背景及概述[1]
對羥基苯甲酸酯又名對羥基安息香酯、尼泊金酯(NipaEster.Paraben)。用作殺菌防腐劑的有尼泊金甲酯、乙酯、丙酯、異丙酯、丁酯、異丁酯等。具有代表性的是尼泊金乙酯(尼泊金A.NipaginA.Ethylparaben.Ethylparasept)。本品為無色細小晶體或白色結(jié)晶性粉末，有特殊香氣，味微苦，灼麻。熔點：116～118℃，沸點：297～298℃(分解)。易溶于乙醇和乙醚，微溶于水、氯仿、二硫化碳和石油醚。分子式：C9H10O3，分子量：166.18。LD505g/kg(小鼠，經(jīng)口)，亞急性毒性試驗未發(fā)現(xiàn)血象異常及內(nèi)臟器官病理變化。濃度5%以下對人體皮膚無刺激性。ADI為0～10mg/kg。在尼泊金酯中，丁酯毒性最低，防腐殺菌力最強，但水溶性差，常與其他酯并用。
使用安全性[2]
世界上許多國家和地區(qū)允許對羥基苯甲酸酯鈉應用于食品，并認為它們一般是安全的，它們的添加量換算成對羥基苯甲酸酯(下同)均可達到0.1%，當幾種酯鈉復配使用時，其總量不超過0.1%。對羥基苯甲酸庚酯一般有選擇性地應用到一些食品中，在啤酒中，其用量為12mg/kg，在某些不含二氧化碳的軟飲料和水果類含酒精飲料中，用量可達20mg/kg。美國、英國和日本等發(fā)達國家都允許對羥基苯甲酸酯鈉應用到食品中，并認為是安全的。對羥基苯甲酸酯(鈉)、苯甲酸(鈉)和山梨酸(鉀)的毒性比較，可以看出，這三種防腐劑的表觀安全性山梨酸鉀最高，山梨酸鉀3對羥基苯甲酸酯鈉3苯甲酸鈉。但是，在實際使用中，對羥基苯甲酸酯鈉的添加量比苯甲酸鈉和山梨酸鉀少得多，食用同樣和同量的食品，攝入人體內(nèi)對羥基苯甲酸酯鈉的量也遠比苯甲酸鈉和山梨酸鉀低得多。因此，實際使用安全性對羥基苯甲酸酯鈉，對羥基苯甲酸酯鈉3山梨酸鉀3苯甲酸鈉。事實上，苯甲酸鈉作為食品添加劑在許多國家受到限制，我國也規(guī)定A級綠色食品中不允許使用苯甲酸鈉。由于對羥基苯甲酸酯鈉的添加量小，對羥基苯甲酸酯鈉的使用成本比山梨酸鉀低得多，與苯甲酸鈉接近。所以，對羥基苯甲酸酯鈉是一類值得開發(fā)的低毒、高效、廣譜性食品防腐劑，是與國際接軌，逐步取代苯甲酸鈉的產(chǎn)品。
抗菌活性[2]
對羥基苯甲酸酯30年代就被用作食品和藥品防腐劑，由于水溶性很差等原因，限制了對羥基苯甲酸酯在食品工業(yè)的應用。利用對羥基苯甲酸酯對位酚基的酸性，生產(chǎn)的對羥基苯甲酸酯鈉易溶于水，便于在食品工業(yè)推廣應用，值得指出的是，同苯甲酸鈉和山梨酸鉀的作用一樣，生產(chǎn)對羥基苯甲酸酯鈉是為了提高水溶性，起抗菌作用的還是分子態(tài)的對羥基苯甲酸酯。以干基計，1g對羥基苯甲酸甲酯鈉、對羥基苯甲酸乙酯鈉、對羥基苯甲酸丙酯鈉和對羥基苯甲酸丁酯鈉分別相當于0.873g對羥基苯甲酸甲酯、0.883g對羥基苯甲酸乙酯、0.891g對羥基苯甲酸丙酯和0.898g對羥基苯甲酸丁酯。對羥基苯甲酸酯鈉的作用機理是破壞微生物的細胞膜，使細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)變性，并抑制細胞的呼吸酶系和電子傳遞酶系的活性。對羥基苯甲酸酯鈉的抗菌活性主要是分子態(tài)起作用，由于其分子內(nèi)的羧基已被酯化，不再電離，而對位酚基的電離常數(shù)很小，對羥基苯甲酸酯鈉的抑菌作用在較寬的pH范圍內(nèi)均有良好的效果。苯甲酸鈉和山梨酸鉀的抑菌機理在于抑制微生物細胞內(nèi)的各種酶，只有分子態(tài)的苯甲酸和山梨酸能透過細胞壁進入微生物體內(nèi)細胞發(fā)揮抑菌活力。嚴格講，這三類防腐劑均為有機弱酸，在水溶液中均能電離，在溶液中存在分子態(tài)和離子態(tài)。
