇酸物质的量比3.5∶1，催化剂用量为酸的物质的量4%，反应温度95℃，回流反应3 h时，对羟基苯甲酸乙酯收率可达92%以上，催化剂重复使用5次，其催化活性下降不明显。

4 微波辐射催化合成

与传统的合成方法比较，微波技术极大地加快反应速率，节省反应时间，从而显著提高经济效益。为了克服SnCl4均相催化酯化反应的缺点，结合微波辐射技术和异相催化剂的优点，以价廉、易得的负载型SnCl4/C为异相催化剂，以对羟基苯甲酸和乙醇为原料合成对羟基苯甲酸乙酯，系统研究其合成工艺、优化反应条件，探索一条绿色环保的合成新途径。

陈会新等［17］在微波辐射条件下，以对羟基苯甲酸与乙醇为原料，SnCl4/C为异相催化剂，高效、绿色地合成对羟基苯甲酸乙酯。分别研究催化剂用量、醇酸物质的量比、反应时间、反应温度、微波辐射功率等对收率的影响，并采用傅里叶变换红外光谱(FT－IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)和质谱(MS)确定产物的结构.结果表明:合成对羟基苯甲酸乙酯最佳条件为n(对羟基苯甲酸)∶n(乙醇)=4∶4，反应时间25 min，催化剂的质量分数10%，反应温度120℃，微波辐射功率640 W，产品收率为95%;SnCl4/C催化剂循环使用4次后，仍显示出良好的催化活性，收率可达89%。

5 超声波催化合成

超声波具有普通声波的基本特性，但其波频远高于一般声波频，因而具有更好的束射性、更大的功率与能量，可使介质的质点产生显著的声压作用，使超声波具有一些独特的作用，如加快反应速度，提高反应收率，甚至使一些常态下不可能发生的反应成为可能。

罗冬冬等［18］利用超声波可改进化学反应条件及缩短反应时间的手段，在超声波辐射下，以对羟基苯甲酸和乙醇为原料，以对甲苯磺酸为催化剂，合成对羟基苯甲酸乙酯，并对影响收率的因素进行考察，经正交试验确定最佳条件:超声功率350 W，超声温度70～80℃ ，超声时间70 min，乙醇与对羟基苯甲酸物质的量比为7∶1，催化剂用量8%，收率可达85.51%。

6 壳聚糖磷钨酸盐

壳聚糖是甲壳素的脱乙酰产物，是天然碱性多糖，壳聚糖的氨基具有很好的结合杂多酸的能力。这种壳聚糖杂多酸盐不溶于水，也不溶于一般的有机溶剂。据文献报道，其可作为固体路易斯酸催化一些酯的合成。

杨东伟等［19］以对羟基苯甲酸和乙醇为原料，壳聚糖磷钨酸盐为催化剂合成尼金乙酯，确定反应的最佳条件∶醇酸物质的量比为5∶1，催化剂用量为0.9 g，反应时间3 h，产品收率达87.1%。实验表明，采用壳聚糖磷钨酸盐作为催化剂不仅反应时间短、活性高、酯化率高，且催化剂又可重复使用，开拓了尼泊金乙酯酯化催化剂的新领域。

7 原甲酸三乙酯脱水法合成

以甲磺酸为催化剂，在反应原料中加入原甲酸三乙酯作为脱水剂，尼泊金乙酯能有效地提高反应转化率，缩短反应时间。

赖雅平［20］以对羟基苯甲酸和乙醇为主要原料，甲磺酸为催化剂，采用在反应体系中加入原甲酸三乙酯加热回流的脱水方法合成尼泊金乙酯，通过高效液相色谱跟踪反应进程，考察诸因素对产物转化率的影响。实验结果显示:原甲酸三乙酯脱水法与传统方法比较能提高目标产物转化率，减少反应时间;合成反应中最佳原料配比为n(乙醇)∶n(对羟基苯甲酸)=3∶1，最佳反应时间为4 h。

8 结语

综述了7类制备对羟基甲酸酯乙酯的方法，较传统方法均具有较大优势，如收率高、后处理简便、可循环使用等，大多数催化均符合绿色化学的理念，但也均有自身的缺点。要放大实验或投入生产形成实际效益，还需研究者们在工艺生产和成本及后处理方便做进一步的研究。

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