CN114874087A - 对羟基苯甲酸及其制备方法、尼泊金酯类的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对羟基苯甲酸及其制备方法、尼泊金酯类的制备方法。本发明的对羟基苯甲酸的制备方法包括：S110、成盐：将苯酚与碱金属氢氧化物进行混合、反应，获得第一反应物；S120、羧基化：将所述第一反应物与二氧化碳进行混合、反应，获得第二反应物；S130、酸析：将所述第二反应物与无机酸进行混合、反应，获得所述对羟基苯甲酸。本发明的制备方法工艺简单、成本低廉，能够获得性能优异的对羟基苯甲酸。该对羟基苯甲酸适用于尼泊金酯类的制备。
Description
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种对羟基苯甲酸及其制备方法、尼泊金酯类的制备方法。
背景技术
对羟基苯甲酸是一种有机化合物，分子式为C7H6O3，纯品为无色的细小结晶或结晶状粉末。对羟基苯甲酸酯类除对真菌有效外，由于它具有酚羟基结构，所以抗细菌性能比苯甲酸、山梨酸都强。对羟基苯甲酸酯类的特点，是其毒性比苯甲酸低，抑菌作用与pH值无关。除了用作食品的防腐剂外，对羟基苯甲酸还可作为药物、化妆品的防腐剂使用。
如何提供一种成本低廉、工艺简便的对羟基苯甲酸的制备方法，是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明旨在提供一种对羟基苯甲酸及其制备方法、尼泊金酯类的制备方法。
本发明提供的对羟基苯甲酸的制备方法，包括：
S110、成盐：将苯酚与碱金属氢氧化物进行混合、反应，获得第一反应物；
S120、羧基化：将所述第一反应物与二氧化碳进行混合、反应，获得第二反应物；
S130、酸析：将所述第二反应物与无机酸进行混合、反应，获得所述对羟基苯甲酸。
进一步地，所述碱金属氢氧化物包括以下至少之一或其组合：氢氧化钠、氢氧化钾。
进一步地，所述无机酸包括以下至少之一或其组合：硫酸、盐酸。
进一步地，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钾；所述S110包括：
S111、将所述苯酚与所述氢氧化钾加入反应釜中混合，加热至第一温度并同步搅拌，直至游离碱达到0.3％至1.2％；
S112、采用导热油升温加热并进行常压脱水，直至温度达到第二温度时改为减压脱水；
S113、在加压条件下蒸水，用导热油加热至第三温度时结束脱水，获得所述第一反应物；
其中，所述第一反应物为苯酚钾。
进一步地，所述第一温度为95℃至105℃。
进一步地，所述第二温度为135℃至145℃。
进一步地，所述第三温度为195℃至205℃。
进一步地，所述S111中所述搅拌的时间为20min至40min。
进一步地，所述S113中所述加压条件的压力为10千帕至11千帕。
进一步地，所述S113中所述蒸水的时间为0.5h至1h。
进一步地，所述S113中所述用导热油加热至第三温度的过程中的压力为2千帕至3千帕。
进一步地，所述第一温度为100℃；所述第二温度为140℃；所述第三温度为200℃；所述S111中所述搅拌的时间为30min；所述S113中所述加压条件的压力为10.6千帕；所述S113中所述蒸水的时间为0.5h至1h；所述S113中所述用导热油加热至第三温度的过程中的压力为2.76千帕。
进一步地，所述S120包括：
S121、将所述第一反应物用导热油加热至第四温度，通入净化无水的所述二氧化碳，在保压环境下进行反应；
S122、降温至第五温度，并持续搅拌，直至反应完毕，获得所述第二反应物；
其中，所述第二反应物为对羟基苯甲酸二钾盐。
进一步地，所述第四温度为220℃至230℃。
进一步地，所述保压环境的压力为0.5MPa。
进一步地，所述保压环境下进行反应的反应时间为4.5h。
进一步地，所述第五温度为200℃。
进一步地，所述持续搅拌的时间为30min。
进一步地，所述S120还包括：
