精细化工课程设计报告书

河南理工大学物理化学学院课程文目:精细化工食品抗氧化剂的制备学院：物理化学学院专业：材料化学0902学号：310913020205姓名：孙永平完成日期：2011-12-20食品抗氧化剂河南理工大学物理化学学院材料化学)摘要食品抗氧化剂是能阻止或延缓食品氧化变质、提咼食品稳定性和延长贮存期的食品添加剂。氧化不仅会使食品中的油脂变质，而且还会使食品退色、变色和破坏维生素等，从而降低食品的感官质量和营养价值，甚至产生有害物质，引起食物中毒。而邻叔丁基对苯二酚(TBHQ)是一种新颖的食品抗氧化剂，对植物性油脂抗氧化性有特效，同时还兼有良好的抗细菌、霉菌、酵母菌的能力。关键词：邻叔丁基对苯二酚食用抗氧化剂重结晶目录摘要目录1.产品概述食品抗氧化剂的性质食品抗氧化剂的用途食品抗氧化剂的发展现状2、实验设计实验原理实验药品及仪器实验装置实验流程图实验3.实验数据处理84．实验注意事项及结果讨论85．参考文献1产品概述1.1.食品抗氧化剂的性质食品抗氧化剂是一类能阻止和延滞食品成分氧化变质，保持食品稳定质量的食品添加剂，他们或通过提供氢原子或形成络合物等方式以阻断食品成分的活性基团的氧化进程；或以本身先期被氧化夺取氧原子而延缓食品成分的氧化；或通过抑制相关酶类以防止食品成分的酶促氧化反应等来非军事区以抗氧化的目的。按来源，抗氧化剂可分为合成的和天然的二类，但在应用上，则往往分成油溶性的和水溶性的二类。由于合成的多具毒性，通常选用天然的抗氧化剂。常用的有混合生育酚浓缩物，愈创树脂等油溶性抗氧化剂，植酸等水溶性抗氧化剂。这类抗氧化剂主要用于防止油脂及富含油脂食品的氧化失败。此外，也用于相关食品以防止氧化引起的变色，维生素的破坏等。1.2食品抗氧化剂的用途食品抗氧化剂通常用于油脂和含油食品，如油炸方便面等油炸食品的抗氧化。因其作用是阻止或延缓食品氧化变质的时间，而不能改变已经氧化的结果，所以使用时必须在油脂氧化前添加。我国《食品添加剂使用卫生》(G82760-1996)规定:可用于食用油脂、油炸食品、干鱼制品、饼干、方便面、速煮米、干果罐头及腌肉制品，最大使用量为0.2g/kg。实际应用中，由于对油炸食品的抗氧化性比其他抗氧化剂效果好得多，因此在油炸方便面、油炸土豆片等油炸食品中，常使用TBHQ。TBHQ对植物油也最有效。对于棉籽油、豆油、花生油等精炼油也常使用。其他抗氧化剂和柠檬酸等对TBHQ有增效作用。1.3食品抗氧化剂的发展现状随着人们对食品安全性要求的提高和对化学合成品的安全疑虑增加，人们期待着开发出安全且高效的天然抗氧化剂。我国允许使用的天然抗氧化剂品种正在不断增加，除列入食品营养强化剂的维生素E（生育酚）外，目前有抗坏血酸系列、茶多酚、植酸、甘草抗氧化物、脑磷脂、迷迭香提取物等。特别是异抗坏血酸钠用量逐年迅速增加。随着科研工作的广泛开展，一些新的品种会不断出现，主要为植物提取物，如：香辛料、中草药和其他植物。1实验设计2.1实验原理TBHQ的制备一般以对苯二酚为原料，在酸性催化剂作用下与异丁烯、叔丁醇或甲基叔丁基醚进行烷基化反应，反应混合物经进一步处理得到纯的TBHQ。反应常用的催化剂有液体催化剂及固体催化剂。常用的液体催化剂有浓硫酸、磷酸、苯磺酸等，反应一般在水与有机溶剂组成的混合溶剂中进行。常用的固体催化剂有沸石和活性白土，反应需在环烷烃、芳香烃、脂肪酮等溶剂中进行。本实验以对苯二酚、叔丁醇为原料，以磷酸作催化剂，在二甲苯溶剂中反应制得TBHQ，其反应式为：OHOHch33+HO—C—CH3—H3PO4-HeatingCH3OHcH3C—ch3+3CH厂ch33OH3CH3OHcH3IlCCH3CH3OH3主产物TBHQ)(副产物DTBHQ)对苯二酚烷基化是芳环上的亲电取代反应，叔丁基是推电子基团，上一个叔丁基后，芳环进一步活化，很容易再上另一个叔丁基。