3-二羟基苯甲酸（共8篇）
3-二羟基苯甲酸 篇1
心肌缺血/再灌注损伤 (MIRI) 时迅速产生的活性氧类物质会使血管内皮细胞的完整性遭到破坏, 造成通透性增加, 而导致水肿的发生, 同时细胞核DNA被自由基攻击造成氧化伤害, 这是MIRI病理过程的重要触发因素[1,2,3]。从海藻中提取得到的多种卤酚化合物均表现出很好的抗氧化活性。本课题组以天然来源的卤酚化合物为先导化合物, 进行了结构优化和修饰, 合成了系列卤酚衍生物, 体外活性筛选结果显示, 全新结构化合物3’, 4’-二羟基-3-氯二苯甲酮 (LM46) 对过氧化氢损伤的人脐静脉内皮细胞具保护活性[4,5]。本实验利用在体大鼠MIRI研究LM46可能具有的药物后处理心肌保护作用。
1 材料与方法
1.1 材料
雄性健康SD大鼠, 体重230 g～260 g, 由山西医科大学实验动物中心。HX-200动物呼吸机 (成都泰盟科技有限公司) ;RM6240B生物信号采集处理系统, YPJO1型压力换能器 (成都医疗仪器厂) 。
LM46注射液由本课题组提供, Even’s blue染液购自Sigma公司;2, 3, 5-氯化三苯基四氮唑 (TTC) 染液购自AMRESCO公司;丙二醛 (MDA) 、超氧化物歧化酶 (SOD) 、乳酸脱氢酶 (LDH) 、肌酸激酶 (CK) 检测试剂盒均购自南京建成生物工程研究所。
1.2 方法
将实验动物随机分为6组, 每组8只。即假手术组、模型组、溶剂对照组及LM46低、中、高剂量组 (5 mg/kg、10 mg/kg、15 mg/kg) 。大鼠MIRI建立参照文献[6,7], 记录正常Ⅱ导联心电图 (ECG) 。在动脉圆锥与左心耳之间冠状动脉左前降支 (LAD) 处穿线, 除假手术组外, 其余各组在LAD下拉紧结扎线使硅胶管压迫LAD 造成血流阻断 (以ECGⅡ导联ST 段抬高0.1 mV或T波高耸, 心肌颜色变为暗红色, 作为LAD 结扎成功的标志) 。LAD供血区域左心室左前壁缺血40 min 后, 松开结扎线, 恢复血液LAD 再灌流。假手术组只穿过不结扎。再灌注过程开始1 min内, 模型组和假手术组静脉注射生理盐水1 mL/kg, 溶剂组静脉注射空白溶剂1 mL/kg作为对照, LM46分别经股静脉推注相应组别实验用药物, 再灌注3 h。
1.3 指标检测
测定各组大鼠心脏梗死面积[8]。血清酶学指标检测, TAB法测得血清中MDA含量。LDH、CK活力测定均按照试剂盒说明书规范操作[9]。
1.4 统计学处理
计量资料以均数±标准差
2 结 果
2.1 不同计量LM46对缺血/再灌注心肌梗死面积的影响 (见表1)
危险区面积占左心室面积的百分比 (AAR/LV) 在各组间无统计学意义, 表明在造模过程中, 结扎LAD的手法稳定, 各组模型的缺血程度大体相当。LM46不同剂量组心肌梗死面积占危险区面积的百分比 (AN/AAR) , 显著小于模型组和溶剂对照组, 且呈现明确的量效关系。
2.2 大鼠血清SOD活力及MDA含量的测定 (见表2)
各不同给药组血清中SOD活力显著高于模型组和溶剂对照组, MDA含量显著低于模型组和溶剂对照组, 且呈现明确的量效关系。
2.3 大鼠血清LDH、CK活力测定 (见表3)
给药组血清中CK、LDH活力显著低于模型组和溶剂对照组, 且呈现明确的量效关系。
3 讨 论
本研究结果显示, 与模型组相比, 在5 mg/kg～15 mg/kg剂量范围内, 不同剂量LM46对大鼠MIRI具有明显的保护作用。
脂质过氧化作用及能量代谢异常是导致MIRI的重要因素。心肌缺血时, 由于心肌内源性氧自由基清除剂减少。再灌注以后, 分子氧再次进入心肌组织中, 氧自由基水平继续上升。自由基会使血管内皮细胞的完整性遭破坏, 造成通透性增加, 而导致水肿的发生, 同时细胞核中的DNA会被自由基攻击造成氧化伤害, 甚至细胞死亡[10,11]。
心肌缺血再灌注损伤后SOD活力下降, 氧自由基增多, 导致氧自由基氧化不饱和脂肪酸释放的降解产物MDA含量升高, 丙二醛可引起大分子物质如蛋白质、脂类等相互交联、聚合, 从而破坏了细胞膜的结构和功能, 使胞浆酶如CK和LDH释放增加, 加速心肌细胞损害程度[12]。
本研究将本课题组首次合成的海洋卤酚化合物LM46应用于大鼠MIRI保护作用的研究。结果显示, 缺血/再灌注发生时, SOD的活力明显降低, MDA含量明显升高, 证明存在自由基代谢紊乱。经过LM46干预后, SOD活力升高, MDA含量下降, LDH和CK的活力明显下降, 表明LM46有显著抗氧化能力, 从而减轻缺血/再灌注损伤[13]。本研究针对海洋卤酚化合物应用于心血管系统疾病进行了初步探讨, 为以后海洋卤酚化合物在该领域的研究打下基础。
摘要：目的 明确新型卤酚化合物3’, 4’-二羟基-3-氯二苯甲酮 (LM46) 对缺血/再灌注损伤后大鼠心肌的保护作用。方法 利用大鼠心脏局部缺血/再灌注模型, 检测LM46处理后大鼠心肌梗死面积和血清酶学指标的变化。结果 在再灌注早期静脉给予LM46能有效减轻心肌缺血/再灌注损伤。表现为梗死面积减小, 超氧化物歧化酶 (SOD) 活力升高, 显著降低血清乳酸脱氢酶 (LDH) 、肌酸激酶 (CK) 、丙二醛 (MDA) 水平。结论 在5mg/kg～15mg/kg剂量范围内, LM46有显著的心肌保护作用。
关键词：3’, 4’-二羟基-3-氯二苯甲酮,缺血/再灌注,心肌保护,大鼠
3-二羟基苯甲酸 篇2
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3/30/2013 对羟基苯甲酸酯及其盐类防腐剂 的应用与发展
李晓文
（湖北省荆州市
长江大学
化学与环境工程学院
434023）
摘 要
介绍了对羟基苯甲酸酯及其盐类的性质、合成方法，其中对羟基苯甲酸盐类选取了对羟基苯甲酸酯钠作为代表。合成方法分为磺酸催化、无机物催化、固体超强酸催化、杂多酸催化来介绍。对对羟基苯甲酸酯及其盐类防腐剂的防腐机理作了解释。列举了一些与其他防腐剂相比它的优势，以及它所应用领域，并且对它的发展状况作简要的说明。关键字
对羟基苯甲酸酯 对羟基苯甲酸酯钠 防腐剂 合成 性质 机理 应用
对羟基苯甲酸酯, 俗名尼泊金酯, 是国际上公认的安全、高效、广谱性食品防腐剂。1924 年首次报道了对羟基苯甲酸酯的抗菌活性。1932 年就被应用于食品中。我国目前使用的防腐剂仍以苯甲酸钠为主 , 而有些国家已禁止使用苯甲酸钠作为食品防腐剂, 我国也规定 A 级绿色食品中不允许使用苯甲酸钠。对羟基苯甲酸酯的毒性比苯甲酸钠低得多 , 应用pH范围广 , 在pH4～8 时其抑菌作用几乎不受 pH的影响 , 对霉菌、酵母、细菌有广泛的抗菌作用 ,可广泛应用于食品、饮料、化妆品和医药等行业。对羟基苯甲酸酯水溶性较差 , 可以通过生产成钠盐 , 来提高溶解度。2002 年 3 月 ,我国批准对羟基苯甲酸甲酯钠、对羟基苯甲酸乙酯钠和对羟基苯甲酸丙酯钠作为食品防腐剂, 标志着对羟基苯甲酸酯钠的研究和应用进入了新的阶段。
