相轉(zhuǎn)移催化法制備對(duì)甲氧基苯甲酸

袁 鵬，章 麗，馮永勝

（浙江圣效化學(xué)品有限公司，浙江衢州 324000）

1 對(duì)甲氧基苯甲酸

1.1 對(duì)甲氧基苯甲酸的產(chǎn)品用途及領(lǐng)域

對(duì)甲氧基苯甲酸又稱(chēng)大茴香酸，是一種醫(yī)藥和香料的中間體，作為藥物中間體可以合成茴拉西坦、酪氨酸酶抑制劑、乙胺磺膚酮等。作為香料中間體可以制備大茴香醛、大茴香醇及其酯類(lèi)，為牙膏、牙粉和酒類(lèi)、糖果、飲料及煙草加香，還可用于日用香精中。

1.2 對(duì)甲氧基苯甲酸的安全注意事項(xiàng)

在接觸對(duì)甲氧基苯甲酸時(shí)，要避免與皮膚和眼睛的接觸，要做好嚴(yán)格的保護(hù)措施，可以穿合適的防護(hù)服，戴好手套。如果不慎接觸到皮膚，脫去被污染的衣服，用大量的清水沖洗接觸部位；接觸到眼睛部位，應(yīng)該立即提起眼瞼，用流動(dòng)的清水或者是生理鹽水進(jìn)行沖洗，然后迅速就醫(yī)；當(dāng)不慎吸入，應(yīng)迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)到空氣新鮮的地方，保持呼吸的通暢，如果出現(xiàn)了呼吸困難，應(yīng)該要進(jìn)行吸氧，如果出現(xiàn)了呼吸停止，要立即進(jìn)行人工呼吸，然后迅速就醫(yī)；當(dāng)不慎食入，可以飲用足量的溫水來(lái)催吐，然后迅速就醫(yī)。

1.3 操作處置和儲(chǔ)存

相關(guān)的操作人員應(yīng)該經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作流程，操作處置應(yīng)在具備通風(fēng)或者全面通風(fēng)可以換氣設(shè)施的場(chǎng)所進(jìn)行；工作場(chǎng)所也應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離火種、熱源的地方，在公共場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙；如果需要進(jìn)行罐裝，應(yīng)該控制其流速，且要有相應(yīng)的接地裝置，防止靜電的積蓄，在搬運(yùn)的過(guò)程中輕裝輕卸，防止包裝及容器的損壞；倒空的容器可能會(huì)有殘留的有害物，所以在使用后要注意洗手，在工作場(chǎng)合也不要飲食。

在儲(chǔ)存的過(guò)程中，保持容器的密閉性，應(yīng)該儲(chǔ)存在陰涼、通風(fēng)性好的庫(kù)房，保證庫(kù)房的溫度不超過(guò)37℃，庫(kù)房的相應(yīng)設(shè)備要齊全，安裝避雷設(shè)備以及排風(fēng)系統(tǒng)，排風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)有導(dǎo)除靜電的接地裝置。

2 相轉(zhuǎn)移催化作用

2.1 發(fā)展歷史

相轉(zhuǎn)移催化就是一種催化劑，與兩種互不相溶的物質(zhì)（液體與液體、液體與固體）發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中催化劑能使參加反應(yīng)的一邊轉(zhuǎn)移到另一邊去，從而發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)。反應(yīng)速度在一定程度上的提高，并在兩相轉(zhuǎn)移負(fù)離子，稱(chēng)之為相轉(zhuǎn)移催化劑。起源于20世紀(jì)60年代一項(xiàng)新型的技術(shù)，但是在20世紀(jì)70年代初技術(shù)才慢慢發(fā)展起來(lái)，市場(chǎng)上醫(yī)藥、香料、農(nóng)藥等制造行業(yè)慢慢地發(fā)展起來(lái)，帶來(lái)了很好的經(jīng)濟(jì)效益，以及在社會(huì)效益上有了更快的進(jìn)步，所以受到人們的極大關(guān)注。

2.2 相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)原理

相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)總的來(lái)說(shuō)可以分為三大類(lèi)：液-液相轉(zhuǎn)移催化法，固-液相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)，三相催化，適用范圍最為廣泛的是液-液相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)。

2.2.1 液-液相轉(zhuǎn)移的催化法

液相轉(zhuǎn)移催化法是一項(xiàng)復(fù)雜的傳質(zhì)反應(yīng)過(guò)程，比如常見(jiàn)的水-氫的交換反應(yīng)，如果在催化交換床上進(jìn)行的話，那么就會(huì)涉及其他兩種的催化反應(yīng)（相間轉(zhuǎn)化、催化交換反應(yīng)）。應(yīng)用前景十分廣闊，在冶煉這個(gè)領(lǐng)域發(fā)展是比較快的，在冶煉工程這方面是最為突顯的。

