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薄荷醇是一种传统的凉味剂和食品添加剂,在医药和食品领域中应用非常广泛。但由于薄荷醇本身刺激性气味极强,用量多时气味特别刺鼻,用量少时清凉效果又不明显,因此薄荷醇的应用受到一定的限制;为了克服这些问题,研究者开发出了薄荷醇衍生物,如琥珀酸单薄荷酯,它具有清凉效果持久、气味纯正且用量少等优势,可以作为一种理想的新型凉味剂来取代薄荷醇。琥珀酸单薄荷酯通常是用4-二甲氨基吡啶(4-dimethylaminopyridine,DMAP)均相催化合成,但均相催化过程存在催化剂与产品分离工序复杂、成本高且产品中有少量催化剂残留等诸多问题。为了提高产品的安全性,同时也为了降低生产成本、简化分离工艺,本文是在实验室前期工作的基础之上,将DMAP负载到无机载体表面以制备负载型DMAP,采用非均相催化来合成琥珀酸单薄荷酯。以活性物4-甲氨基吡啶(4-methylaminopyridine,MAP)为前体、无机物纳米二氧化硅(NS)为硅基载体,通过偶联化、N-烷基化两步反应制备纳米二氧化硅负载化催化剂NS-DMAP。结果表明,在130℃条件下反应22 h时,NS-DMAP达到最大负载量,为0.66 mmol/g。通过热重和红外两种方法对NS-DMAP进行表征,结果表明DMAP成功负载到载体上。通过对NS-DMAP催化合成琥珀酸单薄荷酯过程进行优化,得到的最佳反应条件为:反应物摩尔比(薄荷醇:琥珀酸酐)1:2.5,反应温度50℃,反应时间15 h,搅拌速率为500 rpm,催化剂用量20 g/L,溶剂为环己烷:丙酮(v/v)3:2,此时产物琥珀酸单薄荷酯的最大产率可达91.3%;反应结束后,将催化剂继续循环使用20次之后发现催化剂仍具有良好的催化效果和稳定性。然后探究了硅基分子筛(MCM-41)和硅胶(SG)做载体时的最大负载量及最佳反应条件。结果表明:在最优条件下,SG-DMAP的最大负载量为0.88 mmol/g,MCM-41-DMAP的最大负载量为1.33 mmol/g,其负载量明显高于NS-DMAP。对这两种负载化催化剂进行红外表征,结果表明DMAP成功负载到载体上。然后将这两种催化剂分别用于催化合成琥珀酸单薄荷酯反应。结果表明:(1)SG-DMAP作催化剂时,反应温度50℃,反应底物摩尔比(薄荷醇:琥珀酸酐)1:2.5,反应时间为20 h,催化剂用量30 g/L,环己烷:丙酮(v/v)3:2时,琥珀酸单薄荷酯的产率达最大值,为80.2%;(2)MCM-41-DMAP作催化剂时,当反应温度50℃,反应底物摩尔比(薄荷醇:琥珀酸酐)1:2.5,反应时间24 h,环己烷:丙酮混合溶剂(v/v)3:2,催化剂用量30 g/L,琥珀酸单薄荷酯的产率达到最大值,为77.2%;同样的,两种催化剂重复使用20次后其催化效果和稳定性没有受到明显破坏。综上可知,NS-DMAP催化合成琥珀酸单薄荷酯时产率最大,因此选用NS-DMAP为催化剂,并对反应生成的产品进行分离、提纯和鉴定。此外,采用固定床式反应器将催化剂NS-DMAP重复使用60次后,琥珀酸单薄荷酯的产率仍可达92.1%,因此本论文采用的方法为琥珀酸单薄荷酯的工业生产中提供了一条可行的途径。同时,对整个反应过程进行了成本估算,生产1 t琥珀酸单薄荷酯所得利润在10.8-11.8万元之间,说明NS-DMAP催化合成琥珀酸单薄荷酯的方法不仅环保且成本低利润大,具有较大的经济价值和工业化生产前景。