物理性质：无色细小的晶体或结晶性粉末，几乎无臭，稍有涩味，对光和热均稳定，无吸湿性，微溶于水，易溶于乙醇。
尼泊金酯最大的特点是系列产品多，抑菌广。随着尼泊金酯中烷基碳链的增大，尼泊金酯的毒性降低，抑菌性增大，当n=11、12是具有最大的抑菌活性。
1.2对羟基苯甲酸酯钠的结构和性质
对羟基苯甲酸酯主要由对羟基苯甲酸和相应的醇酯化而成, 对羟基苯甲酸酯钠由对羟基苯甲酸酯和相应的钠碱中和制得。其结
构通式如下:
对羟基苯甲酸酯钠为白色结晶性粉末或白色粉末,易溶于水,稍溶于乙醇,难溶于混合油和二氯甲烷,011%的水溶液 pH为9.5～10.5。尼泊金甲酯钠作为尼泊金酯的改性产品，拥有尼泊金酯的抑菌性能和安全性能同时克服尼泊金酯水溶性低的缺陷。许多国家和地区把尼泊金甲酯钠作为食品防腐剂，已广泛应用于肉制品、脂肪制品、乳制品、水产品、调味品、糖果、果蔬制品、啤酒、果酒及果蔬保鲜等领域。同时，在制药、化妆品及饲料方面也有广泛的应用。而且还能与其他添加剂复配使用以提高防腐效果。1．对羟基苯甲酸酯及其盐类的介绍
1.1 对羟基苯甲酸酯
对羟基苯甲酸酯，有名尼泊金酯，包括其甲酯、乙酯、丙酯、异丙酯、丁酯、异丁酯、戊酯、庚酯辛酯等。它的结构通式为：
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3/30/2013 2．对羟基苯甲酸酯及其盐类的合成
2．1 对羟基苯甲酸酯的合成
硫酸催化酯化法是合成酯的传统的经典方法，但是由于以硫酸为催化剂存在着诸多的弊端，如对环境污染大、腐蚀设备、副产物多、耗时长、产率低等，因此，人们在不断地探索用新方法新催化剂来合成对羟基苯甲酸酯，从而减少或避免上述的弊端。下面来介绍一下近年来合成对羟基苯甲酸酯的进展。
2．1．1 磺酸催化合成法
磺酸催化合成对羟基苯甲酸乙酯又可分为对甲苯磺酸、氨基磺酸、强酸性阳离子交换树脂合成羟基苯甲酸乙酯。
2.1.1.1 对甲苯磺酸
对甲苯磺酸是一种强有机酸，其对设备的腐蚀和三废污染比硫酸小，不易引起其 它副反应，产品色泽好、价廉易得、易于保存、运输和使用，用量少、活性高，是一种替代硫酸的良好催化剂，能适用于工业化生产。
2.1.1.2 氨基磺酸
氨基磺酸 氨基磺酸(H 2 N — S O 2 O H)和对 甲苯磺酸一样，是一种价廉、易得、稳定的晶体。运输、保管、使用方便、安全，不同的是它不溶于有机反应体系中，因此对设备的腐蚀小，合成产品收率高，分离出的氨基磺酸能够重复催化使用，是合成对羟 基苯甲酸乙酯的良好催化剂。当对羟基苯甲酸和乙醇的摩尔 比为1:4,氨基磺酸为反应物总量的10.3 ％，回流分水3 h，对羟基苯 甲酸乙酯收率达 9 0.3 8％。
2.1.1.3强酸性阳离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂是一种高分子磺酸，价廉易得，对设备无腐蚀，不污染环境，不会引起副反应，且不溶于反应体系中，易回收、可重复使用与再生，操作方便、是一种
良好的环境友好催化剂，具有工业使用价值。
2.1.2 无机物催化合成法
2.1.2.1 Lewis 酸催化
张乃茹等探讨了三氧化二钕催化合成了对羟基苯甲酸乙酯，当0.1 mol 对羟基 苯甲酸，0.5mol乙醇,1.2 g催化剂(占酸用量的6％)，回流加热4 h，产品收率达78.4 ％此催化剂 不溶于反应体系,能够重复使用，对设备不腐蚀,不 污染环境，是一种有实用价值的催化剂。
2.1.2.2 质子酸催化
一水硫酸氢钠(N aHSO4 •H2O)也是一种良好的酯化催化剂。它也是一种价廉、易得、稳定的晶体,其水溶液呈强酸性，由于HSO4-的电离有H+ 存在，属于质子酸催化，能够催化合成对羟基苯甲酸乙酯，得产品收率91.5 ％。隆金桥 将微波辐射引人该反应中，当0.1 mol 对羟基苯甲酸，0.4 mol 乙醇，0.4 g催化剂，利用5 2 2w的微波辐射7 mi n ,产品收率达 83.0％，使反应大加速。
2.1.3 固体超强酸催化合成法
超强酸是酸强度比100％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，制备容易，易与反应体系分离，操作方便，不易中毒，易于回收，重复使用和再生等优点，是一种优良的环境友好催化剂。自1 9 7 9年Hino 等首次合成TiO2／SO42-等新型固体超强酸后，研究和开发应用十分活跃,这种SO42-/MxOy型固体超强酸在合成对羟基苯甲酸乙酯中也得到广泛应用。
2.1.4 杂多酸催化合成法
杂多酸是由两种以上无机含氧酸缩合而成的多 元酸的总称。它不仅具有多元酸和多电子还原能力,而且其酸性和氢化还原性可通过变换组成元素 在很大范围内系统3
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3/30/2013 调节。它对许多反应具有高的催化活性和选择性，并具有不挥发性、对热稳定和污染 少等优点，大大减轻对设备的腐蚀，能收回、重复使用和再生。杂多酸虽然在液相反应中已显示出 优异的催化活性，但由于杂多酸在极性溶剂中具有 较大的溶解度，使用过程中极易流失，回收及重复使用困难，很难作为多相催化剂使用，而且纯固体杂多 酸比表面积很小(1<1 0 m／g)，因此在实际应用中通过将其负载于合适的载体上，提高比表面积，改善 其催化性能，在完成酯化后，通过过滤直接回收套用。
周建伟等 利用磷钨酸为催化剂，用量为反应物的7％，酸醇摩尔比为 1：5，苯为带水剂，回流分水 5 h，合成了对羟基苯甲酸乙酯，酸的平均酯化率为9 4％。
2．2 尼泊金甲酯盐（钠）合成
尼泊金甲酯和相应的钠碱中和制得。
王小龙，孙军勇等通过实验得到一下结论: ⑴反应物料配比氢氧化钠和对羟基苯甲酸甲酯摩尔比1.0 5 :1.0为宜。
⑵在碱性条件下，尼泊金甲酯水解成对羟基苯甲酸和甲醇，随着温度的升高，水解速度成几何倍数增长而酚羟基与钠碱的中和反应在任何温度都能发生，综合考虑能源成本，室温为最佳反应温度．
⑶实验表明采用先加尼泊金甲酯，再缓慢连续加入氢氧化钠的加料方式和顺序为最好。
3．对羟基苯甲酸酯及其盐类的防腐机理
对羟基苯甲酸酯与其盐类的防腐机理类似，其机理是：破坏微生物的细胞膜，使细胞内的蛋白质变性，并抑制细胞的呼吸系3
和电子传递酶系的活性。
微生物在食品体系中仅仅出现在水相中 , 一切与生命活动相关的酶促生化反应也均在水相中进行 , 进入酯相的防腐剂被认为是无效的, 防腐剂主要是通过抑制微生物的能量代谢 , 造成能量物质ATP和还原力 NADH的亏缺 , 代谢方向趋于水解 , 最后导致细胞自溶而发挥抑菌作用。因此 , 防腐剂分子必须具备亲水基团才能进入水相中的菌体中 , 与合成代谢酶系统起作用。
微生物的生物膜系统是微生物进行能量转化、物质代谢等生命活动的主要场所, 其结构的完整性保证了细胞能量代谢及对物质选择透过性等生命活动的正常进行。防腐剂分子中具有易溶于生物膜相的疏水基团动态踞留于生物膜相后 , 一方面破坏了细胞膜结构的完整性 , 扰乱了微生物的正常生命活动 , 另一方面生物膜中的脂溶性成分代谢速率较低 , 不易被微生物自身的酶系分解 , 延长了防腐剂的抑菌时间。因此 , 防腐剂分子必须同时具备亲水基团和易溶于生物膜相的疏水基团。防腐剂透过细胞壁进入菌体的能力与水相中的溶解度直接有关 , 抑菌性则取决于防腐剂在菌体细胞膜双磷脂层中的溶解度。对羟基苯甲酸酯钠的抑菌效果与烷基酯链的长度成正比。