S123、在反应完毕后，在原生产系统中用真空泵抽真空，使反应过程中生产或剩余的液相苯酚蒸发成气体后经冷凝器冷凝，由苯酚计量槽接受，以待下一轮成盐反应时投入反应釜中使用。
进一步地，所述S130包括：
S131、在脱色釜中将所述第二反应物加水溶解，活性炭脱色；
S132、将所述无机酸逐渐加入所述第二反应物，在不超过70℃的温度条件下中和至pH值为1至2，过滤、离心分离，获得对羟基苯甲酸粗品；
S133、将所述对羟基苯甲酸粗品进行水洗、蒸汽烘干、粉碎，获得所述对羟基苯甲酸。
本发明提供了一种尼泊金酯类的制备方法，包括：
S10、酯化：将采用上述任一技术方案的制备方法获得对羟基苯甲酸与醇类化合物进行混合、反应，获得第一反应物；
S20、后处理：对所述第一反应物进行中和、脱色、浓缩结晶、离心、烘干，获得所述尼泊金酯类。
本发明提供了一种对羟基苯甲酸，所述对羟基苯甲酸采用上述任一技术方案所述的制备方法获得。
本发明的有益效果为：本发明的制备方法工艺简单、成本低廉，能够获得性能优异的对羟基苯甲酸。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例的步骤流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种对羟基苯甲酸的制备方法，包括：
S110、成盐：将苯酚与碱金属氢氧化物进行混合、反应，获得第一反应物；
S120、羧基化：将所述第一反应物与二氧化碳进行混合、反应，获得第二反应物；
S130、酸析：将所述第二反应物与无机酸进行混合、反应，获得所述对羟基苯甲酸。
本发明的制备方法工艺简单、成本低廉，能够获得性能优异的对羟基苯甲酸。
在本发明实施例中，对羟基苯甲酸生产的工艺采用了“苯酚羧化”技术。具体而言，对羟基苯甲酸合成工艺包括：成盐、羧基化和酸析三个主要工序。
示例性地，所述碱金属氢氧化物包括以下至少之一或其组合：氢氧化钠、氢氧化钾。
示例性地，所述无机酸包括以下至少之一或其组合：硫酸、盐酸。
优选地，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钾，所述无机酸为硫酸。
下面以氢氧化钾和硫酸作为示例，列出成盐、羧基化和酸析三个主要工序的反应式。
在上述S110中，成盐反应的反应式如下：
在上述S120中，羧基化反应的反应式如下：
在上述S130中，酸析反应的反应式如下：
具体而言，所述S110包括：
S111、将所述苯酚与所述氢氧化钾加入反应釜中混合，加热至第一温度并同步搅拌，直至游离碱达到0.3％至1.2％；
S112、采用导热油升温加热并进行常压脱水，直至温度达到第二温度时改为减压脱水；
S113、在加压条件下蒸水，用导热油加热至第三温度时结束脱水，获得所述第一反应物；
其中，所述第一反应物为苯酚钾。
可以理解，第二温度高于第一温度。
示例性地，所述第一温度为95℃至105℃。
示例性地，所述第二温度为135℃至145℃。
示例性地，所述第三温度为195℃至205℃。
示例性地，所述S111中所述搅拌的时间为20min至40min。
示例性地，所述S113中所述加压条件的压力为10千帕至11千帕。
示例性地，所述S113中所述蒸水的时间为0.5h至1h。
示例性地，所述S113中所述用导热油加热至第三温度的过程中的压力为2千帕至3千帕。
优选地，所述第一温度为100℃；所述第二温度为140℃；所述第三温度为200℃；所述S111中所述搅拌的时间为30min；所述S113中所述加压条件的压力为10.6千帕；所述S113中所述蒸水的时间为0.5h至1h；所述S113中所述用导热油加热至第三温度的过程中的压力为2.76千帕。
在本实施例的部分实施方式中，S110具体包括：将氢氧化钾与苯酚加入反应釜中混合(苯酚采用专用苯酚计量槽封闭加入)，于100℃搅拌半小时，至酚钾液的游离碱为0.3～1.2％。导热油加热，进行常压脱水，至内温度为140℃时改为减压脱水，在10.6千帕压力下蒸水约0.5～1小时，用导热油加热至200℃(2.76千帕)结束脱水，得苯酚钾。
具体而言，所述S120包括：
