94-26-8 / 羥苯丁酯的制備方法

背景及概述^[1]

對羥基苯甲酸丁酯又稱羥苯丁酯，其純品為幾乎無臭而稍有澀味的無色細小結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，是一種國際上采用的安全有效的尼泊金酯類防腐劑。由于其防腐效果優(yōu)于其它尼泊金酯類防腐劑而被廣泛用于食品、藥品、化妝品等領(lǐng)域。對羥基苯甲酸丁酯的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法是以濃硫酸為催化劑，采用對羥基苯甲酸與正丁醇為原料進行酯化反應(yīng)而制得。實踐證明，該法存在著催化劑選擇性差，副反應(yīng)多，設(shè)備腐蝕嚴重，產(chǎn)品色澤不好，環(huán)境污染嚴重等弊端。因而，研究開發(fā)新型催化劑成為解決問題的關(guān)鍵。近年來，許多科研人員在合成對羥基苯甲酸丁酯方面作了大量研究，并取得了一定成果。

理化弱點和克服途徑^[2]

羥苯丁酯作為高效、安全和廣譜性食品防腐劑是毋庸置疑的，國內(nèi)食品行業(yè)之所以沒有推廣使用，與這種物質(zhì)的理化性質(zhì)有關(guān)。關(guān)于尼泊金酯的理化性質(zhì)，大多數(shù)文獻有如下介紹：無色細小結(jié)晶或白色結(jié)晶性粉末。幾乎無臭，略有麻舌感。熔點69~72℃。極難溶于水（0.2g/L，25℃）。易溶于乙醇（2.10g/mL）、乙醚（2.10g/g）、丙酮（2.40g/g）和丙二醇(1.10g/g)。難溶于甘油（0.002g/g）。其中，略有麻舌感和極難溶于水兩項性質(zhì)構(gòu)成了羥苯丁酯兩大理化弱點，它直接妨礙了食品行業(yè)的技術(shù)人員對該物質(zhì)的選用，原因是：首先，生活常識提示人們，對于大多數(shù)食品而言，麻舌感是一種異味，除非某種食品需要帶有麻辣風(fēng)味。因此一種食品防腐劑一旦被告知有麻舌感，食品加工部門的技術(shù)人員就會盡量放棄選用該品種，以免影響食品的風(fēng)味。其次，根據(jù)生物學(xué)原理，微生物的生長繁殖除了依賴于適宜的溫度以外，活性水分也是一個關(guān)鍵性因素。如果某種食品處在相對干燥的狀態(tài)，即使沾染了微生物，也不容易腐敗變質(zhì)。因此，大多數(shù)食品防腐劑需要先溶解于水才能均勻分散到食品的各個部分，并使食品所含水分不適合微生物的生長。水溶性差的防腐劑對大多數(shù)食品會變得不適用。羥苯丁酯雖然是一種高效、安全和廣譜性食品防腐劑，但要在食品行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，就必須找到能夠克服其理化弱點的技術(shù)手段。實驗結(jié)果證明，找出羥苯丁酯的味覺閾值，實現(xiàn)羥苯丁酯鈉鹽化，是克服羥苯丁酯兩大理化弱點的有效途徑。

第一，實驗確定羥苯丁酯的味覺閾值。任何一種有味道或有氣味的物質(zhì)，其味道或氣味都有一個濃度覺察范圍。某呈味物質(zhì)的味道或氣味低于某個量值，有正常味覺或嗅覺的個體便覺察不出呈味物質(zhì)的存在。只有味道或氣味高于該量值，呈味物質(zhì)才能被大多數(shù)人覺察到。根據(jù)美國檢驗和材料協(xié)會提出的閾值定義，所謂味覺閾值即是人能品嘗出味道的呈味物質(zhì)最稀的水溶液濃度。味覺閾值的測量采用感官品嘗的方法，試驗結(jié)用統(tǒng)計學(xué)方法處理。如0.08%的食鹽水溶液，是受試者中50%（或75%）的人能感覺到咸味的最低濃度，定為食鹽的閾值濃度。感官品嘗實驗顯示，羥苯丁酯的味覺閾值濃度為0.012%。據(jù)此，克服羥苯丁酯的麻舌感可以有三種途徑。一是將羥苯丁酯與尼泊金丙酯復(fù)配使用，不僅可以將前者的濃度控制在0.012%以內(nèi)，而且可以使兩種防腐劑產(chǎn)生增效作用，提高防腐劑的抑菌強度，擴大防腐劑的抑菌范圍。二是將羥苯丁酯與其他酸型防腐劑復(fù)配使用，同樣可以將羥苯丁酯的濃度控制在0.012%以內(nèi)。尼泊金酯類防腐劑和常用的酸型防腐劑之間即使沒有增效作用，至少也不會出現(xiàn)相互掩蔽的情況。三是將羥苯丁酯用于風(fēng)味特征明顯的食品，清淡型食品場合盡量少用。

第二，采用噴霧干燥工藝實現(xiàn)羥苯丁酯鈉鹽化。

尼泊金酯類物質(zhì)雖然是分子量較大的有機物，缺乏水溶性。但由于它的分子結(jié)構(gòu)中含有一個活性較強的羥基團，因而它與苯甲酸和山梨酸的性質(zhì)十分接近，很容易和氫氧化鈉發(fā)生中和反應(yīng)，衍生為尼泊金酯鈉鹽，變成水溶性物質(zhì)。其反應(yīng)式如下：

尼泊金酯鈉鹽的水溶液呈堿性，是一種性質(zhì)不穩(wěn)定的物質(zhì)，放置時間稍長會產(chǎn)生尼泊金酯的水解反應(yīng)，使溶液中的部分尼泊金酯還原成對羥基苯甲酸。為了防止尼泊金酯水解，日本企業(yè)早年采取的方法主要是將尼泊金酯鈉鹽溶液即配即用。由于近年來噴霧干燥技術(shù)的推廣，國內(nèi)有數(shù)家企業(yè)從2000年初開始將配制好的尼泊金酯鈉溶液快速干燥成精細粉末，既克服了尼泊金酯水溶性差的問題，又有效避免了尼泊金酯的水解還原?？傊u苯丁酯的兩大理化弱點如今已經(jīng)找到有的效克服途徑，人們不必沿襲陳舊觀念對尼泊金丁酯的推廣應(yīng)用持保守意見。

制備^[3]

對羥基苯甲酸丁酯的制備：將對羥基苯甲酸、丁醇、甲苯和氯化芐基三乙胺連同固體催化劑一起加入燒瓶中，對羥基苯甲酸與丁醇的摩爾比為1∶1.5～2.5，氯化芐基三乙胺用量為對羥基苯甲酸質(zhì)量的0.5～2％，固體催化劑用量為對羥基苯甲酸質(zhì)量的8～15％，在回流狀態(tài)下反應(yīng)4～8小時，同時將水分出；待反應(yīng)結(jié)束后，將催化劑過濾除去，蒸出未反應(yīng)的丁醇和甲苯，將殘余物加入冷水中劇烈攪拌，即有白色晶體析出，再用5％碳酸鈉溶液中和未反應(yīng)的酸，直到溶液呈弱堿性，抽濾，干燥，得到產(chǎn)品對羥基苯甲酸丁酯。

主要參考資料

[1] 對羥基苯甲酸丁酯的合成研究進展

[2] 對羥基苯甲酸丁酯的安全性及其應(yīng)用瓶頸

[3] CN200910035704.1對羥基苯甲酸丁酯的制備方法