对羟基苯甲酸酯钠的抗菌活性主要是分子态起作用 , 由于其分子内的羧基已被酯化 , 不再电离 , 而对位酚基的电离常数很小 , 对羟基苯甲酸酯钠的抑菌作用在较宽的 pH（4—8）范围内均有良好的效果。
4．对羟基苯甲酸酯及其盐（钠）类的防腐优势
4.1 耐高温，不易氧化变色
经过高温高压灭菌后不会改变其防腐性能，尼泊金酯（钠）就可以在产品灭菌前加入，使用既方便，又可以增强高温灭菌的效果。而山梨酸钾在95℃以上就会升华为气态挥发而失去防腐功能。4
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3/30/2013 4.2 添加量少，抑菌效果好，安全性高，对人体的毒副作用会大幅度降低。
解决了使用其他防腐剂会遇到抑菌效果和防腐剂添加量难以同时达标的问题。提高产品在消费者心目中的档次的同时降低产品成本。
安全性，世界上许多国家和地区允许对羟基苯甲酸酯钠应用于食品, 并认为它们一般是安全的,它们的最大添加量换算成对羟基苯甲酸酯(下同)均可达到0.1%, 当几种酯钠复配使用时,其总量不超过0.1%。对羟基苯甲酸庚酯一般有选择性地应用到一些食品,在啤酒中,其最大用量为 12mg/kg在某些不含二氧化碳的软饮料和水果类含酒精饮料中,最大用量可达20mg/kg。
高效性，对羟基苯甲酸酯钠的抑菌活性随烷基碳原子数的增加而增大,对羟基苯甲酸辛酯的抗菌活性是对羟基苯甲酸丁酯50倍 , 比对羟基苯甲酸乙酯强200倍左右,比对羟基苯甲酸甲酯强500余倍。
无毒性，李晓莉等通过实验证明：低缀烷烃的尼泊金醇有亚急性毒性，复杂的尼泊金酯是低毒化合物，作为食品添加剂没有危险，动物实验证明尼泊金酯不存在致癌物质效应。无论哪种形式，给动物服用均未发现心、肺、肝、肾和胰等内脏器官病理变化；对人皮肤擦试均无刺激作用(浓度低于5)。
4.2抑菌范围广
林日高等通过对对羟基苯甲酸丙酯钠、对羟基苯甲酸丁酯钠抑菌效果的研究，结果表明：它们对大肠杆菌、肠炎沙门氏菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、啤酒酵母、热带假丝酵母、黑曲霉、黑根霉八种表菌有明显的抑制作用，在pH4.5-8.0范围内及高4
温处理后均有良好的抑菌效果。但对革兰氏阴性杆菌及乳酸菌作用较差。
4.4 使用的pH范围广，受pH影响小。
尼泊金酯（钠）的防腐效果不易随PH的变化而变化，在PH3～8范围内均有很好的抗菌效果。而苯甲酸钠的PH使用范围有限（2.5—4.2）。苯甲酸钠、山梨酸钾等在PH≥5.5时抑菌效果甚微，所以在中性产品中使用其它防腐剂时，防腐剂的抗菌活性就会比较低，而尼泊金酯（钠）在这一类产品中仍然具有良好的抗菌活性。
5．对羟基苯甲酸酯及其盐类防腐剂的应用
世界上许多国家和地区把对羟基苯甲酸酯钠作为食品防腐剂, 美国、欧洲、日本、澳大利亚、加拿大、韩国等发达国家都允许对羟基苯甲酸酯钠在食品工业中应用。对羟基苯甲酸酯钠已在焙烤食品、脂肪制品、乳制品、水产品、肉制品、调味品、腌制品酱制品、饮料、糖果、果蔬制品、淀粉糖制品、啤酒、果酒以及果蔬保鲜等多个领域得到应用 , 对羟基苯甲酸酯钠在制药、化妆品及饲料方面也有广泛的应用。我国也把对羟基苯甲酸甲酯钠、对羟基苯甲酸乙酯钠和对羟基苯甲酸丙酯钠列为食品防腐剂 , 应用于酱油、醋、饮料、水果、蔬菜、果汁、果酱等行业。
预计对羟基苯甲酸酯钠可能成为用量最大的食品防腐剂之一。
6．对羟基苯甲酸酯及其盐类的防腐剂的发展与展望
由上面所介绍，它与其他的防腐剂相比它有许多显著的优势。它的合成方法上最近几年取得很大的进展，为对羟基苯甲酸酯及其盐类的发展以及推广应用打下很好的基础。5
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3/30/2013 尼泊金酯中烷基碳链的增大，尼泊金酯的毒性降低，抑菌性增大。国内主要生产对羟基苯甲酸酯产品都是一些低碳链酯 ,如对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸丙酯和对羟基苯甲酸丁酯等, 一些长链酯 , 如对羟基苯甲酸庚酯、对羟基苯甲酸辛酯和对羟基苯甲酸壬酯等 , 国内还没出产生。一些特长链酯 , 特别是在对羟基苯甲酸酯中抗菌活性最大的 R为C11、C12的酯 , 尚未见研究报道。所以长链性的对羟基苯甲酸酯是研究的方向和热点。
现在, 人们已经知道的微生物有10万种左右, 各类微生物的代谢产物超过1300 种 , 其中可引起食物中毒和食品导致腐败的细菌和真菌不下1万种。然而 , 人们已经发现和发明的食品防腐剂尚未有一种能有效抑制所有的致病菌和腐败菌 , 也没有发现只杀灭一种菌的药剂。这就是说，各种杀菌剂都有一定的杀菌谱。因此，需要多种防腐剂配合使用。对羟基苯甲酸酯钠防腐剂不但相互间复配使用效果良好。而且还能和其它食品添加剂复配使用以提高防腐效果, 它是复配型食品防腐剂最理想原料之一.。对羟基苯甲酸酯钠的复配，杀死羟基苯甲酸酯钠不能单独杀死的细菌（如：革兰氏阴性杆菌及乳酸菌等），等防腐剂配合是研究的方向。
同时, 对羟基苯甲酸酯钠溶于水后, 不能长时间放置, 以免发生酯水解作用而降低其防腐作用 ,一般要求现配现用, 不能放置过夜.总之 , 随着对羟基苯甲酸酯钠研究的不断深化和应用领域的不断拓展,对羟基苯甲酸酯钠在食品工业领域特别是饮料和果蔬汁行业必将占据越来越重要的地位。
参考文献
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3-二羟基苯甲酸 篇3
3, 5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸的合成方法主要有3种。
1) 以3, 5-二叔丁基-4-羟基苯甲醛为原料, 经氧化反应制得[2], 反应式为 (1) :
2) 以2, 6-二叔丁基-4-甲基苯酚为原料, 在乙酸溶液中经溴化、氧化而制得[8], 反应式为 (2) :
3) 利用柯尔伯-施密特 (Kolbe-Schmitt) 反应[9,10]制备, 反应式为 (3) :
其中反应 (1) 原料较难得, 且氧化收率较低, 纯度差, 后处理繁琐;反应 (2) 文献[8]报道的收率为63.7%, 并选用溴素 (Br2) 等原料, 毒性较大, 不便操作;反应 (3) 利用柯尔伯-施密特 (Kolbe-Schmitt) 反应的合成方法, 以2, 6-二叔丁基苯酚 (2, 6-DT-BP) 为原料, 采用二氧化碳 (CO2) 加压法合成工艺, 通过羧化反应合成3, 5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸。该合成方法最大的优点是反应单一, 转化率较高, 产品纯度高。