S121、将所述第一反应物用导热油加热至第四温度，通入净化无水的所述二氧化碳，在保压环境下进行反应；
S122、降温至第五温度，并持续搅拌，直至反应完毕，获得所述第二反应物；
其中，所述第二反应物为对羟基苯甲酸二钾盐。
可以理解，第五温度低于第四温度。
示例性地，所述第四温度为220℃至230℃。
示例性地，所述保压环境的压力为0.5MPa。
示例性地，所述保压环境下进行反应的反应时间为4.5h。
示例性地，所述第五温度为200℃。
示例性地，所述持续搅拌的时间为30min。
在本实施例的部分实施方式中，S120具体包括：将成盐反应获得的苯酚钾继续用导热油加热至220～230℃，通入净化无水的二氧化碳(经气化后储存在缓冲罐内的)，压力维持在0.5MPa，反应4.5小时，降温至200℃，保持搅拌30分钟。
可以理解，在羧化结束后，需要对苯酚进行回收。
示例性地，所述S120还包括：
S123、在反应完毕后，在原生产系统中用真空泵抽真空，使反应过程中生产或剩余的液相苯酚蒸发成气体后经冷凝器冷凝，由苯酚计量槽接受，以待下一轮成盐反应时投入反应釜中使用。
其中，需要将物料冷却至180℃以下。
具体而言，所述S130包括：
S131、在脱色釜中将所述第二反应物加水溶解，活性炭脱色；
S132、将所述无机酸逐渐加入所述第二反应物，在不超过70℃的温度条件下中和至pH值为1至2，过滤、离心分离，获得对羟基苯甲酸粗品；
S133、将所述对羟基苯甲酸粗品进行水洗、蒸汽烘干、粉碎，获得所述对羟基苯甲酸。
其中，配酸的方式为在硫酸储罐边设置配酸装置(硫酸吸收塔)，配置30％的硫酸备用。
参见图1，在本发明实施例中，所述对羟基苯甲酸的制备工艺具体包括：
1、成盐，以氢氧化钾为原料，并添加乙醇为反应溶剂，反应结束后，先后进行常压脱水和减压脱水，获得苯酚钾，以及苯酚；
2、羧化，羧化工艺先通入二氧化碳，在进行减压并回收苯酚，获得对羟基苯甲酸二钾盐；
3、随后进行脱色、过滤、酸析以及过滤、离心，获得对羟基苯甲酸粗品；
4、对羟基苯甲酸粗品需要进行洗涤、烘干、粉碎，即得工业级的对羟基苯甲酸。
此外，对工业级对羟基苯甲酸再经过加水溶解，脱色、过滤，蒸汽烘干得聚合级对羟基苯甲酸。
其中，本发明实施例采用的原料配比可参加以下表1的物料平衡见表。
表1
本发明还提供了一种尼泊金酯类的制备方法，包括：
S10、酯化：将采用上述任一实施例的制备方法获得对羟基苯甲酸与醇类化合物进行混合、反应，获得第一反应物；
S20、后处理：对所述第一反应物进行中和、脱色、浓缩结晶、离心、烘干，获得所述尼泊金酯类。
示例性地，在所述S10中，以无机酸作为酯化反应的催化剂。
优先地，在所述S10中，以硫酸作为酯化反应的催化剂。
尼泊金酯又称：对羟基苯甲酸酯，简称：羟苯甲/乙/丙/丁酯，英文名：parabens，常见的尼泊金酯包括：尼泊金甲酯/乙酯/丙酯/丁酯。
尼泊金酯对霉菌、酵母菌和细菌有广泛的抗菌作用，对霉菌、酵母菌作用最强，但对细菌特别是革兰氏阴性杆菌及乳酸菌作用较差。尼泊金酯的作用机理在于抑制微生物细胞的呼吸酶系与电子传递酶系的活性以及破坏微生物的细胞膜结构，从而阻止霉菌、酵母菌、细菌的发育作用。尼泊金酯的烃基碳链越大，亲油性越强，这种作用越大，同时菌体对酯的吸附量越大，对细菌的发育阻止作用也越大。
尼泊金酯类在化妆品中的使用最为广泛，除了饱和溶液对眼睛有些刺激外，一般浓度在5％以下几乎是无毒无刺激的。实际上用于化汝品的浓度在0.2％就有良好的抑菌作用。尼泊金酯也广泛地应用于水剂、注射剂、软膏、丸剂、片剂、绷带和手术器械的杀菌防腐，以及手术器械的清洗消毒等方面。在工业上用于油脂、脂肪、淀粉和橡胶溶液的防腐防霉，总之具有广阔的发展前景。
在本发明实施例中，对尼泊金酯类生产的工艺采用了“酯化”技术。
示例性地，所述醇类化合物为甲醇，所述尼泊金酯类为所述尼泊金甲酯。
示例性地，所述醇类化合物为乙醇，所述尼泊金酯类为所述尼泊金乙酯。
示例性地，所述醇类化合物为丙醇，所述尼泊金酯类为所述尼泊金丙酯。
示例性地，所述醇类化合物为正丁醇，所述尼泊金酯类为所述尼泊金丁酯。