2.2.2 固-液相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)

相轉(zhuǎn)移催化劑能否應(yīng)用到固液體系的反應(yīng)中，答案是不可以的，催化劑能使兩種互相不能溶和的溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)的過(guò)程中一種實(shí)際反應(yīng)的實(shí)體發(fā)生轉(zhuǎn)移，所以只有底物在遇到的過(guò)程中才會(huì)發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)。

2.2.3 三相催化

聚合物不溶于水而且不溶于固體，所以稱(chēng)之為三相催化，催化劑使用過(guò)后的大量回收，干燥后活性不會(huì)受到影響，而且可以重復(fù)使用，加上現(xiàn)代化合工技術(shù)的日益發(fā)展，為化合工藝積累了理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。雖然可以大量回收，但是回收是比較困難的，所以在工業(yè)上催化劑價(jià)格昂貴，近年來(lái)三相催化發(fā)展成為新的催化法。

2.3 相轉(zhuǎn)移催化劑突出優(yōu)點(diǎn)

相轉(zhuǎn)移催化劑產(chǎn)品的收率高，所以在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的時(shí)候在相轉(zhuǎn)移催化劑的作用下，能夠使反應(yīng)物充分接觸，所以反應(yīng)過(guò)程是比較徹底的，而且可以加快反應(yīng)速率的同時(shí)又能降低反應(yīng)過(guò)程中的溫度，相對(duì)的負(fù)反應(yīng)容易控制，所以選擇性得到了很大的提高。正是因?yàn)檫@一系列的優(yōu)點(diǎn)，所以相應(yīng)化學(xué)合成操作簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求強(qiáng)度也比較低。

2.4 相轉(zhuǎn)移催化劑的種類(lèi)

2.4.1 翁鹽類(lèi)

作為早期適應(yīng)廣泛的一類(lèi)相轉(zhuǎn)移催化劑，其中包括季銨鹽、季磷鹽。翁鹽在水中能夠解離出其他的有機(jī)陽(yáng)離子。其中季銨鹽市場(chǎng)上的運(yùn)用最廣泛，人們對(duì)季銨鹽的化合物起初的認(rèn)識(shí)是在殺菌這方面開(kāi)始的，最開(kāi)始的殺菌劑就是季銨鹽的主要用途，在1915年第一次合成了季銨鹽化合物，由于殺菌劑的原因，所以為它的發(fā)展邁出了重要的一步，但是對(duì)于后面的研究卻沒(méi)有重視，直到后來(lái)將殺菌能力和化學(xué)式的結(jié)合，研究出可防止傷口感染，才慢慢引起人們的注意。而隨后季銨鹽殺生劑才慢慢研究，成為領(lǐng)域的重點(diǎn)對(duì)象。

2.4.2 聚醚類(lèi)

聚醚由含有活性氫基因的化合物在催化劑作用下通過(guò)加聚反應(yīng)所得，所生產(chǎn)出來(lái)的都是重要的衍生產(chǎn)品，儲(chǔ)存在陰涼干燥的通風(fēng)的環(huán)境下，運(yùn)輸過(guò)程中要防止日曬雨淋，防止碰撞。聚醚的毒性很低，所以日常生活藥物和滴眼、耳劑和洗發(fā)劑都有廣泛的用途。所以聚醚的價(jià)格在市場(chǎng)上容易出現(xiàn)波動(dòng)，供給和需求關(guān)系的變動(dòng)，原材料因?yàn)閮r(jià)格的浮動(dòng)導(dǎo)致聚醚價(jià)格上的改變。

2.4.3 杯芳烴

杯芳烴是由苯酚和甲醛通過(guò)縮合反應(yīng)生成的，在苯酚的2，6位以亞甲基相連的大環(huán)化合物。這類(lèi)化合物分子的形狀像一個(gè)杯子。因此得名杯芳烴。杯芳烴的一些衍生物有很高的催化活性，有些比翁鹽類(lèi)和聚醚類(lèi)的催化活性還高。杯芳烴是在堿性的條件下通過(guò)縮合反應(yīng)而得到的化合物，熔點(diǎn)很高，幾乎不能溶于水的。和常用的相轉(zhuǎn)移催化劑相比，杯芳烴在反應(yīng)時(shí)使用催化劑的用量更少，時(shí)間上更短，而且活性更高。

3 相轉(zhuǎn)移化制備對(duì)甲氧基苯甲酸

對(duì)甲氧基苯甲酸分子式為C8H8O3。對(duì)甲氧基苯甲酸的制備方法，一般是采用對(duì)羥基苯甲酸在堿性（氫氧化鈉）的條件下，通過(guò)硫酸二甲酯進(jìn)行甲基化，反應(yīng)過(guò)程如下：