通过比较, 选用柯尔伯-施密特 (KolbeSchmitt) 反应的合成方法制备3, 5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸产品。
1 实验研究
1.1 主要实验原料
2, 6-二叔丁基苯酚 (≥99.5%, 美国产) ;甲醇钠 (≥99.0%, 中国产) ;DMF (N, N-二甲基甲酰胺) (≥99.0%, 韩国产) ;甲醇 (≥99.8%, 产地兰州) ;甲苯 (≥99.8%, 产地兰州) ;浓硫酸 (≥98.0%, 产地兰州) ;CO2 (≥99.9%, 产地兰州) 。
1.2 主要实验仪器
高压釜 (2L, FYX-2a型) , 高效液相色谱仪 (PE200系列) , 气相色谱仪 (CP3800型) , 真空干燥烘箱 (ZK-72B型) , 循环水式真空泵 (H-B型) , 电动搅拌器 (JJ-1型) , 有机合成用标准磨口玻璃仪器。
1.3 实验过程
向带有电动搅拌、真空蒸馏装置及温度计的1000m L三口瓶中, 加入500m L甲醇、定量的甲醇钠和2, 6-DTBP。搅拌溶解, 开始反应;油浴升温至65℃左右微回流时, 开始减压蒸馏, 当真空度达到0.07MPa, 基本无馏分流出时, 停止蒸馏。通氮气破真空, 向三口瓶加入一定量的溶剂DMF, 搅拌至全部溶解后, 减压蒸出适量的溶剂甲醇与DMF混合液, 降温至50℃以下。
将三口瓶内的物料转入高压釜, 升温, 通氮气置换空气, 然后在100~110℃通入CO2气体, 在0.5~1.0MPa的压力下保温反应24h后取样, 用高效液相色谱 (HPLC) 检测, 当2, 6-二叔丁基苯酚 (2, 6-DTBP) 的质量分数低于5.0%时, 降温停止反应。
将上述反应物料转入装有一定量稀硫酸的3000m L三口瓶中, 加入1000m L甲苯, 搅拌溶解后, 静置0.5h, 分去下层水相。之后, 升温, 在常压105~110℃范围内回流脱水3h, 降温至20℃以下改用冰盐水降温, 在5℃左右保持1~3h, 过滤出产物, 真空烘干, HPLC检测产物的纯度。
1.4 合成实验流程 (如图1所示)
1.5 实验结果与讨论
1.5.1 温度对反应的影响
反应温度与转化率关系见表1。
由表1可知, 在反应时间和反应压力不变的情况下, 随着反应温度的升高, 转化率将相应提高;当温度升高到一定程度后, 随着反应温度的升高, 转化率则开始下降。故反应温度在105~110℃范围内最佳。
1.5.2 压力对反应的影响
反应压力与转化率关系见表2。
由表2可知, 在反应时间和反应温度不变的情况下, 随着反应压力的增高, 转化率将相应有所提高, 但反应压力越高, 对反应设备要求也越高, 设备投资也越大, 增加成本;反应压力高, 操作控制也不易。当反应压力为0.5~0.6MPa时, 转化率基本能接近95.0%, 故选择反应压力以0.5~0.6MPa为宜。
1.5.3 时间对反应的影响
反应时间与转化率关系见表3。
由表3可知, 在反应温度和反应压力不变的情况下, 随着反应时间的延长, 转化率将相应提高;但反应时间太长, 会影响到反应周期, 且转化率增高并不明显。故反应时间在24~30h为宜。
1.5.4 物料配比对收率的影响
反应物料配比与转化率及收率关系见表4。
反应的物料配比直接影响着原材料的消耗成本, 由于该产物是由2, 6-DTBP经羧化反应而制得, 所以在实验过程中以2, 6-DTBP计算收率, 反应中控制2, 6-DTBP消耗到最低量。由表4可知, 按照摩尔数的比例适当加大甲醇钠的量, 转化率将相应提高;但当甲醇钠过量较多时, 转化率反而降低。故2, 6-DTBP与甲醇钠的摩尔比以1.00∶1.10为好。
1.5.5 优化论证实验
优化实验数据见表5。
在最佳工艺条件下, 进行了优化论证试验, 结果证明反应转化率在95.0%左右, 产物收率不低于85.0%, 产物HPLC检测分析纯度不低于99.0%。
1.6 实验结论
通过实验, 确定的实验室最佳合成条件是:反应温度105~110℃;反应压力0.5~0.6MPa;反应时间24~30h;2, 6-DTBP与甲醇钠的摩尔比为1.00∶1.10;按照上述实验条件, 产物收率可达85.0%以上, 高效液相色谱 (HPLC) 分析产物纯度不低于99.0%。
2 中试生产工艺研究
2.1 中试生产工艺原料
与小试同。
2.2 中试生产主要仪器与设备
分析检测仪器与小试同, 中试生产设备见表6。
2.3 中试生产工艺流程
3, 5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸中试生产工艺流程如图2所示。
2.4 中试生产工艺过程
向200L不锈钢反应釜中加入与2, 6-DTBP等量的甲醇, 开动搅拌, 从手孔缓慢加入2, 6-DTBP与甲醇钠。升温至60℃, 减压蒸馏回收甲醇, 真空度达到0.07MPa时停止蒸馏。通氮气破真空, 向反应釜加入计量的溶剂DMF, 搅拌溶解。再升温蒸出少量甲醇与DMF的混合液后, 开始通CO2, 保温保压反应。当2, 6-DTBP质量分数降至5.0%以下时, 降温停止反应。
将上述反应物料, 加入到预先加好一定量的稀硫酸和甲苯的300L搪瓷反应釜中, 搅拌均匀后, 静置0.5h, 分出下层水相。再升温回流脱水后, 将物料转入1000L搪瓷反应釜中。
重复上述反应及后处理操作两次。1000L产品釜中物料适中后, 循环水、冰盐水降温至10℃左右, 开始离心出料。母液回收, 产品加入真空干燥机中烘干。待挥发分小于0.5%时, 降温出料。产品分析检测, 合格后包装。
2.5 中试生产工艺条件确定
2.5.1 DMF对中试生产工艺的影响
在中试生产过程中发现, 原实验室确定的最佳合成条件反应温度范围 (105~110℃) 太窄, 反应压力 (0.5~0.6MPa) 较高, 反应时间 (24~30h) 较长;中试放大效应反应釜搅拌等给中试生产造成了许多困难。经通过加大DMF的量以期解决上述问题, 证明具有一定的效果见表7。DMF作为反应介质, 将气-固相反应转化为液相的均相反应;碱性介质的实现是将一定量的甲醇钠加到酚的DMF溶液中, 从而将酚转化为相应的酚盐;增加DMF的量易于除去体系中的低沸点物质, 并在较高温度下进行羧化, 从而提高羧化产物的产率;但加大DMF的用量会增加成本, 因此尽量控制DMF的用量为2, 6-DTBP的2.0~2.5倍范围内。
2.5.2 反应温度对中试生产工艺的影响
回收甲醇反应中控数据见表8。
由表7、8可以看出, 反应温度可以放宽到90~120℃, 而转化率基本保持在95.0%左右。
2.5.3 反应压力对中试生产工艺的影响
CO2在DMF中的溶解度较大, 通过增加DMF的用量, 可以增加羧化反应的机率, 适当降低反应压力。由表7可以看出, 反应压力选择在0.3~0.5MPa, 转化率可以达95.0%左右。
2.5.4 反应时间对中试生产工艺的影响