示例性地，所述醇类化合物为异丁醇，所述尼泊金酯类为所述尼泊金异丁酯。
示例性地，所述S10包括：
S11、将所述醇类化合物经计量槽计量后投入酯化锅中，开启搅拌电机，投入所述对羟基苯甲酸，并投入作为催化剂的硫酸；
S12、开启蒸汽阀门加热并控制反应温度，常压反应；
S13、反应结束后，回收所述醇类化合物。
下面以硫酸催化剂作为示例，列出酯化工序的反应式。
在上述S10中，制备所述尼泊金甲酯的反应式如下：
其中，所述醇类化合物为甲醇，所述尼泊金酯类为所述尼泊金甲酯，所述S12的反应温度为70℃至80℃，反应时间为8h至10h。
在上述S10中，制备所述尼泊金乙酯的反应式如下：
其中，所述醇类化合物为乙醇，所述尼泊金酯类为所述尼泊金乙酯，所述S12的反应温度为80℃至90℃，反应时间为8h至10h。
在上述S10中，制备所述尼泊金丙酯的反应式如下：
其中，所述醇类化合物为丙醇，所述尼泊金酯类为所述尼泊金丙酯，所述S12的反应温度为90℃至100℃，反应时间为8h至10h。
在上述S10中，制备所述尼泊金丁酯的反应式如下：
其中，所述醇类化合物为正丁醇，所述尼泊金酯类为所述尼泊金丁酯，所述S12的反应温度为105℃至120℃，反应时间为8h至10h。
在上述S10中，制备所述尼泊金异丁酯的反应式如下：
其中，所述醇类化合物为异丁醇，所述尼泊金酯类为所述尼泊金异丁酯，所述S12的反应温度为105℃至120℃，反应时间为8h至10h。
需要说明的是，在所述S10的反应过程中，所述酯化锅上部由所述醇类化合物生成的醇蒸汽经管道进入冷凝器冷凝，将冷凝下来的醇经管道送返回所述酯化锅内。
此外，在所述S10的反应结束后，通过夹套加热，使所述酯化锅内液体的所述醇类化合物成为醇蒸气，再经冷凝器冷却后，送去醇计量槽。
在本发明实施例的部分实施方式中，所述S20的中和步骤包括：
S21、中和：在中和锅内加水，开启搅拌电机，并将所述第一反应物压入所述中和锅内，用碳酸钠调整pH值；
S22、冷却：经过冷却后开始卸料，开启所述中和锅的阀门，是的物料下在离心机内，开启所述离心机的电机进行离心脱水，获得尼泊金酯类粗品。
其中，所述醇类化合物为甲醇，所述尼泊金酯类为所述尼泊金甲酯，所述S21的pH值为6.5至7.5。
其中，所述醇类化合物为乙醇，所述尼泊金酯类为所述尼泊金乙酯，所述S21的pH值为6.0至8.5。
其中，所述醇类化合物为丙醇，所述尼泊金酯类为所述尼泊金丙酯，所述S21的pH值为6.5至7.0。
其中，所述醇类化合物为正丁醇，所述尼泊金酯类为所述尼泊金丁酯，所述S21的pH值为6.5至7.5。
其中，所述醇类化合物为异丁醇，所述尼泊金酯类为所述尼泊金异丁酯，所述S21的pH值为6.5至7.5。
在本发明实施例的部分实施方式中，所述S20的脱色步骤包括：
S23、在脱色锅内加入醇类化合物，开启搅拌电机，加入活性炭，再加入所述尼泊金酯类粗品，开启蒸气加热至90℃至110℃，搅拌30min，开启空压机，用二氧化碳压料把物料压入浓缩锅内，压料压力控制在0.2MPa；
在本发明实施例的部分实施方式中，浓缩结晶、离心及烘干步骤包括：
S24、把经过脱色的物料压入浓缩锅内，并开启搅拌电机，开启蒸气阀门温度升至70℃至90℃，开始回收所述醇类化合物，回收结束后用冷却水把物料冷却，冷却温度到时，开启所述浓缩锅的放料阀，把物料放入结晶锅内，关掉所述浓缩锅的搅拌电机，并关闭冷却水进水阀和放料阀；
S25、待物料冷却结晶至室温，把物料放入离心机脱液；
S26、物料脱液后出料、烘干，获得所述尼泊金酯类。
可以理解，尼泊金酯类(对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸丙酯、对羟基苯甲酸丁酯、对羟基苯甲酸异丁酯)的生产除与对羟基苯甲酸进行酯化反应的醇不同，其工艺过程基本一致。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种对羟基苯甲酸的制备方法，其特征在于，包括：
