雜多酸負載型離子交換樹脂在水楊酸甲酯合成中的研究

劉建軍季雯嫻張銘（啟東晉盛大公化工有限公司 江蘇啟東 6；江蘇大學能源與動力工程學院 江蘇鎮江 03）

雜多酸負載型離子交換樹脂在水楊酸甲酯合成中的研究

劉建軍1季雯嫻2張銘2（1啟東晉盛大公化工有限公司 江蘇啟東 226221；2江蘇大學能源與動力工程學院 江蘇鎮江 212013）

作者通過靜置法合成了一種離子交換樹脂負載型催化劑，并將該類催化劑用于水楊酸甲酯的合成中，考察了酸醇摩爾比與催化劑的用量，對水楊酸轉化率的影響，并得出了最佳反應條件。該反應工藝克服了傳統工藝腐蝕性高，副產物多等缺點，反應后易分離回收，具有重要的工業應用價值。

離子交換樹脂；雜多酸；水楊酸甲酯

水楊酸甲酯具備獨特的藥物和化學性能，廣泛應用于藥物合成、增塑劑、食品添加劑、藥劑、香水、化妝品、手性助劑等領域。合成水楊酸甲酯的無機酸催化劑包括H2SO4, HF, H3PO4，NaHSO4等。但是，這類催化劑在使用過程中有許多問題，包括腐蝕性，副產物多，有毒，對水敏感，反應后催化劑難以回收利用等。因此，一系列固體酸材料包括沸石、分子篩、介孔硅材料、金屬硫酸鹽、雜多酸等被設計成催化劑用于酯化反應中。與傳統的無機催化劑相比，它們的優點是無腐蝕，反應后催化劑易分離循環使用。然而，固體酸催化劑的缺點是酸中心分散，反應產物的選擇性不高，限制了其進一步的應用。離子交換樹脂具備固體酸材料的優點，并且能與金屬離子發生螯合或離子交換，已被廣泛應用于水處理，重金屬分離，醚化反應，酯化反應等領域。

離子交換樹脂是一種不溶于水、酸和堿的高分子聚合物，但具有酸堿的特性，因其結構中含有活性基團，在水中能電離解出陰陽離子，同時能吸附溶液中的其他陽陰離子，即樹脂中的離子與溶液的離子相互交換，從而實現離子分離的目的。作為一種物質運動的過程，離子交換最早應用于泡沸石類天然礦物水的凈化過程。而目前，離子交換技術主要應用于生化提取，水處理，濕法冶金，三廢處理等。離子交換樹脂作催化劑主要是以離子交換樹脂為載體，以過渡金屬氧化物為催化活性，將氧化物負載在樹脂上，該類催化劑在反應后易分離，反應周期短，且反應經放大后催化活性幾乎不變。

一、實驗部分

1.試劑和儀器

水楊酸，甲醇，磷鎢酸 (國藥集團化學試劑有限公司), 001×7陽離子交換樹脂(天津南開大學化工廠); 電子分析天平（北京賽多利斯儀器有限公司）, GC-7890A氣相色譜儀（美 國Agilent公司）, 加熱冷凝回流裝置一套。

2.催化劑的合成

HPW/001×7合成：在燒杯中加入一定量的磷鎢酸和蒸餾水，攪拌至磷鎢酸完全溶解。然后加入預處理過的001×7樹脂，攪拌3 h，靜置72 h，過濾，在100℃下烘干，備用，磷鎢酸負載量為20%。

3.水楊酸甲酯的合成

準確稱取1.38 g水楊酸于50 mL的單頸磨口燒瓶中，用移液管量取一定量甲醇加入反應瓶中，加入一定量的催化劑，在95 ℃油浴中加熱回流反應12 h。反應結束后，冷卻至室溫，加入乙醚溶解未反應的水楊酸以及反應產物，傾倒法分離乙醚層及離子液體層。在重復性試驗中，分離出的催化劑于100 ℃鼓風烘箱中烘干水分后，可以直接使用于下一次反應中。根據氣象色譜上峰面積的比率來計算產物的含量。

二、結果與討論

1.反應物酸醇比對酯化產率的影響

在溫度為95 ℃，催化劑用量為 0.4 g，反應時間為12 h的條件下考察醇酸摩爾比對水楊酸轉化率的影響，結果如圖1所示。在醇酸摩爾比小于3:1時，隨著醇酸摩爾比的增大，酯化產率逐漸提高；當醇酸摩爾比大于3:1時，酯化產率逐漸下降。這是由于醇的不斷加入，使得回流溫度下降以及反應物酸和催化劑的濃度不斷下降，影響了酯化產率。因此，選擇3:1為最佳的醇酸摩爾比。

圖1 醇酸摩爾比對水楊酸轉化率的影響

2.催化劑的用量對酯化產率的影響

在溫度為95 ℃，酸醇摩爾比為1:3，反應時間為12 h的條件下考察催化劑HPW/001×7的用量對水楊酸轉化率的影響，結果如圖2所示。在水楊酸酯化反應中，催化劑用量從0.1 g增加到0.4 g時，酯化產率從18.5%增加到55.7%。繼續增加催化劑的用量，產率基本保持不變。因此，催化劑的最佳用量選擇為0.4 g。

圖2 催化劑用量對水楊酸轉化率的影響

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10.19312/j.cnki.61-1499/c.2016.12.165