适当增加DMF的用量, 有利于将酚转化为酚盐, 有利于除去体系中的低沸点物质, 有利于羧化反应, 加快反应速度, 缩短反应的时间。由表7、8可以看出, 反应时间在16~20h, 转化率可以达95.0%左右。
2.6 中试生产结果与讨论
2.6.1 反应未到终点的补救措施
在中试生产过程中, 有40322、40324、40325三批反应中控取样分析结果较差见表8, 2, 6-DTBP转化率较低, 体系中2, 6-DTBP的质量分数偏高。经向体系中再加入2, 6-DTBP量的0.1mol比例的甲醇钠, 继续保温保压反应4h, 取样HPLC检测体系中2, 6-DTBP的质量分数降至5.0%以下, 停止反应。可见, 反应未到终点的补救措施是向体系再加入少量的甲醇钠, 继续反应, HPLC跟踪检测, 当2, 6-DTBP的质量分数低于5.0%时, 停止反应, 转化率即可达95.0%以上。
2.6.2 溶剂回收使用
中试生产过程中, 蒸出的甲醇完全可回收而循环使用见表8、9;DMF反应结束后留在水相, 与水互溶, 但因其易分解而致回收失败, 尚需进一步寻找DMF的回收方法;用于后处理的甲苯, 回收并经过蒸馏可循环使用。溶剂回收见表9。
2.6.3 中试生产结论
通过18批中试生产, 得到以下结论:反应温度放宽到90~120℃;通过增加DMF的用量, 可适当降低反应压力 (0.3~0.5MPa) , 可适当缩短反应时间 (16~20h) ;反应未达到中控要求, 可通过适当补加甲醇钠的方式来补救;回收溶剂甲醇、甲苯可循环使用;中试反应转化率在95.0%左右, 中试产品平均收率可达到85.0%, 产品纯度不低于99.0%见表10。
3 工业化生产
通过实验及中试生产工艺研究, 3, 5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸生产的最佳工艺条件是:2, 6-DTBP与甲醇钠的物料配比 (mol) 是1.00∶1.10;反应釜CO2通气压力控制在0.3~0.5MPa;反应温度为90~120℃;反应时间为16~20h。根据上述优化条件, 进行了40批的工业化生产, 产品纯度不低于99.0%, 收率在85.0%以上。
4 结论
选用柯尔伯-施密特 (Kolbe-Schmitt) 反应的合成原理, 以2, 6-二叔丁基苯酚为原料, 采用CO2加压法, 通过羧化反应生产3, 5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸的生产工艺具有技术先进性;在最佳工艺条件下, 反应转化率在95.0%左右, 收率可达到85.0%以上, 产品纯度不低于99.0%;回收溶剂甲醇、甲苯可循环使用;反应未达到中控要求, 可通过补加甲醇钠的方式来补救。该工艺反应单一, 转化率较高, 产品纯度高, 易于实现工业化生产。
参考文献
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3-二羟基苯甲酸 篇4
1 原料和方法
1.1 试剂和仪器
间苯二酚、三氯氧磷、乙腈、二甲基甲酰胺(DMF)、丙二酸二甲酯(DMM)、哌啶及冰醋酸(均为分析纯)。旋转蒸发仪,85-2型恒温磁力搅拌器,SHB-B95循环水真空泵,X4显微熔点测定仪,AVANCE AV 500MHZ超导核磁共振仪,Nicolet NEXUS 670 FT-IR型红外光谱仪及PE2400-Ⅱ元素分析仪。
1.2 方法
1.2.1 合成路线见图1。
1.2.2 合成方法
(1)2,4-二羟基苯甲醛的制备
将30 mL乙腈和10.6 mL DMF (548 mmol·L-1)于250 mL三颈磨口圆底烧瓶中,水浴下将11 mL三氯氧磷 (460 mmol·L-1)和20 mL乙腈的混合溶液滴入圆底烧瓶,控制滴速使内温不超过30 ℃,滴加完后继续搅拌1 h使中间体生成完全,溶液由无色变成深黄色,但溶液澄清。冰盐浴中将反应液冷却至-7 ℃,将11 g间苯二酚和30 mL乙腈的混合溶液缓慢滴入圆底烧瓶,控制滴定速度使瓶内温度不超过-3 ℃,在滴加过程中会产生淡黄色沉淀。在-3 ℃下继续搅拌3 h,直至淡黄色沉淀生成完全,在室温下继续搅拌1 h,再冷却至0 ℃搅拌1 h,抽滤得到浅粉红色固体。用冰乙腈洗涤得到乳黄色固体,33 ℃减压干燥1 h后称重,固体为23.57 g。将该固体在40 ℃分3次(间隔10 min)加入136 mL水中,升温至52 ℃,固体逐渐溶解,溶液呈粉红色,溶解后数分钟即有固体析出,此温度下继续搅拌30 min后降温,至35 ℃时,加入硫代硫酸钠17 mg粉红色消失,降温至0 ℃搅拌2 h,抽滤得白色固体11 g。收率80%。
(2)7-羟基-2-氧代-2H-1-苯并吡喃-3-甲酸甲酯的制备
将6.9 g 2,4-二羟基苯甲醛和8 mL丙二酸二甲酯 (0.067 mmol·L-1)溶于50 mL哌啶中,滴加2滴冰醋酸,回流反应12 h,得黄色悬浮液。0 ℃放置12 h,抽滤,干燥得到黄色固体。
2 结果
7-羟基-2-氧代-2H-1-苯并吡喃-3-甲酸甲酯黄色固体粉末6.6 g,收率54%,熔点269～271 ℃。元素分析,C11H8O5,实测值(计算值)%:C 60.02(60.00);H 3.59(3.64)。1H NMR (DMCO-d6,500 MHz),δ:3.95(s,3H,CH3),6.80(d,J=2.1Hz, 1H,8-H),6.94(dd,J=8.6Hz,2.2Hz,1H,6-H),7.75(d,J=8.6Hz, 1H,5-H),8.71(s,1H,4-H)。
IR(KBr),cm-1:3396(OH),1720(νCO),1697(νCO),1591(Ar-H),1566(Ar-H),1454,1379 (νCOC),1221(νCOC),1117,1026(νCOC),866,793,638,517。
3 讨论
2,4-二羟基苯甲醛的制备采用Vilsmeier-Haauc反应,该反应是在三氯氧磷、氯化锌或亚硫酰氯的存在下,二甲基甲酰胺(DMF)与芳香(或杂环)化合物反应引入甲酰基,该反应广泛用于碳环芳醛及杂环醛的合成,适合于活泼的二烷基胺类及酚、酚醚类活泼化合物[7]。若反应物为非均相时,可用二氯甲烷或邻二氯苯作溶剂,反应的温度为45～85 ℃,依具体的反应而定[8]。也有文献报道,DMF既作反应物又作溶剂,但DMF用量偏大[9],本实验采用乙腈做溶剂,能够减少DMF用量,收率为80%,合成路线比较简单,操作简便。
摘要：以间苯二酚、二甲基甲酰胺和丙二酸二甲酯为原料合成目标产物,产率为54%,并通过红外、核磁共振光谱和元素分析表征该化合物结构。
关键词：苯并吡喃,糖尿病,合成,甲酸甲酯
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对羟基苯甲酸己酯的催化合成 篇5
关键词：尼泊金己酯,硫酸镓,催化,合成
