新型防腐剂富马酸单环己酯催化合成条件的研究毕业论文(编辑修改稿)

新型防腐剂富马酸单环己酯催化合成条件的研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

te as the evaluation index, 4 factors that influence the effects of reaction temperature, reaction time, catalyst dosage, molar ratio of mono cyclohexyl fumarate yield, selection of reaction conditions using BoxBehnken design and response surface method, and predict the optimal synthetic reaction conditions. From the experimental results show that the reaction temperature, reaction time, acid Mole ratio, catalyst dosage of mono cyclohexyl fumarate yields significantly affected, determine the optimum synthesis condition for: reaction temperature was 90 ℃ , the reaction time was , acid Mole ratio was , catalyst for 4g. Screening synthesis conditions by BoxBehnken design and response surface method, the method is simple, high precision, predictability is also better. Keywords: mono cyclohexyl fumarate。 ionic liquids。 BoxBehnken design。 yields 黄山学院 本科毕业论文 1 引言 新型防腐剂及离子液体的概述 食品防腐剂是一类用于保持食品的品质和营养成分的食品添加剂，由于其对微生物的生长活动具有持 续显著的抑制作用，因而在食品工业领域占据非常重要的位置。 当前市场上允许使用的食品防腐剂有对羟基苯甲酸酯类、过氧化氢、水杨酸、山梨酸、丙酸、乳酸钠等，但它们的防腐效果均受食品的 pH 值、自身毒性、食品的染菌程度、微生物种类、使用剂量和环境等因素影响，极大程度增加了应用的局限性 [1]。 在这种背景下，富马酸酯类防腐剂应运而生，以其广谱、高效、低毒、经济实用等特点赢得人们广泛关注，并且在皮革、饲料、食品等行业发挥着重要的作用。 作为一类新型防腐剂，富马酸酯类的研究应用取得了突破性进展，比如富马酸乙二醇甲酯、富马酸二甲酯 、富马酸甘油甲酯、富马酸淀粉甲酯等，其中富马酸二甲酯的防腐作用得到了研究人员的广泛推崇，并且为此做了大量工作以提高其产率 [2]，然而其会刺激皮肤及粘膜，引发过敏症状，以致其防腐作用受到了局限。 研究人员对富马酸酯类防腐剂的研究探索并未停滞，他们把目光放在了富马酸单环己酯的研究上来，发现它是一种优异的有机中间体和新型防腐剂，而且具有清洁环保、无残留、高效低毒、不受 pH 值限制等优点 ［ 3,4］。 目前关于 富马酸单环己酯的制备 研究的报道很少，文献以环己醇和马来酸酐为原料，先经酯化反应生 成 马来酸单 环己酯，然后在无水 AlCl3的催化下经异构化反应合成富马酸单环己酯。 合成富马酸单酯也可以用无机酸作为催化剂，使醇酸直接酯化而得，此法合成虽然操作简单、收率较高，但产品的后处理十分复杂，而且设备的腐蚀较严重、原料价格相对较高。 此外，也有文献报道采用固体超强酸 SO42－ /SnO2CeO2为催化剂，一步完成酯化异构化合成富马酸单环己酯。 固体超强酸在此反应中表现出极高的活性和选择性，且具有制备简单、不腐蚀设备、产品后处理容易等优点，然而其最大的不足源自于富马酸单环己酯的收率偏低，大约仅有 57%。 