微波辐射法合成对羟基苯甲酸丁酯

对羟基苯甲酸酯，俗称尼泊金酯，是用途最广、用量最大、应用频率最高的防腐剂,具有安全、高效、低毒、易配伍等优点,广泛应用于日化、医药、饲料及工业防腐等方面,同时也是有机合成的中间体、食品的防腐杀菌剂等。在尼泊金酯系列中，以丁酯的防腐抗菌作用最强[1]。

对羟基苯甲酸丁酯的常用合成方法是：以浓硫酸作催化剂[2]，对羟基苯甲酸与正丁醇在一定温度下酯化得到。此法收率较高，但设备腐蚀及废液污染严重，且易发生副反应。已报道的催化剂还有固体超强酸(磷钨酸、硅钨酸)[3]、杂多酸及其固载催化剂(活性炭负载杂多酸、二氧化硅负载杂多酸以及一些新型的分子筛负载杂多酸等)[4]、三氯化铁[5]、硫酸铁铵[6]、结晶硫酸铁[7]、稀土及其改性固体超强酸、活性炭吸附磺酸类[8]等。李敏宜等[9，10]在微波辐射的条件下，分别用对甲苯磺酸和碳酸钠作催化剂合成对羟基苯甲酸丁酯，取得了很好的效果。

作者在此以硫酸氢钠作催化剂，在微波辐射条件下合成对羟基苯甲酸丁酯，并对微波辐射功率、催化剂用量、微波辐射温度、原料配比和微波辐射时间等影响因素进行了考察。

反应式如下：

1 实验

1.1 试剂与仪器

对羟基苯甲酸，国药集团化学试剂有限公司；正丁醇，西安化学试剂厂；硫酸氢钠，成都联合化学试剂厂；碳酸钠，分析纯，天津化学试剂三厂。

XH-100B型祥鹄电脑微波辐射合成/萃取仪，北京祥鹄高科技发展有限公司；XT-4型显微熔点测定仪，北京泰克仪器有限公司；岛津IR Prestige-21型傅立叶变换红外光谱仪，日本岛津仪器公司。

1.2 方法

在100 mL三口瓶[三口瓶左侧口塞磨口塞，右侧口装探头管(内装温度探头)，中间口接空气冷凝管通过炉顶口接在外面，分别装上分水器(内装适量的正丁醇)、水冷凝管]内加入10.00 g(0.0724 mol)对羟基苯甲酸、一定量的正丁醇和硫酸氢钠，混合均匀，再放入电磁搅拌子，置于微波炉内；开动搅拌，调节适当的功率、时间、温度，开始反应；反应过程中及时放出分水器内分出的水；反应完毕后关闭电源，打开炉门，冷却，依次拆除装置，反应液体倾入洁净的三口瓶内并用水蒸气蒸馏出过量的正丁醇，蒸馏余液倾入干净的烧杯内，冷却析晶，用10%的碳酸钠溶液洗涤至pH值为7.5～8.0，抽滤，用蒸馏水冲洗滤饼，得白色固体产品。晾干，称重，计算产率，产品熔点为67～70℃(文献[11]值为68～69℃)。

产品的红外光谱测定结果显示：主要吸收峰[12]为：3348 cm-1酚羟基伸缩振动；1708 cm-1C=O伸缩振动；1172 cm-1C-O-C伸缩振动。表明酯基生成，其余各官能团的特征吸收峰与目标产物对羟基苯甲酸丁酯的吸收峰一致。

2 结果与讨论

2.1 微波辐射功率对产率的影响

取10.00 g(0.0724 mol)对羟基苯甲酸、26.50 mL(0.296 mol)正丁醇、1.00 g(0.00724 mol)硫酸氢钠，在微波辐射温度为120℃、微波辐射时间为30 min的条件下，考察微波辐射功率对产率的影响，结果见表1。

表1 微波辐射功率对产率的影响

由表1可知，随着微波辐射功率的增大，产率逐渐升高；当微波辐射功率增大到500 W时，产率趋于稳定。综合考虑，确定最佳微波辐射功率为500 W。

2.2 微波辐射温度对产率的影响

取10.00 g(0.0724 mol)对羟基苯甲酸、26.50 mL(0.296 mol)正丁醇、1.00 g(0.00724 mol)硫酸氢钠，在微波辐射功率为500 W、微波辐射时间为30 min的条件下，考察微波辐射温度对产率的影响，结果见表2。

表2 微波辐射温度对产率的影响

由表2可知，随着微波辐射温度的升高，产率逐渐上升；当温度升高到128℃时，产率达到最大；此后再升高微波辐射温度，产率反而下降。这是因为温度低时不能进行回流，就不能及时分出反应生成的水，导致产率较低；而温度过高时回流太快，使反应物损失增大，导致产率下降。因此，确定最佳微波辐射温度为128℃。