防腐剂对羟基苯甲酸酯又称尼泊金酯,具有高效、低毒、广谱、易配伍等优点,是许多发达国家的主流食品防腐剂,还广泛用于日化、医药及饲料行业的防腐。随着对羟基苯甲酸酯中烷基碳原子数的增多,其毒性随之降低,抗菌活性增大[1]。工业上由对羟基苯甲酸与烷基醇在浓硫酸存在下催化酯化而得,存在设备腐蚀严重,副反应多,废液量大等缺点。由于对羟基苯甲酸酯中烷基碳链越长,酯化反应速率越慢,分离也越困难,因而文献报道的多为对羟基苯甲酸乙酯、丙酯和丁酯的催化合成[2,3,4,5,6,7]。笔者采用硫酸镓为催化剂合成了对羟基苯甲酸己酯,结果表明硫酸镓对对羟基苯甲酸与正己醇的酯化反应有良好的催化活性,催化剂易分离回收,后处理方便。适宜反应条件下对羟基苯甲酸己酯收率为97.3%。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
Avatar360FT-IR型红外光谱仪(美国Nicolet公司);CL-2型恒温加热磁力搅拌器(郑州长城科工贸有限公司);SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司);X-5型显微熔点测定仪(北京泰克仪器有限公司)。Ga2(SO4)3·18H2O为工业品,其余试剂均为分析纯。
1.2 酯的合成
在装有温度计、分水器、回流冷凝管的100ml三口烧瓶中加入0.05mol对羟基苯甲酸、10mL环己烷、一定量的正己醇和催化剂,分水器中预先装满正己醇,开动电磁搅拌,加热回流反应,至出现冷凝液时开始计时。反应一定时间,冷却、静置,将反应液用倾析法转移至分液漏斗,催化剂留于瓶底待重复使用。反应液用10%Na2CO3溶液调PH值至7~8,蒸馏水洗涤至中性后,减压蒸馏分离未反应的正己醇,将蒸馏余液搅拌下倾入蒸馏水中,析出固体产物,经抽滤,洗涤,常温真空干燥至恒重,得白色粉状产品,称重计算收率。
1.3 产品分析
所得对羟基苯甲酸己酯的熔点为50.1~51.0℃(文献值49-50℃)[8];产品的红外谱图见图1。
由图1可见,产品I R(K B r压片)吸收峰(cm-1):3293(酚羟基O-H伸缩振动);1159(C-OH伸缩振动);1276(芳香酸酯C-O-C伸缩振动);1683(C=O伸缩振动);2943、2861(C-H伸缩振动),可确认其结构。
2 结果与讨论
考察催化剂用量、酸醇物质的量比、反应时间、催化剂重复使用次数及带水剂等因素对收率的影响,结果如下。
2.1 催化剂用量对收率的影响
酸醇物质的量比1:3,10mL环己烷为带水剂,反应时间2 h,改变催化剂用量,结果见图2。
由图2可见,硫酸镓能有效加快合成对羟基苯甲酸己酯的反应速率,收率随催化剂用量增加而增大,2 g催化剂时对羟基苯甲酸己酯收率达97.3%,但催化剂用量过多副反应加剧。故硫酸镓适宜用量为2 g。
2.2 酸醇物质的量比对收率的影响
催化剂2 g,10ml环己烷,反应2 h,改变正己醇用量,结果见图3。
酯化反应是可逆反应,过量的正己醇能使反应向生成产物的方向进行有利于收率提高。但醇用量过多,不仅造成浪费,还会使催化剂浓度降低,反应速率减慢。故酸醇物质的量比以1:3为宜。
2.3 反应时间对收率的影响
酸醇物质的量比为1:3,10mL环己烷,催化剂用量2g,改变反应时间,结果见图4。
由图4可见,产品收率随反应时间的延长而增加,反应2h基本已达化学平衡,若继续延长反应时间会导致副反应发生使收率明显下降,故反应时间2 h为宜。
2.4 带水剂对收率的影响
取酸醇物质的量比1:3,催化剂2g,反应时间2h,不加带水剂以及分别将10mL环己烷改为苯、甲苯及二甲苯,实验时发现不加带水剂,无水随带水剂蒸出,而分别以苯、甲苯、二甲苯为带水剂时,可能因副反应的缘故反应液呈黑褐色,故以环己烷作带水剂为宜。
2.5 催化剂重复使用对收率的影响
将上述适宜条件下反应后分离所得硫酸镓保留,不经任何再生处理,依原实验条件考察催化剂重复使用次数对对羟基苯甲酸己酯收率的影响,结果见表1。
由表1可见,硫酸镓第1次重复使用收率便大幅度降低。实验时观察到反应后催化剂硫酸镓由无色结晶变为淡黄色沉淀,可能是硫酸镓部分分解为氧化镓因而催化活性明显减小。
3 结论
硫酸镓是合成对羟基苯甲酸己酯的良好催化剂,反应时间短,合成工艺流程简单,操作方便,不腐蚀设备。适宜反应条件为酸醇物质的量比为1:3,催化剂2 g,10mL环己烷,反应时间2 h,对羟基苯甲酸己酯收率达97.3%。
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3-二羟基苯甲酸 篇6
1967年Adler A. D[5]提出用吡咯和芳醛在丙酸介质中进行缩合反应,直接合成卟啉类试剂简便方法。此后卟啉类试剂的合成和应用在国内外,特别是国内得到较快的发展。卟啉类试剂在合成方面主要有2个问题。其一是产率较低,一般在10% ~30% 。其二是卟啉的合成条件的影响。按一般方法,即在丙酸介质中回流,这样反应酸度、温度、溶剂都固定了,如果改变溶剂就必须充分考虑这些条件的影响,若以酸作催化剂,它能增强芳醛中羰基的活性,利于缩合反应,但酸度不能太大,否则易使吡咯质子化,导致自身聚合反应,不利于形成目标化合物; 酸性太弱,催化能力弱,反应速度慢,产率也低。卟啉的形成过程是4分子吡咯和4分子芳醛的缩合反应,其反应历程如下:
1 实 验
1. 1 实验条件
主要实验仪器有: 循环水式真空泵( SHZ - ( Ⅲ) 型) ,上海汉诺仪器有限公司; 磁力加热搅拌器( 78 - 1型) ,武汉格莱莫检测设备有限公司; 可见分光光度计( 752型) ,上海光学仪器厂。
主要实验试剂有: 3,4 - 二羟基苯甲醛( CP) ,山西津津化工有限公司; 硝基苯 ( AP,上海九邦化工有限公司; 吡咯( CP) ,上海谱振生物科技有限公司; 异丁酸( AP) ,上海迈瑞尔化学技术有限公司; 对二甲氨基苯甲醛( AP) ,北京华威锐科化工有限公司; 丙酸( AP) ,北京偶合科技有限公司; 乳酸( AP) ,北京偶合科技有限公司; 3 - 硝基苯甲醛( AP) ,北京大田丰拓化学技术有限公司; 异丁酸( AP) ,北京偶合科技有限公司; 氯仿( AR) ,北京偶合科技有限公司; 甲醇( AP) ,北京偶合科技有限公司; 层析用硅胶( AR) ,青岛海洋化工厂。
1. 2 实验过程
( 1) 合成路线
( 2) 实验步骤
按照设计好的实验方案,量取20 m L硝基苯和10 m L异丁酸加入到250 m L三口烧瓶中,溶液呈淡黄色,油浴加热。开始沸腾时向其中缓慢滴加溶有4 g 3,4 - 二羟基苯甲醛的5 m L异丁酸的溶液,加入时要使三口反应瓶始终保持沸腾,加入完毕,向其中缓慢滴加溶10 m L 3. 5 m L新蒸吡咯的硝基苯的混合溶液,控制滴加速度,使其大约20 min加完,此时反应液迅速呈现紫黑色。继续加热回流反应2 h,冷却过夜,生成紫黑色粘稠的湖状物,抽滤,用甲醇洗涤滤饼至滤液呈无色,干燥滤饼,得蓝紫色粉末状产品。
( 3) 实验结果
收集产品,采用硅胶柱层析,无明显色带分离,为单一的紫色带,纯度较好。收集绿色带,蒸除溶剂烘干得纯品。具体实验结果见表1; 测量四( 3,4 - 二羟基苯基) 卟啉的可见吸光光度,见图1,由图1可以看出,四( 3,4 - 二羟基苯基) 卟啉的最大吸收波长为427 nm ( 符合卟啉化合物的吸收波长范围) 。
