3,4-二羥基苯甲酸乙酯合成工藝研究

周石洋 ，陳 玲

(1.重慶牧哥食品有限公司，重慶 401520; 2.西南大學育才學院，重慶401524)

3,4-二羥基苯甲酸乙酯又名兒茶酸乙酯，常溫常壓下比較穩定，無臭或微有酚臭味，味微苦[1-5]。3,4-二羥基苯甲酸乙酯具有抗氧化作用，通常用作食品添加劑中的抗氧化劑[4]。它也是一種重要的醫藥中間體，可用于合成3，4-二羥基苯甲酸甲酯等藥品。國內外有關合成3，4-二羥基苯甲酸乙酯的文獻都很少，目前合成3，4-二羥基苯甲酸乙酯，其產率為84.5%。其中3，4-二羥基苯甲酸本身就是一種重要的中間體，直接用它來合成3，4-二羥基苯甲酸乙酯不經濟，應當尋求較廉價的合成原料來合成3，4-二羥基苯甲酸乙酯。4-甲基鄰苯二酚是一種比較低廉的合成原料，國內都有生產和銷售。本文采用4-甲基鄰苯二酚為原料，通過氧化[6-8]、酯化[9]2步來合成3,4-二羥基苯甲酸乙酯。4-甲基鄰苯二酚先與高錳酸鉀在催化劑TBAB(四丁基溴化銨)作用下發生反應，生成3，4-二羥基苯甲酸；再在催化劑TsOH(對甲基苯磺酸)作用下與乙醇反應，最后合成目標3，4-二羥基苯甲酸乙酯。實驗證明，本合成方法提高了產率[7]，在最優條件下產率可達90.5%，降低了成本，具有較好的工業應用前景[8]。目標產物的合成路線如圖1所示。

圖1 目標產物合成路線

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

SMP40全自動熔點測定儀(英國STUART公司)；IR200傅里葉紅外光譜儀(美國賽默飛世爾公司)；AVANCE-II 500MHz核磁共振儀(德國Bruker公司)。

4-甲基鄰苯二酚、高錳酸鉀、無水乙醇、苯、TBAB、TsOH、鹽酸、碳酸鈉等試劑均為分析純。

1.2 3，4-二羥基苯甲酸的合成

1.3 3，4-二羥基苯甲酸乙酯的合成

2 結果與討論

2.1 3，4-二羥基苯甲酸合成

2.1.1 催化劑TBAB用量對3，4-二羥基苯甲酸合成的影響

催化劑TBAB(四叔丁基溴化銨)的用量[12]關系到3，4-二羥基苯甲酸合成反應的產率，實驗中以底物的摩爾比的1%～10%催化劑用量來考察其對合成反應的影響，其他反應條件不變。催化劑TBAB用量對3，4-二羥基苯甲酸合成的影響見圖2。

圖2 催化劑TBAB用量對3，4-二羥基苯甲酸合成的影響

由圖2可以看出：當催化劑TBAB用量為底物的5%時，其3，4-二羥基苯甲酸合成的產率最高。催化劑用量不足，降低了反應速率，底物不能完全發生反應，3，4-二羥基苯甲酸合成的產率低；當催化劑過量，會發生一系列副反應，也能導致其合成產率低。因此在合成3，4-二羥基苯甲酸時要控制好催化劑TBAB的用量，控制在底物的5%最宜。

2.1.2 高錳酸鉀用量對3，4-二羥基苯甲酸合成的影響

高錳酸鉀在催化劑作用下氧化4-甲基鄰苯二酚中的甲基，生成3，4-二羥基苯甲酸。在實驗中選取了高錳酸鉀和4-甲基鄰苯二酚的摩爾比分別為：2.0∶1.0、2.1∶1.0、2.2∶1.0、2.3∶1.0、2.4∶1.0進行實驗，其他反應條件不變。其高錳酸鉀用量對3，4-二羥基苯甲酸合成的影響見表 1 。

表1 高錳酸鉀用量對3，4-二羥基苯甲酸合成的影響

由表1可以看出，隨著高錳酸鉀用量的增加其合成產率增加，當高錳酸鉀和4-甲基鄰苯二酚摩爾比為2.2∶1.0后，其合成產率幾乎不增長。為了盡可能降低合成成本，提高經濟效應，其高錳酸鉀不能浪費，控制在摩爾比為2.2∶1.0即可。

2.1.3 反應時間對3，4-二羥基苯甲酸合成的影響

考察反應時間對3，4-二羥基苯甲酸合成的影響時，選取了1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5 h等系列反應時間進行研究，其他反應條件不變。反應時間對3，4-二羥基苯甲酸合成的影響見圖 3。

圖3 反應時間對3，4-二羥基苯甲酸合成的影響

由圖3可以看出，隨著反應時間的增加，3，4-二羥基苯甲酸產率不斷提高，當反應進行到3 h后，反應產率幾乎不增長。反應進行到3 h時，其底物已經反應得比較充分了，進一步延長反應時間對其產率沒有什么影響；故在合成3，4-二羥基苯甲酸時控制合成時間在3 h左右。

