情境情境2 2 食品添加剂对羟基苯甲酸食品添加剂对羟基苯甲酸丙酯的合成丙酯的合成（酯化反应）（酯化反应） 复习：复习： 酯化反应酯化反应通常是指醇或酚和含氧酸类通常是指醇或酚和含氧酸类（包括无机和有机酸）或其衍生物作用生成（包括无机和有机酸）或其衍生物作用生成酯的过程。酯的过程。 其实质是醇或酚分子中的其实质是醇或酚分子中的羟基氢原子羟基氢原子被被酰基酰基取取代而生成酯的反应，又叫做代而生成酯的反应，又叫做O- -酰化酰化反应。反应。酯化方法酯化方法1 1、 用羧酸的酯化用羧酸的酯化（酯化反应）（酯化反应）2 2、用酸酐的酯化、用酸酐的酯化3、酰氯法酰氯法4 4、 酯交换（用酯的酯化）酯交换（用酯的酯化）5、其他成酯化法、其他成酯化法本情境实现的三个目标：本情境实现的三个目标：n知识目标：知识目标：掌握酯化反应的定义、分类、特点掌握酯化反应的定义、分类、特点及反应影响因素。通过知识拓展具有有机合及反应影响因素。通过知识拓展具有有机合成中的活性中间体与酸碱理论的知识储备，成中的活性中间体与酸碱理论的知识储备，并加入并加入少量的红外光谱的知识。少量的红外光谱的知识。 能力目标：能力目标：利用所学酯化反应的知识及常见的反应仪利用所学酯化反应的知识及常见的反应仪器和设备、组装对羟基苯甲酸丙酯的合成装置、完成产器和设备、组装对羟基苯甲酸丙酯的合成装置、完成产品的合成及提纯操作，具有从事酯化反应产品研发的职品的合成及提纯操作，具有从事酯化反应产品研发的职业基础能力和一定的创新能力。业基础能力和一定的创新能力。n情感目标：情感目标：学习食品添加剂知识，培养学生热爱生活，学习食品添加剂知识，培养学生热爱生活，合成对羟基苯甲酸丙酯的产品，培养学生热爱化工产品合成对羟基苯甲酸丙酯的产品，培养学生热爱化工产品合成这门课程，热爱化工产品的合成技术，同时使学生合成这门课程，热爱化工产品的合成技术，同时使学生具有一定的勤奋好学、严谨务实、团结协作、积极进取具有一定的勤奋好学、严谨务实、团结协作、积极进取的态度及团队协作精神。的态度及团队协作精神。3食品防腐剂n 防腐剂防腐剂是为了抑制食品腐败和变质，是为了抑制食品腐败和变质，延长贮存期和保鲜期的一类添加剂。延长贮存期和保鲜期的一类添加剂。 目前常用的食品防腐剂主要有4类：苯甲酸及其盐类苯甲酸及其盐类山梨酸及其盐类山梨酸及其盐类丙酸及其钠盐丙酸及其钠盐酯型防腐剂：酯型防腐剂：对羟基苯甲酸酯类对羟基苯甲酸酯类 对羟基苯甲酸酯类对羟基苯甲酸酯类（甲、乙、丙、甲、乙、丙、异丙异丙、丁、丁、异异丁、庚等酯）丁、庚等酯） （尼伯金酯）（尼伯金酯） 。n 对霉菌、酵母菌的作用较强，对革兰阴性杆菌及乳酸菌作用较差。其抗菌力比苯甲酸、山梨酸强，使用量约为苯甲酸钠的1/10，毒性低于苯甲酸，使用范围pH=48。抗菌作用随着烷基(R-)链的增长而增强。它是无色结晶或白色结晶粉末，无味，无臭、对光和热稳定，吸湿性极小。缺点是水溶性较差，价格较高。用量：用量： 酱油酱油0.25 g/kg0.25 g/kg 醋醋0.10 g/kg0.10 g/kg 饮料饮料0.10 g/kg0.10 g/kg 果汁果汁0.20 g/kg0.20 g/kg一、一、食品防腐剂食品防腐剂对羟基苯甲酸丙酯对羟基苯甲酸丙酯的合成工作任务的合成工作任务表表2-1 2-1 产品开品开发项目任目任务书编号：XXXXXX项目项目名称名称内容内容技术要求技术要求执行标准专业指标专业指标理化指标对羟对羟基苯基苯甲酸甲酸丙酯丙酯产品产品合成合成合成路合成路线；合线；合成原料；成原料；工艺条工艺条件；产件；产品精制；品精制；检测方检测方法等。法等。