尼泊金酯的生产、加工技术的研究进展
摘要：尼泊金酯是国际上公认的广谱性高效食品防腐剂，美国、欧洲、日本、加拿大、韩国、俄罗斯等国都允许尼泊金酯在食品中应用。它被广泛应用于酱油、醋等调味品、腌制品、烘焙食品、酱制品、饮料、黄酒以及果蔬保鲜等领域。中国GB2760中规定尼泊金乙酯以及尼泊金甲酯钠等等可以作为食品防腐剂。根据我国今后日用化工、精细化工的发展方向,预计尼泊金酯类防腐剂将会有很大发展。目前尼泊金酯的合成方法有离子交换树脂催化合成法，以下，我将针对尼泊金酯的生产、加工技术进行一个比较完整的归纳和整理。
关键词：尼泊金酯；防腐剂；催化剂；合成
1 引言
尼泊金酯即对羟基苯甲酸酯是国际上采用的安全有效的防腐剂，广泛地应用于食品、化妆品及医药等行业。我国目前使用的防腐剂仍以苯甲酸钠、山梨酸钾、尼泊金酯、丙酸钙、脱氢乙酸钠等产品, 在这些产品中除尼泊金酯外, 其它的均是酸性防腐剂, 即只能够在酸性条件下使用, 尼泊金酯是解决中性食品(如面制品等) 防腐问题的首选产品, 目前尼泊金酯在食品中的使用量逐年增加。同时,它们还具有低毒、高效、用量少等特点，是我国重点发展的食品防腐剂之一[1]。此外，尼泊金酯还是新型酯类有机液晶的中间体和热记录材料里的染料中间体
[2,3]
。尼泊金酯杀菌抑菌作用随着醇烃基碳原子数
的增加而增加，如尼泊金辛酯对酵母菌发育的抑制作用是丁酯的50倍，比乙酯强100倍左右；而在水中的溶解度则随着醇烃基的碳子数增加而降低；另外，碳链愈长，毒性愈小，用量愈少。通常的作法是将几种产品混合使用，以提高溶解度，并通过增效作用提高其防腐能力。国内生产厂家的产品都是一些低碳醇酯，如尼泊金甲酯、乙酯、丙酯与丁酯等。因此，对该类产品的系列化研究非常重要。目前，在一些欧美国家尼泊金甲酯是应用广阔的一种，在食品、药物、化妆品等领域已应用较多。
尼泊金酯传统的合成方法是采用硫酸作为催化剂，此法的缺点是催化剂用量大，副产物众多，产物分离困难，产率低下，严重腐蚀反应设备以及废液严重污染坏境。随着国家可持续发展战略的实施，环境保护要求不断提高，其局限性日益显著。为了推动尼泊金酯系列的生产与发展，本综述将对关于尼泊金酯类的直接酯化合成方法进行综述与评价，试着寻找较为理想的合成方法。
2 生产尼泊金酯所需了解的条件
尼泊金酯即对羟基苯甲酸酯,通常指对羟基苯甲酸与低级脂肪醇形成的酯。其通式为p-HOPhCOOR(R=C2H5,C3H7,C4H9)。它是无色结晶或白色结晶粉末，无味，无臭。防腐效果优于苯甲酸及其钠盐，使用量约为苯甲酸钠的1/10，使用范围pH为4～8。缺点是使用时因对羟基苯甲酸酯类水溶性较差，常用醇类先溶解后再使用；同时价格也较高。
影响尼泊金酯的合成的因素如下：催化剂的选择、最佳催化剂用量比的确定、最佳醇酸比的确定、最佳反应时间的确定。
这些条件是生产尼泊金酯的理论基础。因此，我们必须对尼泊金酯的合成条件有所了解，这样才能以最优化、经济的方法生产尼泊金酯。
3 生产尼泊金酯的方法及其优缺点
1 浓硫酸[4]（微波辐射）催化合成尼泊金酯
陈新客、刘钟栋等经过试验研究发现，微波可以加速有机合成反应的进行。用微波辐照这一技术研究对羟基苯甲酸与低级脂肪醇的酯化反应，所用的微波工作频率为2450MHz，采用间歇辐照方式。结果表明，在微波辐照条件下，醇酸物质的量比为4:1，苯为带水剂时，增加催化剂浓硫酸的用量可使反应速率加快，反应时间由300分钟缩短至30分钟，酯的产率由83.8%增至85.1%，同时产率也随着醇的用量的增加而增加，但当催化剂量及醇达到一定值后产率不再发生变化。该种方法可大大缩短尼泊金酯的合成所需时间，为该类防腐剂的生产开辟了一条节时节能的工艺路线，但是用浓硫酸作催化剂没有改变传统方法的弊端，解决了这个问题就是一个具有良好发展前景的好方法。 2 结晶氯化铁及其他铁盐催化合成尼泊金酯