制備[3]
自20世紀90年代末綠色化學的概念被引入我國后，傳統(tǒng)的化學工藝遇到了人類社會的可持續(xù)發(fā)展要求的嚴重挑戰(zhàn)，研究新型催化劑成了化學工作者的重要方向，主要分為磺酸催化合成、無機物催化合成、固體超強酸催化合成及雜多酸催化合成對羥基苯甲酸酯幾個方面。
1.磺酸催化合成對羥基苯甲酸乙酯
磺酸催化合成對羥基苯甲酸乙酯又可分為對甲苯磺酸、氨基磺酸、強酸性陽離子交換樹脂合成羥基苯甲酸乙酯。
1）對甲苯磺酸 對甲苯磺酸是一種強有機酸，其對設備的腐蝕和三廢污染比硫酸小，不易引起其它副反應，產(chǎn)品色澤好、價廉易得、易于保存、運輸和使用，用量少、活性高，是一種替代硫酸的良好催化劑，能適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
2）氨基磺酸 氨基磺酸(H2N-SO2OH)和對甲苯磺酸一樣，是一種價廉、易得、穩(wěn)定的晶體。運輸、保管、使用方便、安全，不同的是它不溶于有機反應體系中，因此對設備的腐蝕小，合成產(chǎn)品收率高，分離出的氨基磺酸能夠重復催化使用，是合成對羥基苯甲酸乙酯的良好催化劑。當對羥基苯甲酸和乙醇的摩爾比為1∶4，氨基磺酸為反應物總量的10.3%，回流分水3h，對羥基苯甲酸乙酯收率達90.38%。
3）強酸性陽離子交換樹脂 強酸性陽離子交換樹脂是一種高分子磺酸，價廉易得，對設備無腐蝕，不污染環(huán)境，不會引起副反應，且不溶于反應體系中，易回收、可重復使用與再生，操作方便、是一種良好的環(huán)境友好催化劑，具有工業(yè)使用價值。
2. 無機物催化合成對羥基苯甲酸乙酯
無機物的催化作用的獨特之處在于它的催化作用因不同化合物而異，并不像磺酸催化一樣均為質(zhì)子酸催化。有一大類無機物是價廉易得的Lewis酸，其金屬原子具有能與羧酸中羰基氧配位的空軌道，因而具有催化酯化作用。同時它們對設備的腐蝕小，環(huán)境污染減少，催化劑用量少，是合成某些酯的良好催化劑。
1）Lewis酸催化 張乃茹等探討了三氧化二釹催化合成了對羥基苯甲酸乙酯，當0.1mol對羥基苯甲酸，0.5mol乙醇，1.2g催化劑(占酸用量的6%)，回流加熱4h，產(chǎn)品收率達78.4%。此催化劑不溶于反應體系，能夠重復用，對設備不腐蝕，不污染環(huán)境，是一種有實用價值的催化劑。
2）質(zhì)子酸催化 一水硫酸氫鈉(NaHSO4·
H2O)也是一種良好的酯化催化劑。它也是一種價廉、易得、穩(wěn)定的晶體，其水溶液呈強酸性，由于HSO-4的電離有H+存在，屬于質(zhì)子酸催化，能夠催化合成對羥基苯甲酸乙酯，得產(chǎn)品收率91.5%。將微波輻射引入該反應中，當0.1mol對羥基苯甲酸，0.4mol乙醇，0.4g催化劑，利用522W的微波輻射7min，產(chǎn)品收率達83.0%，使反應大大加速。
3. 固體超強酸催化合成對羥基苯甲酸乙酯
超強酸是酸強度比100%硫酸更強的酸。固體超強酸具有不腐蝕設備，不污染環(huán)境，不怕水，耐高溫，反應活性高，選擇性好，制備容易，易與反應體系分離，操作方便，不易中毒，易于回收，重復使用和再生等優(yōu)點，是一種優(yōu)良的環(huán)境友好催化劑。自1979年Hino等首次合成TiO2/SO2-4等新型固體超強酸后，研究和開發(fā)應用十分活躍，這種SO2-4/MxOy型固體超強酸在合成對羥基苯甲酸乙酯中也得到廣泛應用。
主要參考資料
[1] 精細化工辭典
[2] 新型高效低毒食品防腐劑———對羥基苯甲酸酯鈉
[3] 對羥基苯甲酸酯的研究進展