相转移催化合成新型防腐剂DMDC的工艺研究

论文摘要

食品的腐败变质会引起巨大的经济损失,常用的防腐措施是添加食品防腐剂,虽然达到了抑制食品变质的目的,但同时造成一定的食品污染,有的食品添加剂甚至对人体有很强的副作用。随着人们对健康的重视,安全高效的防腐剂越来越受到人们重视。新型防腐剂二甲基二碳酸酯（简称DMDC）以其安全、高效、使用方便等优点而备受人们关注,但到目前为止国内还没有合成DMDC的相关报道。本文对DMDC的合成进行一系列的探索,旨在找出最佳的合成工艺。本文对相转移催化反应进行详细研究,发展了新型的合成方法,用相转移催化反应合成DMDC。在无机碱和相转移催化剂存在下,考察了反应时间、溶剂、温度、无机碱种类、催化剂种类、催化剂用量、氯甲酸甲酯与碱的用量比和溶剂用量等工艺条件对DMDC收率的影响。最优的工艺条件为:反应时间40～60min;甲苯做溶剂;反应温度15℃;氢氧化钠做碱性添加剂;三-十二烷基甲基氯化铵做催化剂;催化剂用量与氯甲酸甲酯的摩尔比为0.0022∶1;反应物氯甲酸甲酯与氢氧化钠的摩尔比为1∶1;水相与油相质量之比为3∶1,可以得到质量收率30%左右的DMDC粗产品。根据最新美国专利提供的数据,对其工艺进行重复试验,实验发现DMDC产率很低,与专利所公布的结果还有相当大的差别。而本文最优条件下的产率要比此专利高,重复性也更好。对DMDC性质以及反应过程中出现的问题以及数据结果进行分析,本文提出了全新的合成方法:非水相转移催化合成DMDC。用三-十二烷基甲基氯化铵做催化剂,氯甲酸甲酯和氢氧化钠做原料,15℃条件下反应40min,可以得到质量收率大于10%的DMDC粗产品。这种非水相转移催化反应可以抑制DMDC的分解反应,对DMDC的合成更加有利,可大大简化产物分离提纯过程,初步实验证明有很大的可行性,值得进一步研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1.文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 相转移催化反应概述
• 1.2.1 相转移催化反应简介
• 1.2.2 常用相转移催化剂的分类及催化机理
• 1.3 防腐剂简介
• 1.3.1 化学合成防腐剂
• 1.3.2 天然防腐剂
• 1.3.3 新型防腐剂二甲基二碳酸酯
• 1.4 课题的提出及意义
• 2.相转移催化法合成DMDC的工艺研究
• 2.1 实验试剂和仪器
• 2.2 DMDC合成方法及路线
• 2.3 分析与表征方法
• 2.3.1 气相色谱定量分析方法
• 2.3.2 气相色谱条件
• 2.3.3 DMDC和各副产物的定量分析
• 2.3.4 红外光谱检测
• 3.实验结果与讨论
• 3.1 主要反应及其机理探讨
• 3.1.1 相转移催化反应基本模型和反应步骤
• 3.1.2 水相有机相相转移催化反应控制步骤和反应发生位置
• 3.1.3 本实验的机理推测
• 3.2 反应溶剂和时间选择
• 3.2.1 甲苯做溶剂
• 3.2.2 四氢呋喃做溶剂
• 3.2.3 正己烷做溶剂
• 3.3 原料滴加顺序的确定
• 3.3.1 先滴加氢氧化钠对产物的影响
• 3.3.2 先滴加氯甲酸甲酯对产物的影响
• 3.4 水相有机相用量比的影响
• 3.5 反应温度的影响
• 3.6 催化剂的选择
• 3.6.1 三-十二烷基甲基氯化铵做催化剂
• 3.6.2 PEG-400做相转移催化剂
• 3.6.3 不同聚合度的PEG做相转移催化剂
• 3.7 季铵盐催化剂用量的选择
• 3.8 碱的选择
• 3.8.1 NaOH做碱性添加剂对反应的影响
• 3.8.2 KOH做碱性添加剂对反应的影响
• 3.9 碱用量的选择
• 3.10 最佳条件下的重复实验
• 3.11 专利重复实验
• 3.11.1 专利描述
• 3.11.2 此反应主要反应及机理探讨
• 3.12 小结
• 4.非水体系中DMDC的相转移催化合成研究
• 4.1 实验试剂和仪器
• 4.2 非水体系三-十二烷基甲基氯化铵催化合成DMDC的研究
• 4.3 非水体系PEG-400催化合成DMDC的研究
• 4.4 小结
• 5.结论
• 参考文献
• 致谢