中文名称：尼泊金丙酯中文名称：尼泊金丙酯; ;对羟基对羟基苯甲酸丙酯苯甲酸丙酯;4-;4-羟基苯甲酸丙酯羟基苯甲酸丙酯; ;英文名称：英文名称：Nipasol;propylNipasol;propyl p-p-hydroxybenzoatehydroxybenzoateCASCAS号：号：94-13-394-13-3分子式：分子式：C10H12O3分子量：分子量：180.20优级品纯度：优级品纯度：99.599.5外观：无色细小结晶或白色结晶性粉末，几外观：无色细小结晶或白色结晶性粉末，几乎无臭，稍有涩味。乎无臭，稍有涩味。熔点：熔点：95959898沸点：沸点：295295溶解性：微溶于水溶解性：微溶于水(0.05g(0.05g100ml100ml，25)25)，易溶于乙醇易溶于乙醇(95g(95g100mI)100mI)、丙酮、丙酮(105g(105gl00ml)l00ml)，可溶于花生油，可溶于花生油(1.4g/100ml)(1.4g/100ml)。密度：密度：1.06301.0630折射率：折射率：1.50501.5050（2020）毒性毒性LDLD5050(mg/kg)(mg/kg)：小鼠经口：小鼠经口37003700参考国家标准-食品卷GB/T 5009.31-2003市场服务对象市场服务对象XXXXXX化工公司化工公司进度要求进度要求1 12 2周周项目负责人项目负责人（学生小组组长）（学生小组组长）开发人员学生小组成员1学生小组成员2学生小组成员3下达任务人下达任务人（教师）（技术部经理）（教师）（技术部经理） 日期：日期：（课程开发组）（技术总监）（课程开发组）（技术总监） 日期：日期：注：一式三联。一联技术总监留存，一联交技术部经理注：一式三联。一联技术总监留存，一联交技术部经理，一联交项目负责人。一联交项目负责人。二、工作任务分析二、工作任务分析n1. 对羟基苯甲酸丙酯分子结构的分析n分子式：分子式： C10H12O3n分子结构式： 合成路线设计思路合成路线设计思路：合成路线设计思路：顺合成分析法：即正向思维方法，从已知原料入手，顺合成分析法：即正向思维方法，从已知原料入手，找出合成所需的中间产物，逐步推向待合成的有机找出合成所需的中间产物，逐步推向待合成的有机物。其思维程序是：物。其思维程序是： 原料原料原料原料 中间产物中间产物中间产物中间产物 中间产物中间产物中间产物中间产物 产品产品产品产品逆合成分析法：即采用逆向思维方法，从产品入手，逆合成分析法：即采用逆向思维方法，从产品入手，逆推出合成该物质的前一步反应的物质，若该物质不是逆推出合成该物质的前一步反应的物质，若该物质不是原料，再进一步逆推出此中间产物又是如何从另一有机原料，再进一步逆推出此中间产物又是如何从另一有机物经一步反应而制得，如此至推到题目给定的原料。物经一步反应而制得，如此至推到题目给定的原料。产品产品产品产品 中间产物中间产物中间产物中间产物 中间产物中间产物中间产物中间产物 原料原料原料原料综合分析法：即采用顺逆向思维方法相结合，从两端综合分析法：即采用顺逆向思维方法相结合，从两端推中间或中间推向两端。推中间或中间推向两端。82 2 路线分析路线分析n逆向分析：逆向分析：n路线一：直接酯化法路线一：直接酯化法n逆向分析：逆向分析：n路线二：酯交换法路线二：酯交换法路线比较路线比较，选择路线一选择路线一有机合成的原则：有机合成的原则：原料丰富、价格低廉原料丰富、价格低廉 条件合适、操作方便条件合适、操作方便原理正确、步骤简单原理正确、步骤简单产物纯净、污染物少产物纯净、污染物少10能力拓展能力拓展 对羟基苯甲酸的生产对羟基苯甲酸的生产a a 、邻羟基苯甲酸热转位法、邻羟基苯甲酸热转位法nb b、对磺酰胺苯甲酸碱焙法、对磺酰胺苯甲酸碱焙法nC C、酚钾直接羧化法、酚钾直接羧化法三、对羟基苯甲酸丙酯的合成原理及影响因素三、对羟基苯甲酸丙酯的合成原理及影响因素n直接酯化法酯化酯化 酯化反应酯化反应通常是指醇或酚和含氧酸类通常是指醇或酚和含氧酸类（包括无机和有机酸）或其衍生物作用生成（包括无机和有机酸）或其衍生物作用生成酯的过程。