2 讨 论
3,4 - 二羟基苯基卟啉的合成与对羟基苯基卟啉的合成原理相近,且一直未见有关此化合物合成的相关报道,经过实验表明,其反应条件的影响与对羟基苯基卟啉的几乎相同,只是由于苯环上被取代了八个羟基,合成的难度加大。所以,在实验过程中要严格控制酸的选择,本实验经过摸索,发现异丁酸是一种较为理想的酸,具体用量应为吡咯用量( 体积) 的5 ~ 6倍,用硝基苯做溶剂。在吡咯的滴加过程中,吡咯的滴速一定要严格控制,以1滴/3 s为宜,滴速过快容易产生结焦。通过柱层析分析说明基本无同分异构体存在。反应生成的沉淀极细,使其过滤十分困难,如能加快过滤速度,将极大地缩短过滤的时间。由于在卟啉大环的取代基上引入了8个羟基,解决了水溶性差的问题。
3 结 论
本实验通过设计合理的合成路线,成功合成了3,4 - 二羟基苯基卟啉化合物,并且分析探索了其合成路线和主要的影响因素,引入的羟基解决了普通卟啉化合物水溶性差的问题,这对卟啉化合物在药物化学方面更好的应用具有一定意义。
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3-二羟基苯甲酸 篇7
关键词：碱性树脂,对羟基苯甲酸,吸附动力学
对羟基苯甲酸,淡黄色结晶,作为精细化工产品的一种基础原料,应用领域十分广泛。但其对环境得危害也很大,直接排放不但对水体和大气直接造成污染,而且还会形成酸雨,给建筑物、动、植物造成严重危害。近年来,水环境污染问题逐渐被全社会所关注。有机化工废水造成自然水体污染的罪魁祸首,对此,学者们研究了多种类型的生化处理工艺,但对于染料、制药和精细有机化工等行业排放的可生化性差、含有毒物的废水都作用不大。[1,2]直到张全兴和王槐三等研究开发了树脂吸附法[3,4],该法可以将含有可生化性差且高毒性的苯、萘系衍生物等有机物废水进行资源化处理,且成本低,易操作,效率高,无二次污染,逐渐的获得人们的青睐,现已成为了吸附分离技术科学领域研究的热点。[5,6]本文选用D201、D301、PVP三种树脂,通过吸附动力学实验,研究它们对对羟基苯甲酸吸附性能的差异性和三种树脂对对羟基苯甲酸的吸附机理,并进一步探讨了离子强度和盐浓度对其吸附机理的影响,旨在为废水中对羟基苯甲酸的处理提供理论依据。
一、实验研究
1. 实验主要仪器及试剂
(1)仪器
Waters 2489,e 2695高效液相色谱仪Waters Corporation;DQHZ-2001A大容量全温度振荡培养箱,太仓市华美生化仪器厂;DGG-9053A电热恒温鼓风干燥箱上海森信实验设备有限公司;DZF-6020真空干燥箱上海精宏实验设备有限公司;EL20实验室pH计梅特勒-托利多仪器有限公司;BSA224S电子天平赛多利斯科学仪器有限公司等。
(2)试剂
对羟基苯甲酸A.R.国药集团化学试剂有限公司;无水硫酸钠A.R.宜兴市第二化学试剂厂;硝酸钠A.R.江苏彤晟化学试剂有限公司;D201树脂LR国营临海树脂厂;D301树脂LR国营临海树脂厂;PVP树脂自制等。
2. 实验过程
(1)树脂的预处理
将吸附树脂D201、D301、PVP依次用5%盐酸、蒸馏水、5%氢氧化钠、蒸馏水重复洗涤至中性以除去杂质,将三种吸附树脂用无水乙醇抽提8h以上,风干然后置于真空干燥器中备用。
(2)溶液的配置
用电子天平分别精确称取0.200g、0.250g、0.300g对羟基苯甲酸,放入小烧杯中加热搅拌溶解,转移至500mL容量瓶中,用去离子水配制成400、500、600mg/L的吸附液。
(3)吸附动力学实验
准确称取质量为0.500g经过预处理的吸附树脂D201、D301和PVP各三份,分别加入500mL的锥形瓶中,依次加入浓度为400mg/L、500mg/L和600mg/L的对羟基苯甲酸溶液。然后放置于转速为140r/min的恒温振荡器中振荡锥形瓶,设定温度为298K,分别在设定时间取样测定对羟基苯甲酸的含量,直到吸附达到平衡。
(4)离子强度对吸附的影响
准确称取质量为0.500g经过预处理的吸附树脂D201、D301和PVP各一份,分别加入500mL的锥形瓶中,每份中加入浓度为500mg/L的对羟基苯甲酸溶液,再加入2.125g硝酸钠,放置于转速为140r/min的恒温振荡器中振荡锥形瓶,设定温度为298K,分别在设定时间取样测定苯甲酸的含量,直到吸附达到平衡。
(5)盐浓度对吸附的影响
准确称取质量为0.500g经过预处理的吸附树脂D201、D301和PVP各三份,分别加入500mL的锥形瓶中,每份中加入浓度为500mg/L的对羟基苯甲酸溶液,在各种树脂中依次加入浓度为100mg/L、300mg/L和500mg/L的硫酸钠溶液,同(4)中操作。
二、结果与讨论
1. 吸附动力学
研究不同初始浓度下D201、D301和PVP三种树脂对对羟基苯甲酸的吸附动力学曲线。D201、D301和PVP三种树脂在100min内吸附量递增的速度较快,在300min后吸附趋势趋于平衡。每条吸附动力学曲线都只有一个明显的平台,这说明该吸附过程中存在着独立的动力学过程。对比三种初始浓度下的吸附曲线还可以发现,初始浓度的增加,能使D201、D301和PVP三种树脂对对羟基苯甲酸的吸附量增加。
对比Lagergren准一级与二级速率方程拟合出的结果可知,三种树脂的准一级方程相关系数均大于0.97,表明这三种树脂对苯甲酸的吸附符合Lagergren准一级动力学吸附方程。
2. 离子强度对吸附的影响
研究在对羟基苯甲酸溶液中加入硝酸钠后三种树脂的吸附动力学的曲线。在对羟基苯甲酸中加入了硝酸根离子后,三种树脂的吸附量与原来相比都大幅下降。这是因为当吸附剂和吸附质之间存在静电吸引作用时,离子强度的增加会对吸附产生不利影响,使得树脂对对羟基苯甲酸的吸附能力减弱。
3. 盐浓度对吸附的影响
研究在对羟基苯甲酸中加入硫酸钠溶液后三种树脂的吸附动力学曲线。随着硫酸钠溶液浓度的增加,三种树脂对苯甲酸的吸附量都有所减少。当硫酸钠溶液加入对羟基苯甲酸溶液后,他们会相互争夺溶剂分子,硫酸根离子和钠离子对溶剂分子的争夺能力更强,从而导致溶剂分子从对羟基苯甲酸向硫酸钠迁移。[7]电解质离子与吸附质离子之间形成了离子对,使得吸附质离子的有效浓度降低,从而导致吸附量减小。[8]
结论:通过对D201、D301和PVP三种吸附树脂对对羟基苯甲酸的吸附行为及离子强度、盐浓度对其的影响进行的研究,得到的结论如下:
1.D201、D301和PVP三种吸附树脂对对羟基苯甲酸的吸附性能良好,且三种树脂对对羟基苯甲酸的吸附量随着对羟基苯甲酸的初始浓度增加而增加。三种吸附树脂对对羟基苯甲酸的吸附均符合Lagergren准一级动力学吸附方程,该吸附过程的主要控制步骤是颗粒内扩散过程。
2.离子强度和盐浓度的增加都会使得D201、D301和PVP三种吸附树脂对对羟基苯甲酸的吸附量明显降低。
参考文献
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[2]李鸿江,温致平,赵由才.大孔吸附树脂处理工业废水研究进展[J].安全与环境工程,2010,17(3):21-24.