2.1.4 反應溫度對3，4-二羥基苯甲酸合成的影響

4.額外量價格指導下，煉廠出口成品油將由過去的減利因素反轉為增利因素，增加出口的積極性。基礎量政策未實施前，煉廠測算出口價格比留國內出廠價低600 元/噸。基礎量政策實施后，煉廠測算出口價格將比額外量價格高1000 元/噸，出口遠好于留國內作額外量。國內競爭對手的經驗也驗證了此結論：2016 年中化泉州煉廠因出口200 萬噸汽油，較留國內批發增利20 億元。

分別選擇了80、90、100、110、120、130、140、150、160 ℃等系列反應溫度進行探討，其他反應條件不變。反應溫度對3，4-二羥基苯甲酸合成的影響見圖 4。

圖4 反應溫度對對3，4-二羥基苯甲酸合成的影響

由圖4可以看出，隨著反應溫度的升高，3，4-二羥基苯甲酸產率不斷提高，當反應溫度達到120 ℃時產率到達最高值，之后反應溫度升高，其產率降低。因為隨溫度的升高，催化劑活性不斷提高，溫度過高催化劑效果降低，高溫還能發生一系列副反應，因而產率降低；所以，在合成3，4-二羥基苯甲酸時反應溫度應控制在120 ℃。

2.2 3，4-二羥基苯甲酸乙酯的合成

2.2.1 催化劑TsOH用量對3，4-二羥基苯甲酸乙酯合成的影響

考察催化劑TsOH(對甲基苯磺酸)用量對3，4-二羥基苯甲酸合成反應的產率的影響時[13]，選擇了催化劑TsOH用量為底物摩爾比的1%～10%進行探討，其他反應條件不變。催化劑TsOH用量對3，4-二羥基苯甲酸合成的影響見圖5。

圖5 催化劑TsOH用量對3,4-二羥基苯甲酸乙酯合成的影響

由圖5可以看出，當催化劑TsOH用量為底物摩爾比的6%時，其3，4-二羥基苯甲酸乙酯合成的產率最高。催化劑用量不足，降低了反應速率，底物不能完全發生反應，3，4-二羥基苯甲酸乙酯合成的產率低；當催化劑過量，會發生一系列副反應，也會導致其合成產率低。因此，在合成3，4-二羥基苯甲酸乙酯時要控制好催化劑TsOH的用量，控制在底物摩爾比的6%最宜。

2.2.2 乙醇用量對3，4-二羥基苯甲酸乙酯合成的影響

表2 乙醇用量對3，4-二羥基苯甲酸乙酯合成的影響

由表2可以看出，隨著乙醇用量的增加其合成產率增加[14]，當乙醇與3，4-二羥基苯甲酸的摩爾比為1.2∶1.0時，其產物產率最高，之后隨乙醇用量增加，其產物產率降低。因為過量的乙醇能發生一系列副反應，降低了3，4-二羥基苯甲酸乙酯的產率，并且浪費了大量的乙醇。所以在合成3，4-二羥基苯甲酸乙酯時，控制其摩爾比為1.2∶1.0即可。

2.2.3 反應時間對3，4-二羥基苯甲酸乙酯合成的影響

探討反應時間對3，4-二羥基苯甲酸乙酯的影響時，選取了1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5 h等系列反應時間進行研究，其他反應條件不變。反應時間對3，4-二羥基苯甲酸乙酯合成的影響見圖 6。

圖6 反應時間對3，4-二羥基苯甲酸乙酯合成的影響

由圖6可以看出，隨著反應時間的增加，3，4-二羥基苯甲酸乙酯產率不斷提高，當反應進行到3h后，達到最高值，之后隨著時間延長，產物產率下降。隨著時間的延長，底物發生了一系列副反應，因此降低了產物產率；所以在合成3，4-二羥基苯甲酸乙酯時應將合成時間控制在3 h左右。

2.2.4 反應溫度對3，4-二羥基苯甲酸乙酯合成的影響

分別選擇了50、60、70、80、90、100、110、120、130、140 ℃等系列反應溫度進行探討，其他反應條件不變。反應溫度對3，4-二羥基苯甲酸乙酯合成的影響見圖 7。

圖7 反應溫度對對3，4-二羥基苯甲酸乙酯合成的影響

由圖7可以看出，隨著反應溫度的升高，3，4-二羥基苯甲酸乙酯產率不斷提高，當反應溫度達到90 ℃時產率到達最高值，之后隨著反應溫度升高，其產率降低。隨溫度的升高，催化劑活性不斷提高，溫度過高催化劑效果降低，高溫還能發生一系列副反應，如生成乙醚、乙烯等，因而產率降低；因此，在合成3，4-二羥基苯甲酸乙酯反應溫度控制在90 ℃。

3 結論

以4-甲基鄰苯二酚為原料，經過高錳酸鉀氧化、乙醇酯化2步反應合成產物3，4-二羥基苯甲酸乙酯。氧化的最佳條件為：催化劑TBAB用量為底物摩爾比的5%、高錳酸鉀與4-甲基鄰苯二酚摩爾比為2.2∶1.0、反應時間為3 h、反應溫度為120 ℃；酯化的最佳條件為：催化劑TsOH用量為底物摩爾比的6%、乙醇與3，4-二羥基苯甲酸摩爾比為1.2:1.0、反應時間3 h、反應溫度90 ℃。在最佳條件下，3,4-二羥基苯甲酸乙酯的產率可達90.5%。

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