酯的过程。 其实质是醇或酚分子中的其实质是醇或酚分子中的羟基氢原子羟基氢原子被被酰基酰基取取代而生成酯的反应，又叫做代而生成酯的反应，又叫做O- -酰化酰化反应。反应。酰化试剂：酰化试剂：羧酸；羧酸； 酸酐；酸酐； 酯（酯交换）酯（酯交换）（1 1）反反应应特特点点：酯酯化化反反应应是是可可逆逆反反应应，Kc4Kc4，一一般般只有只有2/32/3的转化率的转化率提高酯化率的方法：提高酯化率的方法： a a 增加反应物的浓度（一般是加过量的增加反应物的浓度（一般是加过量的低级低级醇）醇） b b 移走低沸点的酯或水移走低沸点的酯或水 用羧酸的酯化用羧酸的酯化（直接酯化反应）（直接酯化反应）（2） 酯化反应的活性次序：酯化反应的活性次序：酸相同时酸相同时 CH3OH RCH2OH R2CHOH R3COOH醇相同时醇相同时 HCOOH CH3COOH RCH2COOH R2CHCOOH R3CCOOH（3） 成酯方式成酯方式 酯化时，羧酸和醇之间脱水可有两种不同的方式：酯化时，羧酸和醇之间脱水可有两种不同的方式： 究竟按哪种方式脱水，与羧酸和醇的结构及反应条究竟按哪种方式脱水，与羧酸和醇的结构及反应条件有关。经同位素标记醇的办法证实：件有关。经同位素标记醇的办法证实：伯醇和仲醇伯醇和仲醇与羧酸的酯化是按与羧酸的酯化是按酰氧键断裂酰氧键断裂进行的。进行的。叔醇叔醇与羧酸的酯化是按与羧酸的酯化是按烷氧键断裂烷氧键断裂进行的。进行的。H H2 2O O中无中无O O1818，说明反应为酰氧断裂。说明反应为酰氧断裂。（4 4）酯化反应历程）酯化反应历程 1 1、2 2醇为酰氧断裂历程，醇为酰氧断裂历程，3 3醇（叔醇）为烷氧断裂历程。醇（叔醇）为烷氧断裂历程。n（1 1）增加反应物的浓度）增加反应物的浓度n正丙醇的过量。n对羟基苯甲酸：正丙醇的摩尔比通常要达到1：410左右。n（2 2）从体系中及时移走生成物）从体系中及时移走生成物n水与苯、甲苯、环己烷、三氯甲烷等多种有机溶剂易形成共沸物。n带水剂与醇的摩尔比通常为带水剂与醇的摩尔比通常为1:11:1。2.2.影响酯化反应的因素影响酯化反应的因素（1）反应物的结构n对羟基苯甲酸nHCOOH 1RCOOH 2RCOOH 3RCOOH序号序号羧酸羧酸转化率转化率/% /% （1h1h） 转化率转化率/% /% （极限）（极限）平衡常数平衡常数K Kc c1 12 23 34 45 56 67 78 89 910101111甲酸甲酸乙酸乙酸丙酸丙酸丁酸丁酸2-2-甲基丙酸甲基丙酸2,2-2,2-二甲基丙酸二甲基丙酸苯甲酸苯甲酸苯乙酸苯乙酸苯丙酸苯丙酸对甲基苯甲酸对甲基苯甲酸肉桂酸肉桂酸61.6961.6944.3644.3641.1841.1833.2533.2529.0329.038.288.288.628.6248.8248.8240.2640.266.646.6411.5511.5564.2364.2367.3867.3868.7068.7069.5269.5269.5169.5172.6572.6572.5772.5773.8773.8772.0272.0276.5276.5274.6174.613.223.224.274.274.824.825.205.205.205.207.067.067.007.007.997.997.607.6010.6210.628.638.63表表2-2 