S110、成盐：将苯酚与碱金属氢氧化物进行混合、反应，获得第一反应物；
S120、羧基化：将所述第一反应物与二氧化碳进行混合、反应，获得第二反应物；
S130、酸析：将所述第二反应物与无机酸进行混合、反应，获得所述对羟基苯甲酸；
所述碱金属氢氧化物包括以下至少之一或其组合：氢氧化钠、氢氧化钾；和/或
所述无机酸包括以下至少之一或其组合：硫酸、盐酸。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钾；所述S110包括：
S111、将所述苯酚与所述氢氧化钾加入反应釜中混合，加热至第一温度并同步搅拌，直至游离碱达到0.3％至1.2％；
S112、采用导热油升温加热并进行常压脱水，直至温度达到第二温度时改为减压脱水；
S113、在加压条件下蒸水，用导热油加热至第三温度时结束脱水，获得所述第一反应物；
其中，所述第一反应物为苯酚钾。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
所述第一温度为95℃至105℃；和/或
所述第二温度为135℃至145℃；和/或
所述第三温度为195℃至205℃；和/或
所述S111中所述搅拌的时间为20min至40min；和/或
所述S113中所述加压条件的压力为10千帕至11千帕；和/或
所述S113中所述蒸水的时间为0.5h至1h；和/或
所述S113中所述用导热油加热至第三温度的过程中的压力为2千帕至3千帕。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
所述第一温度为100℃；
所述第二温度为140℃；
所述第三温度为200℃；
所述S111中所述搅拌的时间为30min；
所述S113中所述加压条件的压力为10.6千帕；
所述S113中所述蒸水的时间为0.5h至1h；
所述S113中所述用导热油加热至第三温度的过程中的压力为2.76千帕。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S120包括：
S121、将所述第一反应物用导热油加热至第四温度，通入净化无水的所述二氧化碳，在保压环境下进行反应；
S122、降温至第五温度，并持续搅拌，直至反应完毕，获得所述第二反应物；
其中，所述第二反应物为对羟基苯甲酸二钾盐。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
所述第四温度为220℃至230℃；和/或
所述保压环境的压力为0.5MPa；和/或
所述保压环境下进行反应的反应时间为4.5h；和/或
所述第五温度为200℃；和/或
所述持续搅拌的时间为30min。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述S120还包括：
S123、在反应完毕后，在原生产系统中用真空泵抽真空，使反应过程中生产或剩余的液相苯酚蒸发成气体后经冷凝器冷凝，由苯酚计量槽接受，以待下一轮成盐反应时投入反应釜中使用。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述S130包括：
S131、在脱色釜中将所述第二反应物加水溶解，活性炭脱色；
S132、将所述无机酸逐渐加入所述第二反应物，在不超过70℃的温度条件下中和至pH值为1至2，过滤、离心分离，获得对羟基苯甲酸粗品；
S133、将所述对羟基苯甲酸粗品进行水洗、蒸汽烘干、粉碎，获得所述对羟基苯甲酸。
9.一种尼泊金酯类的制备方法，其特征在于，包括：
S10、酯化：将采用如权利要求1至9中任一项所述的制备方法获得对羟基苯甲酸与醇类化合物进行混合、反应，获得第一反应物；
S20、后处理：对所述第一反应物进行中和、脱色、浓缩结晶、离心、烘干，获得所述尼泊金酯类。
10.一种对羟基苯甲酸，其特征在于，所述对羟基苯甲酸采用如权利要求1至9中任一项所述的制备方法获得。
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