结晶氯化铁FeCl3·XH2O和十二水合硫酸铁铵等都是价廉易得的固体催化剂，姚春凤[５]等利用六水合氯化铁催化合成尼泊金丁酯，实验表明，利用它作催化剂合成操作方便、对设备腐蚀小、对环境污染低，是一种值得推广应用的方法。
另外用硫酸铁的水合物Fe2 ( SO4 ) 3·XH2O作催化剂制备尼泊金酯的最佳条件是：酸醇的物质的量比为1:4，催化剂用量为酸的3.6%，反应时间为4h，回流温度不超过140℃。采用水蒸气蒸馏回流脂肪醇，产品经活性炭脱色和重结晶处理，精酯收率可达85%。但是缺点是产品颜色深，呈胶状，不易处理。这可能是在反应过程中生成了Fe(OH)3胶体。若反复用活性炭脱色处理，产品损失大，收率低。 3 稀土化合物催化合成尼泊金
稀土化合物是我国易得、资源丰富的化合物。这类化合物具有很高的催化活性与选择性，用量少，反应时间短，无副作用，无腐蚀，无污染，易分离，可回收循环使用，因此开发稀土化合物的利用具有较好的经济价值与实际应用价值。 彭安顺等[6]成功地以稀土改性SO42-/TiO2催化合成尼泊金乙酯，其合成的最佳工艺条件为：酸醇摩尔比为1:3，催化剂用量为20g/mol酸，装置盛有吸水剂MgSO4的索氏提取器、油浴中加热回流反应3h，用5%NaOH与水洗涤，用15%乙醇与活性炭重结晶。稀土改性的SO42-/TiO2固体超强酸制备简便，原料易得，催化合成对羟基苯甲酸乙酯、丙酯、丁酯产率高，无污染，且分离容易，是一种具有良好应用前景的催化剂。 4杂多酸及其固载化催化合成尼泊金酯
2000年杨水金等[7]人成功的利用固载杂多酸TiSiW12O40/TiO2催化合成尼泊金丙酯，实验研究结果显示，其反应的最佳条件为：醇酸摩尔比为4:1,催化剂用量为反应物料总量的2.0%，反应时间2h，在此条件下，尼泊金丙酯的收率为89.2%，尼泊金丁酯的收率为91.1%。精制得到尼泊金酯为白色晶体，质量好。酯化温度低，，反应时间短，催化剂用量少且可较好地回收循环使用，无废酸排放，工艺流程简便，可降低生产成本。因此，固载化杂多酸TiSiW12O40/TiO2是合成尼泊金酯的优良催化剂，具有良好的应用
前景。
5水合硫酸铝催化合成尼泊金酯
高丽新等[8]利用水合硫酸铝催化合成尼泊金丁酯和甲酯。其实验过程和结果表明，以Al2(SO4)3·18H2O作为催化剂，虽然工艺简单，不腐蚀设备，可重复使用，但在后处理所产生的氢氧化铝胶体严重影响产品的分离纯化，因而收率虽然高但产率却低，实际上是一种不可取的酯化方法。 6 维生素C催化合成尼泊金酯
许文范等[9]利用维生素C作催化剂成功的合成了尼泊金正丁酯和异丁酯，尼泊金正丁酯的合成优化条件是：酸醇摩尔比为1:3，维生素C用量为对羟基苯甲酸质量的12%，反应时间2.5h，在上述条件下，尼泊金正丁酯收率为93.0%；尼泊金异丁酯的优化条件是：酸醇摩尔比为1:5，维生素C的用量为对羟基苯甲酸质量的15%，反应时间为3h,尼泊金异丁酯的收率为91.3%。由于尼泊金异丁酯较尼泊金正丁酯存在较大的位阻，合成尼泊金异丁酯的反应条件较为苛刻。 维生素C具有催化性能良、合成工艺简单，无毒、无污染、无腐蚀性、价廉易得等优点，在尼泊金酯合成中具有较好的应用前景。同时此研究为国内维生素C的应用领域的扩大提供了新的思路。 7对甲苯磺酸催化合成尼泊金酯
刘汝锋等[10]利用磺酸催化原甲酸三乙酯脱水法合成高转化率的尼泊金乙酯产品，该种方法目标产品转化率高，反应时间短，最佳配料比为乙醇:对羟基苯甲酸=3:1；不足之处是苯磺酸在后处理方面存在较大问题。 8磺酸树脂催化合成尼泊金酯
