丁酸异丁酯的合成与应用

简述

丁酸异丁酯(Isobutyl butyrate)是一种具有苹果、桃、杏甜果味的无色透明液体，因其具有特殊的香味且使用安全被广泛用于食品、医药、烟草、日用化学工业，属FAO (联合国粮农组织) 和WHO (世界卫生组织) 认定的GRAS (一般公认为安全) 的食品添加剂之一^[1-2]。丁酸异丁酯的化学结构相对简单，这使得它在许多反应中表现稳定，不易分解。但需要注意的是，这种酯类物质的沸点较低，易于挥发，因此在储存与运输过程中一定要避免高温。

合成工艺

丁酸异丁酯传统的工业制法是以丁酸和异丁醇在H₂SO₄催化下酯化合成。由于H₂SO₄的脱水、氧化作用, 使得产品色泽深, 收率低, 副反应多, 产品质量差, 而且H₂SO₄易腐蚀设备, 产品后处理困难, 严重污染环境。因而寻求新的催化剂替代浓H₂SO₄已成为人们研究的新课题。

无机盐催化剂

以硫酸镓为催化剂，正丁酸和异丁醇为原料合成了丁酸异丁酯。考察了催化剂用量，醇酸物质的量 比，反应时间及催化剂重复使用次数等因素对收率的影响。适宜反应条件为：正丁酸0.2mol，醇酸物质的量比1.4，催化剂0.8g，反应时间 30min，收率86.5%。该催化剂有良好的重复使用性，第五次使用时收率达80.9%，是合成丁酸异丁酯的高效，经济，环境友好的催化剂^[3]。

对甲苯磺酸催化剂

以颗粒状活性碳固载对甲苯磺酸作催化剂，通过正丁酸和异丁醇反应 合成丁酸异丁酯。实验探讨诸因素对酯化产率的影响，实验结果表明：活性碳固载对甲苯磺酸具有良好的催化活性，酸醇物质的量比为1:1.4，催化剂用量为反 应物总量的5.2%，反应时间75min，酯化产率可达98.26%^[4]。

固体超强酸催化剂

以质量比为1:9:20的硝酸铈铵、高岭土和SnCl₄·5H₂O制备了含铈固体超强酸催化剂SO₄^2- -/SnO₂-CeO₂-kaolin，制备条件为促进剂H₂SO₄浓度2.0mol/L，浸渍12h，350℃焙烧3h，并采用Hammett指示剂法和XRD对其进行了酸强度和表面性能表征。适宜反应条件是催化剂用量为反应物总质量的2.5%，醇酸摩尔比1.4，反应时间100min，甲苯10mL，酯收率94.5%，重复使用6次酯收率仍高于80%^[5]。

应用

在大豆种植的过程中，随着连作年限的累计以及对土地的使用，大豆病虫害的发生越来越严重，对大豆产业造成十分严重的损失。在大田中较为常见的大豆根腐病一般可造成30%的减产，严重时可以使整块地绝收；大豆灰斑病能影响大豆的外观，同时还降低大豆的发芽率，可以使大豆含油率降低2.9%，蛋白质含量降低1.2%。大豆病害的田间复合型侵染十分严重，危害程度日益增加，防止十分困难。因此，对大豆病害提出有针对性的防治方法，积极提升大豆的产量和品质是非常重要的。大豆病害往往不是单一因素引起的，而且在大豆生育期的不同阶段发生的病害也不尽相同。其中，链格孢菌，三线镰孢菌，腐皮镰孢菌等都是能够导致大豆真菌病害的病原物之一。寻找能够抑制多种病原菌生长的物质势在必行。研究发现，丁酸异丁酯或丁酸异丁酯的衍生物在防治病原菌方面具有优秀表现。

具体地，农药技术领域提取异丁酯或丁酸异丁酯的衍生物用于防治大豆的病害。其作用表现在如下几个方面：(1)防治病原菌；(2)提高植物对病原菌的抗性；(3)抑制病原菌的致病力；(4)抑制病原菌的菌丝生长。通过以上几个方面实现大豆的病害防治，对于农业生产具有重要的应用价值^[6]。

参考文献

[1]刘树文.合成香料技术手册 (上册) [M].北京:中国轻工业出版社, 2000.

[2]凌关起庭, 王亦芸, 唐述朝.食品添加剂手册[M].化学工业出版社, 1989.

[3]何建英,刘素环,陈丹云.硫酸镓催化合成丁酸异丁酯的研究[J].化工中间体, 2008(3):2.DOI:10.3969/j.issn.1672-8114.2008.03.001.

[4]马东学.用活性碳固载酸性催化剂合成丁酸异丁酯[J].化学工程师, 2006(11):2.DOI:10.3969/j.issn.1002-1124.2006.11.019.

[5]周慧,张霞,何建英,等.含铈固体超强酸SO₄^2-/SnO₂-CeO₂-kaolin催化合成异丁酸异丁酯[J].稀土, 2010, 31(4):4.DOI:10.3969/j.issn.1004-0277.2010.04.012.

[6]辛大伟,彭洋,刘春燕,等.丁酸异丁酯或丁酸异丁酯的衍生物在防治病原菌中的应用:CN202511191021.0[P].