2.3 催化剂用量对产率的影响

取10.00 g(0.0724 mol)对羟基苯甲酸、26.50 mL(0.296 mol)正丁醇，在微波辐射功率为500 W、微波辐射温度为128℃、微波辐射时间为30 min的条件下，考察催化剂用量对产率的影响，结果见表3。

表3 催化剂用量对产率的影响

由表3可知，随着催化剂用量的增加，产率逐渐升高；当催化剂用量达到0.9 g时，产率达到最大；此后再增加催化剂用量，产率反而降低。这可能是由于催化剂过量会引起其它副反应的缘故。因此，确定最佳催化剂用量为0.9 g。

2.4 酸醇摩尔比对产率的影响

在微波辐射功率为500 W、微波辐射温度为128℃、催化剂用量为0.9 g、微波辐射时间为30 min的条件下，考察酸醇摩尔比对产率的影响，结果见表4。

表4 酸醇摩尔比对产率的影响

由表4可知，随着正丁醇用量的增加，产率逐渐升高；当酸醇摩尔比达到1∶3时，产率达到最大；此后再增加正丁醇用量，产率反而降低。这是因为，正丁醇用量太小,产物呈粘稠状，不利于结晶；而正丁醇用量太大时，微波被过量的正丁醇吸收，导致产率降低。因此，确定最佳酸醇摩尔比为1∶3。

2.5 微波辐射时间对产率的影响

取对羟基苯甲酸10.00 g(0.0724 mol)、正丁醇19.65 mL(0.2172 mol)，在微波辐射功率为500 W、微波辐射温度为128℃、催化剂用量为0.9 g的条件下，考察微波辐射时间对产率的影响，结果见表5。

表5 微波辐射时间对产率的影响

由表5可知，随着微波辐射时间的延长，产率逐渐升高；微波辐射时间为30 min时，产率就达91.2%;微波辐射时间为50 min时，产率最高达96.2%。从节省能源角度考虑，确定最佳微波辐射时间为30 min。

2.6 最适宜反应条件的重复实验

在n(对羟基苯甲酸)∶n(正丁醇)=1∶3、催化剂硫酸氢钠用量为0.9 g、微波辐射功率为500 W、微波辐射温度为128℃、微波辐射时间为30 min的条件下进行6组重复性实验。结果表明，重现性稳定。

3 结论

(1) 硫酸氢钠廉价易得，性质稳定，用作合成对羟基苯甲酸丁酯的催化剂时具有催化反应条件温和、无腐蚀性、不污染环境、后处理方便、产品色泽好等特点，是合成对羟基苯甲酸丁酯的良好催化剂。

(2)确定微波辐射法合成对羟基苯甲酸丁酯的最佳合成条件为：n(对羟基苯甲酸)∶n(正丁醇)=1∶3、催化剂硫酸氢钠用量0.9 g、微波辐射功率500 W、微波辐射温度128℃、微波辐射时间30 min，在此条件下，对羟基苯甲酸丁酯的产率可达91.3%。

参考文献：

[1] 天津轻工业学院食品工业教学研究室.食品添加剂(修订本)[M].北京:轻工业出版社,1985：20-27.

[2] 李玲珍.对羟基苯甲酸丁酯合成方法的研究[J].化学通报,1989,(2):38-39.

[4] 刘传宾,沈健.固载杂多酸催化剂应用进展[J].浙江化工,2006，37(3):16-19.

[5] 姚春风,赵桂兰,高志红.催化合成对羟基苯甲酸丁酯的研究[J].应用化工,2004,33(4):35-36.

[6] 邓旭忠,周家华,杨辉容,等.硫酸铁铵催化合成对羟基苯甲酸丁酯[J].精细石油化工,2002,(2):38-39.

[7] 刘勇,成本诚,易伦.Fe2(SO4)3·xH2O催化制备尼泊金酯[J].精细化工,1994,11(1):7-10.

[8] 张丽萍,王春华,王江.对羟基苯甲酸丁酯的合成研究进展[J].化学与粘合,2005，27(4):248-250.

[9] 李敏宜,汤悦荣.对羟基苯甲酸丁酯的微波辐射合成法研究[J].应用化工,2006，35(2):128-129.

[10] 李敏宜,曾桂萍,汤悦荣.微波辐射法合成对羟基苯甲酸丁酯[J].化学试剂,2006,28(4)：252-253.

[11] 李华昌,符斌.实用化学手册[M].北京:化学工业出版社，2006：77-166.

[12] 宁永成.有机化合物结构鉴定与有机波谱学[M].北京:科学出版社，2004：322-335.