寻找一种清洁高效的 新型催化剂代之传统催化剂迫在眉睫，在绿色生产要求如此迫切的今天，离子液体催化剂 [5,6]应运而生，它 是 一种全新的介质和软功能材料，凭借其熔点低，室温下呈液态，物理化学性能稳定，蒸汽压低，无色无味无毒，清洁环保，制备工艺简单，能耗低，具有良好的溶解能力和催化能力，极性可调，容易形成非均相体系，电化学窗口宽等优点成为国际科技前沿和热点，也为解决能源和环境问题带来了新的契机，成为当今世界绿色高新技术的战略高地，在很多领域都表现出了广阔的应用前景。 本实验采用离子液体催化剂替代传统的催化剂进行催化合成富马酸单环己酯， 并且通过 BoxBehnken 设计效应面法考察适宜的合成反应条件。 黄山学院 本科毕业论文 富马酸单环己酯的合成 原理 离子液体催化剂具有易于分离，催化活性高，可重复利用等特点，使其在催化剂领域占有重要的地位，同时它被认为是一种能够替代传统催化剂的清洁型液体催化剂。 离子液体作为一类环境友好的绿色溶剂和催化剂已广泛用于催化或非催化反应中 [7]，其中酸功能化离子液体用于代替常规酸催化剂已成功用于酯化反应 [8]、 Mannich 反应、 Beckmann 重排、水解反应等。 目前已知的离子液体催化剂种类很多 [9]，如 1( 3磺 酸基丙基 )吡啶对甲苯磺酸盐（ [HSO3pPy]pTSA）、 1甲基 3 丙磺酸咪唑硫酸氢盐 ([MIMPS]HSO4) 、 1 丙磺酸吡啶硫酸氢盐([PyPS]HSO4)、 1丙磺酸吡啶磷酸二氢盐 ([PyPS]H2PO4)等。 2020 年 4 月王国华等[10]采用酸功能化离子液体 [HSO3pMIM]HSO4 催化合成了马来酸二异辛酯， 2020年 4月雷敏等 [11]人采用离子液体 [BsTmG][CF3COO]合成了 1， 3二氧己环衍生物，2020 年 10 月陈兵等 [12]人采用多种功能化离子液体催化合成了柠檬酸三辛酯。 本实 验采用的催化剂是 1甲基 3丙磺酸咪唑硫酸氢盐离子液体，其合成路线如图11 所示。 本实验以环己醇、马来酸酐为原料，以上述离子液体作为催化剂进行催化合成富马酸单环己酯（合成路线如图 12 所示），并将得到的产物进行红外表征分析。 通过所得到的一系列实验数据，对实验中所涉及的 4 个参数醇酸摩尔比、反应温度、反应时间、催化剂用量分别进行考察与分析，以确定它们对富马酸单环己酯合成收率的影响，最后利用 BoxBehnken 设计效应面法选择最优酯化反应条件，并预测最佳合成反应条件。 图 11 离子液体的合成路 线 图 12 富马酸单环己酯的合成路线 黄山学院 本科毕业论文 实验方法 单因素实验 选取反应温度、反应时间、醇酸摩尔比、催化剂用量进行单因素实验，分别考察四种因素对富马酸单环己酯合成收率的影响。 反应温度的选择 固定醇酸摩尔比为 1:1，反应时间为 3h，催化剂用量为 3g 的条件下，反应温度分别为 60、 70、 80、 90、 100h。 反应时间的选择 固定醇酸摩尔比为 1:1，反应温度为 80℃ ，催化剂用量为 4g 的条件下，反应时间分别为 5h。 醇酸摩尔比的选择 反应温度为 80℃ ，反应时间为 3h，催化剂用量为 3g 的条件下，醇酸摩尔比分别为 、 、 3。 催化剂用量的选择 固定醇酸摩尔比为 1:1，反应温度为 80℃ ，反应时间为 3h，催化剂用量分别为 5g。 BoxBehnken 实验设计 根据单因素实验所确定的各影响因素的适用范围，在单因素考察的基础上，依据 BoxBenhnken 的中心组合实验原理，以反应温度 (X1)、反应时间 (X2)、醇酸摩尔比 (X3)、催化剂用量（ X4）为因素，以富马酸单环己酯的收率为效应值（ Y），应用 DesignExpert 软件，进行四因素三水平实验。 采用 BoxBenhnken 设计 效应面法 [13,14]考察上述因素对效应值的影响及它们之间的相互作用，同时对各因素进行优化处理。 该方法可在数学模型中对富马酸单环己酯合成中的考察指标进行综合分析，并且绘出相应的三维应变量曲面图，对各因素与指标的关系进行直观定量分析。 依据星点设计的研究思路，将每个因素设置 3 水平，用代码值 0、 1 来表示，各自变量的编码见表 11。 表 11 BoxBehnken 考察因素与水平 水平 实验因素 X1 反应温度 /℃ X2 反应时间 /h X3 醇酸摩尔比 X4 催化剂用量 /g 1 70 2 0 80 3 1 90 4 黄山学院 本科毕业论文 2 实验部分 原料及试剂 表 21 实验主要试剂 名称 规格。