[3]张全兴,陈金龙.2,3-酸生产废水的治理与资源化.科技创业月刊,2003,(1):66.
[4]王槐三,寇晓康,黄文强.树脂吸附法处理苯酚工业废水的研究.四川大学学报工程科学版,2001,33(6):67-70.
[5]AI-Degs Y.S.EI-Barghouthi M.I.,El-Sheikh A.H.,et al.Effect of solution pH,ionic strength and temperature on adsorption behavior of reactive dyes on activated carbon.Dyes&Pigments,2008,77(1):16-23.
[6]You L.J.Wu Z.J.Kim T.et al.Kinetics and thermodynamic of bromop henol blue adsorption by mesoporous hybrid gel derived from tetraethoxy silane and bis(trimethoxysilyl)hexane.Journal of Colloid and Interface Science,2006,300(2):56 2-535.
[7]杨亚提,张平.离子强度对恒电荷土壤胶体吸附Cu~2~+和pb~(2+)的影响.环境化学,2001,20(6):566-571.
对羟基苯甲酸酯的细胞毒效应 篇8
关键词：对羟基苯甲酸酯,防腐剂,人角质形成细胞株
对羟基苯甲酸酯类物质(parabens),又名尼泊金酯,包括甲酯、乙酯、丙酯、丁酯等,是目前世界上用途最广、用量最大、使用频率最高的防腐剂。广泛用于日用化工、医药、食品、化妆品、胶片、造纸、印刷、塑料加工等诸多领域。目前,化妆品中允许使用的防腐剂多达60种以上,过量使用防腐剂可引起过敏性皮炎和接触性皮炎,包括目前使用最广泛、最安全的对羟基苯甲酸酯也同样可引起接触性皮炎。人们对对羟基苯甲酸酯类物质的细胞毒性尤其是对人表皮细胞的毒性作用的研究报道不多。我们选用了人角质形成细胞株(HaCat)进行对羟基苯甲酸酯类的细胞毒性研究。
1 材料与方法
1.1 人角质形成细胞
人角质形成细胞株购自中国典型培养物保藏中心。
1.2 主要试剂
对羟基苯甲酸甲酯(methyl paraben,MP,北京化学试剂公司)、对羟基苯甲酸乙酯(ethylparaben,EP,北京化学试剂公司)、对羟基苯甲酸丙酯(n-propylparaben,PP,北京化学试剂公司)、对羟基苯甲酸丁酯(n-bury lparaben,BP,北京化学试剂公司)、含酚红DMEM培养液(Hyclone)、胎牛血清(Hyclone)、四甲基偶氮噻唑蓝(MTT,sigma)等。
1.3 主要器材
96孔细胞培养板(Costor)、Heraeus CO2孵箱、SW-CJ-2F(A)双人单面净化工作台、Bio-rad Model 550型酶标仪、XDS-1实验室倒置显微镜、血球计数板等。
1.4 方法
1.4.1 人角质形成细胞系的维持
人角质形成细胞培养在含10%胎牛血清的DMEM培养基中(含100 U青霉素、100 U链霉素/ml),在37 ℃、5% CO2、100%湿度下培养。以后每二三天换液1次,当细胞长至70%～80%时传代。用含0.25%胰酶、0.02% EDTA的消化液消化传代。
1.4.2 角质形成细胞的增殖试验[1]
将常规培养角质形成细胞消化80%融合的单层培养细胞,接种于96孔培养板,细胞浓度为2×104个/ml,每孔加0.1 ml。预培养24 h后,弃去陈旧培养基,每孔加0.2 ml完全培养基,内含终浓度为3.125、6.25、12.5、25、50、100、200 μg/ml MP、EP、PP、BP进行染毒。以DMEM培养基为溶剂对照。各组均设4个平行样,分别检测72 h的细胞增殖情况,终止作用前各孔加20 μl MTT(5 g/L),继续培养4 h,弃上清,加180 μl 二甲亚砜(DMSO)溶解,震荡10 min后,在酶标仪上于570 nm处检测各孔吸光度(A)值。计算平均A值和增殖率(prolieration rate,PR)。
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1.5 统计学分析
采用SPSS 11.0统计软件对结果进行分析,组间均数的比较采用单因素方差分析和t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 对羟基苯甲酸酯类对A值的影响
由表1可见,MP、EP在200 μg/ml时A值明显减小,P<0.05;PP、BP从25 μg/ml开始A值亦明显减小(P<0.05),且随剂量的增加,A值也越来越小。说明对角质形成细胞增殖的抑制作用也显著增大,呈现明显的剂量—效应关系(RMP=0.977,REP=0.937,RPP=0.87,RBP=0.882,P值均小于0.01)。
注:MP—对羟基苯甲酸甲酯,EP—对羟基苯甲酸乙酯,PP—对羟基苯甲酸丙酯,BP—对羟基苯甲酸丁酯。各剂量组与对照组比较,*P<0.05。
2.2 对羟基苯甲酸酯类对增殖率的影响
表2显示,随剂量增加,MP、EP、PP、BP的增殖率逐渐下降,从50 μg/ml开始,增殖率由大到小依次为MP、EP、BP、PP。
注:MP—对羟基苯甲酸甲酯,EP—对羟基苯甲酸乙酯,PP—对羟基苯甲酸丙酯,BP—对羟基苯甲酸丁酯。
3 讨论
化妆品中由于添加了大量营养物质,极易成为微生物繁殖的培养基,因此,在化妆品生产、使用和保存中,为抑制细菌的生长繁殖,在产品中加入一定量的防腐剂,防止微生物造成的腐败变质,从而延长保存期。产品中添加适量的防腐剂可防止变质,延长保质期,但过量添加会对人体产生一定的毒性。对羟基苯甲酸酯类物质,因其低毒、非挥发性、良好的杀菌能力和稳定性,而被作为防腐剂广泛用于包括发用产品、护肤产品、洗面奶、淋浴露、粉类用品、胸部用品、唇膏、香水等等化妆品中[2]。我国《化妆品卫生规范》中规定对羟基苯甲酸酯类防腐剂在化妆品中单一酯的最高限量为0.4%,混合酯为0.8%[3]。但化妆品中防腐剂的超标情况时有发生[4]。由于人们对美的追求,涂在脸上、身上的化妆品越来越多,皮肤接触的防腐剂在种类、数量上也越来越多。多种化学物质混合在一起,对人体的伤害可能会更大,应引起我们足够的重视。
角质形成细胞是人类表皮的主要细胞,占表皮细胞的80%以上,具有许多重要的生物学功能。本次研究正是选用此种细胞来观察对羟基苯甲酸酯类对其细胞毒性作用。结果显示,甲酯、乙酯在200 μg/ml时A值明显减小(P<0.05);丙酯、丁酯从25 μg/ml开始A值亦明显减小(P<0.05),且随剂量的增加,A值也越来越小。说明对角质形成细胞增殖的抑制作用也显著增大,呈现明显的剂量-效应关系。从增殖率来看,随剂量增加,甲酯、乙酯、丙酯、丁酯的增殖率逐渐下降,从50 μg/ml开始,增殖率由大到小依次为甲酯、乙酯、丁酯、丙酯。说明毒性最大为对羟基苯甲酸丙酯,毒性最小为对羟基苯甲酸甲酯。
本次研究丰富了对羟基苯甲酸酯类的毒性尤其是皮肤细胞毒性的资料,使我们更进一步地了解对羟基苯甲酸酯类物质。为研究多种防腐剂的混合毒性作用奠定基础。
参考文献
[1]Mosmann T.Rapid colorimetic assay for celluar growth and survival:Ap-plication to proliferation and cytotoxicity assay.lmmunol Methods,1983,65:55.
[2]冯士清,赵华.从使用频率看化妆品防腐剂走势.日用化学品科学,2006,29(11):30-33.
[3]中华人民共和国卫生部.化妆品卫生规范.2007.