由于在反應(yīng)過(guò)程中消耗了大量的堿，所以在其反應(yīng)后還需通過(guò)相應(yīng)的酸進(jìn)行酸化（這里用的是濃硫酸），與酸的反應(yīng)如下：

由于合成對(duì)甲氧基苯甲酸對(duì)羥基苯甲酸的用量較大，而對(duì)羥基苯甲酸的價(jià)格又比較昂貴，從而成本相應(yīng)的會(huì)提高。因此介紹另外一種方法，通過(guò)甲苯酚和碘甲烷為原料，用聚乙二醇相轉(zhuǎn)移催化劑制備對(duì)甲氧基苯甲酸的方法。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

1）對(duì)甲基苯甲醚的制備

在500mL 錐形瓶中在磁力攪拌、油浴加熱的條件下，加入30g（0.75mol）的氫氧化鈉和150mL 的水，在攪拌下溶解至室溫，然后加入54g（0.5mol）的對(duì)甲酚（純度≥97%），攪拌、溶解后，在30min 內(nèi)滴加48mL（0.51mol）新蒸過(guò)的（用真空蒸餾）的硫酸二甲酯。再在100～110℃的條件下進(jìn)行加熱、回流4h，冷卻，分層，然后再將分層的油層進(jìn)行水洗（約50mL），放置，等待氧化，即得到對(duì)甲基苯甲醚。

2）對(duì)甲氧苯甲酸的制備

取得上述產(chǎn)品一半30g（0.25mol）加入催化劑溴化錳（MnBr2）和溴化鈷（CoBr2），各區(qū)取0.2g、100mL 的冰醋酸、40mL 乙酐，將其升溫至120℃，攪拌通入氧氣（流量200mL/min），在氧化過(guò)程中用TLC 進(jìn)行檢測(cè)，直到原料點(diǎn)消失，約3h 充分冷卻后結(jié)晶，可以得到黃色的晶體28g。再將母液濃縮后用苯萃取和蒸餾后，又得到產(chǎn)品6g，總計(jì)34g，熔點(diǎn)在181～183℃，總收率在89.4%。

3.1 實(shí)驗(yàn)原理（反應(yīng)方程式）

為了制備對(duì)苯甲酸，化學(xué)實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)的操作，了解相轉(zhuǎn)移催化劑制備苯甲酸的催化原理，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中應(yīng)該掌握制備的相關(guān)操作的技能（熱濾、抽濾、回流、重結(jié)晶）。

3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

3.2.1 加料反應(yīng)

2.7mL 甲苯、100mL 水、相轉(zhuǎn)移化催化劑0.2kg、幾顆沸石通過(guò)加熱分批次的加入高錳酸鉀，并用少量的水沖洗冷凝管內(nèi)壁，然后加熱回流2～3h，同時(shí)需要持續(xù)搖動(dòng)燒瓶，只到油層消失，停止反應(yīng)。

3.2.2 提純

混合物在反應(yīng)的過(guò)程中用減壓抽濾操作，并用熱水洗滌過(guò)程中的殘?jiān)胍郊姿崮軌蛉课龀?，還要進(jìn)行濃鹽酸的酸化，將抽濾和洗滌進(jìn)行整合，如果在上述的過(guò)程中，產(chǎn)品還是不夠純凈，可用熱水進(jìn)行重結(jié)晶的操作，還可加入適量的活性炭進(jìn)行褪色。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

注意事項(xiàng)包括：①高錳酸鉀分批加入，避免反應(yīng)激烈從回流管上端噴出；②非均反應(yīng)時(shí)應(yīng)搖動(dòng)裝置，使反應(yīng)充分。

3.4 合成反應(yīng)式

合成反應(yīng)式如下。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)在有機(jī)合成中得到了廣泛的應(yīng)用，完成了實(shí)際性突破，相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)由于操作化的簡(jiǎn)單，反應(yīng)中速度的提升，而且采購(gòu)的材料比較普通而且價(jià)格低廉，對(duì)于生產(chǎn)廠家后期可以進(jìn)行工藝技術(shù)的提升，生產(chǎn)成本經(jīng)費(fèi)的降低，在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力逐漸提高，對(duì)于相轉(zhuǎn)移技術(shù)的發(fā)展有著重要的意義。一些常用的催化劑因?yàn)閮r(jià)格昂貴，反應(yīng)后期濾渣難以進(jìn)行回收和改進(jìn)，所以相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)機(jī)理還需要進(jìn)一步的改進(jìn)和探索，從而獲得高效的催化劑和完美的反應(yīng)工藝，價(jià)格降低，相轉(zhuǎn)移技術(shù)因?yàn)榉磻?yīng)產(chǎn)率較高，反應(yīng)條件溫和，但產(chǎn)出的純度很高，所以相轉(zhuǎn)移技術(shù)可以做到其他不能進(jìn)行的反應(yīng)可以順利進(jìn)行。