异丁醇与各种羧酸的酯化反应转化率和平衡常数异丁醇与各种羧酸的酯化反应转化率和平衡常数Kc(等物质的量比，等物质的量比，155)表表2-32-3乙酸与各种醇或酚的酯化反应转化率和平衡常数乙酸与各种醇或酚的酯化反应转化率和平衡常数KcKc( (等物质的量比，等物质的量比，155)155)序号序号醇或酚醇或酚转化率化率/% /% （1h1h）转化率化率/% /% （极限）（极限）平衡常数平衡常数K Kc c1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010甲醇甲醇乙醇乙醇丙醇丙醇丁醇丁醇二甲基甲醇二甲基甲醇三甲基甲醇三甲基甲醇烯丙醇丙醇二二烯丙基甲醇丙基甲醇苯甲醇苯甲醇苯酚苯酚55.5955.5946.9546.9546.9246.9246.8546.8526.5326.531.431.4335.7235.7210.3110.3138.6438.641.451.4569.5969.5966.5766.5766.8566.8567.3067.3060.5260.526.596.5959.4159.4150.1250.1260.7560.758.648.645.245.243.963.964.074.074.244.242.352.350.00490.00492.182.181.011.012.392.390.00890.0089正丙醇正丙醇1ROH 2ROH 3ROH （2）催化剂n硫酸n最常用的催化剂之一。n优点：可溶于反应体系中，反应条件较温和、催化效果好、性质稳定、吸水性强及价格低廉等。n缺点（1）反应温度超过160，易使反应物发生磺化、碳化、聚合、脱水生成烯烃或醚以及异构化等副反应，不饱和酸、羟基酸、甲酸、草酸和丙酮酸、碳链较长、分子量较大的羧酸和醇，不宜用硫酸催化酯化，n（2）腐蚀生产设备，后处理麻烦，产品色泽较深等。 n对甲苯磺酸n是一种强的固体有机酸，腐蚀性和三废污染比硫酸小，副反应少，价廉易得，易于保管、运输和使用，催化剂用量小，是一种适合于工业化生产的催化剂。苯磺酸、硫酸氢乙酯和乙基磺酸的催化效果都相当好。但价格较贵。n用量一般为5%左右。n氯化铁n易从酯化反应体系中回收分离。但由于传质的原因及本身酸性较弱，催化效率较硫酸等低，反应所需的时间较长。n用量一般为3左右。n强酸性阳离子交换树脂n为固体强酸，由于能解离出H+，故可作为酯化反应的催化剂。但由于传质的原因，催化效率较硫酸等稍低。n优点是：反应条件温和、选择性好；产物后处理简单，无需中和及水洗；树脂可循环使用，并可进行连续化生产；对设备无腐蚀以及减少废水排放量。由于上述优点，强酸性阳离子交换树脂已广泛用于酯化反应，其中最常用的有酚磺酸树脂及磺化苯乙烯树脂。离子交换树脂目前已商品化，可由商品牌号查得该树脂的性质及组成。（3）反应温度n羧酸与醇在液相中进行酯化时几乎不吸收或放出热，因此平衡常数与温度基本无关。通常采用催化剂后，反应温度在70150左右均可顺利发生酯化反应。（4）搅拌主反应：主反应：副反应：四、合成工艺条件四、合成工艺条件酯化反应工艺条件如下：n（1）物料配比nn（对羟基苯甲酸）n（正丙醇）0.10.8 n实训室合成：对羟基苯甲酸 .13.8g（4.14g） 0.1moln 正丙醇 60ml（18g） 0.8molnV(正丙醇)：V（环己烷）=1：1n 环己烷 60ml（18ml）n（2）反应温度n 反应液沸腾温度n（3）压力：常压五、五、对羟基苯甲酸丙酯的合成装置对羟基苯甲酸丙酯的合成装置 六、操作六、操作分水器的使用原理 n分水器的原理很简单：一种有机溶剂与水在室温下不互溶，但是可以形成共沸物，其密度比水小，这样的溶剂，常见的有甲苯，当分水器（上端装冷凝管）内充满了溶剂（可以事先加一部分，也可以不加，不加的话，反应体系中要多加分水器容积的溶剂），溶剂与水在分水器中分层，水积在分水器下部，溶剂返流到反应体系里去。其实就两个核心点：与水共沸不互溶，密度比水小。