曾立华等[11] 利用磺酸树脂作催化剂，成功地合成了尼泊金甲酯、乙酯、丙酯、丁酯，合成过程中采用大孔磺酸树脂催化合成尼泊金酯，用3A或4A作脱水剂，醇酸物质的量比为5:1，催化剂用量为酸质量的2.0%，反应时间为5h,收率可达82.6%。该种方法的优点是催化剂可重复使用、产物与催化剂易分离、原料易回收、副反应少；缺点大孔磺酸树脂只适合合成四碳以上的酯，不适合催化合成甲酯、乙酯、丙酯等低级酯。 9硫酸氢盐催化合成尼泊金酯
陈丹云[12]等利用硫酸氢盐催化合成尼泊金丁酯，硫酸氢盐（如硫酸氢钠、硫酸氢钾等）是固体酸催化剂中的一种，它是价廉易得、稳定的无机晶体，与一般液体酸催化剂相比具有以下优点：分离操作方便，难溶于有机反应体系，对设备腐蚀小，催化合成尼泊金丁酯收率高，反应时间较短，产品色泽好。且产品不经重结晶，熔点达到使用要求，是一种合成尼泊金酯的良好的无机固体酸催化剂。 10硫酸盐催化合成尼泊金丁酯
利用固体超强酸、杂多酸、硫酸氢盐及三氯化铁等为催化剂均能不同程度地克服浓硫酸催化存在的某些弊端。蔡永红等[13]首次采用稀有金属硫酸镓为催化剂合成目标产
物，取得比较理想的实验研究结果。结果表明该催化剂具有催化活性高，后处理方便，不需加带水剂等优点，最佳反应条件为：醇酸物质的量之比为4:1，反应时间为5h，催化剂用量为0.6g ,收率可达94.8%。 11 固体超强酸催化合成尼泊金酯
固体超强酸是比100%的硫酸更强的酸。固体超强酸具有不腐蚀设备、不污染环境、不怕水、耐高温、反应活性高、选择性好、不易中毒等优点，同时可以重复使用，因而极具工业应用价值。夏赞成等[14]以新型磁性固体酸ZrO2/Fe3O4为催化剂，成功地合成了尼泊金丁酯，其反应最佳工艺条件为：醇酸摩尔比为4:1，催化剂用量为7%，回流温度下反应3h，重结晶后产率达88.2%,反应结束后催化剂分离十分方便，可重复使用，且寿命较长，具有良好的工业应用价值。 12 近年的研究情况
黄艳仙等[15]以酸性离子液体[Hmim]HSO4 为催化剂，对羟基苯甲酸和正丙醇为原料合成了尼泊金丙酯，采用丙醇－水共沸的原理，以丙醇自身做反应溶剂及带水剂，避免了使用苯、环己烷等做带水剂，减少了对环境的污染，具有产率高、对设备的腐蚀性较小、对环境友好、催化剂可循环使用等优点，符合绿色化学发展的方向。
王勤[16]以对羟基苯甲酸和正丙醇为原料，可膨胀石墨为催化剂，经过回流脱水酯化法直接合成尼泊金丙酯，该方法产率高，反应时间短，操作简单，不污染环境，酯化率高，催化剂可重复使用等特点，具有广阔的应用前景。
徐斌等[17]采用超声波辅助活性炭负载杂多酸盐催化合成尼泊金丁酯，以对羟基苯甲酸和正丁醇为原料，活性炭负载Keggin型杂多酸盐[(CH2)5SiMo12O40为催化剂，在超声波辐射下合成尼泊金丁酯，这一方法克服了催化剂流失问题，缩短酯化反应时间，提高产率，为该类化合物的绿色合成及工业化生产提供了一种新的方法。
4 纵观各种生产的方法的可行性
经过以上简单的综述，在许多种相近或不相近的尼泊金酯合成方法中，产率在80%以上的方法，大多数采用的催化剂都是固体酸类，它们有着便于运输，可重复使用，不污染环境等诸多优点。相比于浓硫酸直接催化，浓硫酸（微波照射）反应大大节省反应时间和反应耗能；结晶氯化铁FeCl3·XH2O和水合硫酸铁铵用量少，反应时间短，产率较高，合成操作方便、对设备腐蚀小、对环境污染低；稀土化合物催化合成尼泊金酯，稀土化合物具有很高的催化活性与选择性，用量少，反应时间短，无副作用，无腐蚀，无污染，易分离，可回收循环使用；杂多酸及其固载化对许多反应具有高的催化活性和选择性，并且不挥发、污染少、可以大大减轻对设备的腐蚀；水合硫酸铝催化合成尼泊金酯，工艺简单，不腐蚀设备，可重复使用；维生素C具有催化性能良、合成工艺简单，无毒、无污染、无腐蚀性、价廉易得等优点，在尼泊金酯合成中具有较好的应用前景；