由于位阻的关系，本反应的主要副产物是2,5-二叔丁基对苯二酚，2、6位与2、3位的二叔丁基对苯二酚很少。反应中，叔丁醇要慢慢滴加，以使对苯二酚保持相对过量，减少副反应。反应实际上是分两步进行的，第一步是生成溶于水的中间产物—醚类，反应很快。第二步是中间产物进行重排，生成邻叔丁基对苯二酚。这步反应则比较困难，需在高温下反应较长时间才能使中间产物充分转化，是整个合成反应的控制步骤。¥H3OHfH3HO—C—CH3CH3二甲苯C_CH3CH3OH重排AOHfH3^CH3CH3实验药品及仪器试剂：叔丁醇7.5mL(0.08mol),对苯二酚5.5g(0.05mol),85%磷酸5.0mL(0.075mol),二甲苯50.0mL(0.41mol)。仪器：150mL三口烧瓶，二口连接管，温度计(200°C),球形冷凝管，滴液漏斗，烧杯，锥形瓶，布氏漏斗，电动搅拌器加热套。实验装置当进行非均相反应，或反应物之一要逐渐滴加时，为避免反应瓶内局部过浓、过热而导致其它副反应或有机化合物分解，必须进行搅拌。搅拌常常能使反应温度均匀，缩短反应时间和提高产率。本实验采用搅拌下的加热回流装置，如图1所示。图1制备邻叔丁基对苯二酚的实验装置图机械搅拌装置通常包括：电动搅拌器、搅拌棒、密封装置、三口烧瓶等回流或蒸馏装置。本实验室采用聚四氟乙烯制成的搅拌密封塞。它由上面的螺旋盖、中间的硅橡胶密封垫圈和下面的标准口塞组成。标准口塞有不同型号，可与各种标准口玻璃仪器匹配。使用时只须选用适当直径的搅拌棒插入标准口塞与垫圈孔中，在垫圈与搅拌棒间可涂些甘油润滑，旋上螺旋盖至松紧适宜，压扁了垫圈便与搅拌棒紧密接触，并把标准口塞塞紧在标准口玻璃烧瓶上即可。试验流程图实验步骤在150mL三口烧瓶上安装二口连接管，再装上搅拌器、温度计、回流冷凝管。依次向三口烧瓶中加入5.5g对苯二酚、5.0mL85%磷酸、20.0mL二甲苯，启动搅拌。3•缓慢加热到100~110°C，慢慢滴加7.5mL叔丁醇+5mL二甲苯的溶液。滴加过程中温度保持在100~110C，并开始计时，约30~60min滴加完毕。4•滴加完后，继续加热升温至135〜140C，恒温加热回流h（从开始滴加叔丁醇时计时）。5•缓慢降温至120C左右，待无回流液时，停止搅拌，将反应液趁热迅速到入盛有50mL热水的烧杯中，用少量热水清洗三口烧瓶中的残余反应液，并将其并入烧杯中。6．将烧杯冷却30min左右，使之结晶完全。抽滤，得白色粗品。滤液经分离回收二甲苯和磷酸。7．用25mL二甲苯重结晶，活性炭脱色。重结晶产品干燥，称量，计算产率。实验数据处理实验收取邻叔丁基对苯二酚4.2287g，理论产值为8.3g，实际产率为50.95%。实验注意事项及结果讨论实验过程中，温度控制极其重要，由于加热套热敏控制不稳定，所以要经常用温度计测量温度，而且大多有苯环的有机物有毒，要做好通风设施，避免不必要的伤害。实验以二甲苯作溶剂，可达到两个目的。一是控制叔丁醇局部浓度不至于过高，减少副产物二叔丁基对苯二酚的生成；二是考虑到二叔丁基对苯二酚溶于冷的二甲苯，加入二甲苯可去除产品中的二叔丁基对苯二酚，对产品起到初步的净化作用。实际操作中，部分产品丧失，比如转移过程中晶体不能被全部转移，粘在烧杯、布氏漏斗上，而且实验过程中是有一部分副产品的，所以产率是比50.95%小的。所得产品呈现粉红色，是由于TBHQ在见光和碱性条件下呈现粉红色，可见大部分产品是邻叔丁基对苯二酚，所以实验基本上是成功的。参考文献【1】食品化学，食品加工理论基础，食品手册【2】李银聪，柳中，抗氧化剂的作用机理和天然抗氧化剂[J]，中国食物与营养,2011（02）007【3】姜守霞，姜颖，食品抗氧化剂TBHQ的研究[J],吉林师范大学学报（自然科学版），2004（03）022