4-羟基苯甲酸：基本属性、主要用途、合成路线、使用注意事项与运输存储
一、4-羟基苯甲酸的基本属性
4-羟基苯甲酸(4-Hydroxybenzoic acid，简称4-HBA)是一种常见的芳香族有机化合物，属于苯甲酸的衍生物。其分子结构由一个苯环与两个功能团组成，分别是位于苯环4位的羟基(-OH)和1位的羧基(-COOH)。由于这一结构，4-羟基苯甲酸展现出多种化学特性和广泛的应用价值。
4-羟基苯甲酸名称
中文名： 乙酰水杨酸杂质A
英文名： 4-hydroxybenzoic acid
中文别名： 对位氢氧基苯甲酸 | 1-萘磷酸钠盐 | 对羟基安息香酸 | 4-羟基苯甲酸 | 4-羟基苯 | 4-氢氧苯甲酸 | 对苯酚甲酸 | 对羟基苯甲 | 对羟基苯甲酸
CAS号： 99-96-7
4-羟基苯甲酸物理化学性质
密度： 1.4±0.1 g/cm3
沸点： 336.2±25.0 °C at 760 mmHg
熔点： 213-217 °C(lit.)
分子式： C7H6O3
分子量： 138.121
闪点： 171.3±19.7 °C
精确质量： 138.031693
PSA： 57.53000
LogP： 1.42
外观性状： 白色至米色结晶粉末
蒸汽压： 0.0±0.8 mmHg at 25°C
折射率： 1.616
储存条件
1.储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。保持容器密封。
2.应与氧化剂、食用化学品分开存放，切忌混储。
3.配备相应品种和数量的消防器材。储区应备有合适的材料收容泄漏物。
稳定性
1. 避免光照，避免与强氧化剂接触。
2. 存在于烤烟烟叶、白肋烟烟叶、香料烟烟叶、烟气中。
水溶解性 5 g/L (20 ºC)
4-羟基苯甲酸的化学稳定性较高，具有一定的抗氧化性。其水溶性较差，但能在热水及有机溶剂中较为容易溶解。
二、4-羟基苯甲酸的主要用途
4-羟基苯甲酸广泛应用于多个行业，包括化学合成、食品、化妆品及医药领域。
1. **医药与化妆品行业**
- **抗氧化剂**：4-羟基苯甲酸具有较强的抗氧化性质，能够有效清除自由基，广泛用于抗衰老、抗氧化的化妆品和护肤品中。它能防止皮肤受到紫外线损伤，延缓皮肤衰老。
- **药物中间体**：作为芳香族化合物的中间体，4-羟基苯甲酸参与了多种药物的合成，特别是在合成非甾体抗炎药(NSAIDs)及其他药物时，它作为重要的起始原料。
2. **食品行业**
- **防腐剂**：4-羟基苯甲酸被广泛应用于食品保存中，作为防腐剂延长食品的保质期。其抗氧化、抗微生物的特性使其成为食品工业中常见的添加剂之一。
3. **聚合物和化学合成**
- **合成树脂**：4-羟基苯甲酸在合成某些聚酯、酚醛树脂及其他高分子材料中，作为单体或改性剂，增加材料的稳定性和性能。
- **染料和颜料中间体**：它还用于合成某些特殊染料及颜料，是化学工业中重要的原料之一。对羟基苯甲酸是用途广泛的有机合成原料，特别是其酯类，包括对羟基苯甲酸甲酯(尼泊金甲)、乙酯(尼泊金乙)、丙酯、丁酯、异丙酯、异丁酯，可做食品添加剂，用于酱油、醋、清凉饮料(汽水除外)、果品调味剂、水果及蔬菜、腌制品等，还广泛用于食品、化妆品、医药的防腐、防霉剂和杀菌剂等方面。对羟基苯甲酸也用作染料、农药的中间体。在农药中用于合成有机磷杀虫剂GYAP、CYP;在染料工业中用于合成热敏染料的显色剂;还可用于彩色胶片及合成油溶性成色剂“538”及尼龙12中用作增塑剂的生产原料。另外，还用于液晶聚合物和塑料。
4. **生物学研究**
- **抗菌与抗病毒活性**：4-羟基苯甲酸在某些研究中被发现具有抗菌和抗病毒活性，部分研究探索其作为药物开发的潜力。
三、4-羟基苯甲酸的合成路线
4-羟基苯甲酸的合成方法较多，主要包括以下几种常见路线：
1. **苯甲酸羟基化反应**
- **反应原理**：通过苯甲酸的羟基化反应，在苯环的4位引入羟基，得到4-羟基苯甲酸。此反应常见的催化剂包括氯化铁(FeCl₃)或高温条件下的氧化剂(如过氧化氢)。
- **反应步骤**：首先在一定条件下，苯甲酸与羟基化试剂反应，然后经过水解及提纯步骤得到最终产物。
2. **由对位氯苯甲酸还原得到**
- **反应原理**：氯苯甲酸经过氢化还原反应，氯离子被还原成氢，最终得到4-羟基苯甲酸。
3. **通过苯甲酸与氢氧化钠反应合成**
- 该方法中，苯甲酸在强碱性环境下与氢氧化钠反应生成4-羟基苯甲酸。此方法相对简单，并且在工业生产中得到广泛应用。
4. **生物合成**
- 一些微生物，如某些细菌和真菌，能够通过自然的代谢途径合成4-羟基苯甲酸。这种方法虽然不常见，但随着绿色化学的推进，生物合成路径逐渐成为一种环保、高效的合成方式。
对羟基苯甲酸的生产方法有多种，苯酚钾羧化法较适于工业化生产，该法又分酚钾固相羧化法、酚钾溶媒羧化法、酚钾与二氧化碳的连续气液相法。将40%左右的氢氧化钾溶液与苯酚加入反应锅中混合，于100℃搅拌0.5h，至酚钾液的游离碱为0.3-1.2%。加热，进行常压脱水，至内温为140℃时改为减压脱水，在10.6kPa压力下蒸水约0.5-1h，直至内温达170℃以上。加入溶剂苯酚共沸脱水，至200℃(2.67kPa)结束脱水，得酚钾与酚的复合盐。将制备的上述复合盐继续加热至220-230℃，通入净化无水的二氧化碳，压力维持在0.5MPa，反应2.5h，降温至200℃补加苯酚，保温搅拌30min，然后减压回收苯酚至尽。再通入二氧化碳进行第二次羧化，约需2h。羧化结束后，回收苯酚，冷却至180℃以下，加水溶解，即得羧化液(对羟基苯甲酸二钾盐)。将硫酸逐渐加入羧化液中，于70℃以下中和至pH为6.7。冷却过滤除去硫酸钾，所得粗品滤饼用水重结晶、活性炭脱色，即得含量99%以上的对羟基苯甲酸。对羟基苯甲酸二钾盐也可由水杨酸二钾盐转位得到。因此工业上也可由水杨酸经成盐、转位、中和得到对羟基苯甲酸，但成本较高。另外，生产糖精时的副产物对甲苯磺酰氯，经氨化、氧化、酸析、碱熔、再酸析也可获得该品。该法收率较低，成本较高，而且糖精副产物中往往夹带有毒的杂质邻磺酰胺基甲苯。
四、使用注意事项
在使用4-羟基苯甲酸时，需注意以下几点：
1. **安全性**：4-羟基苯甲酸本身的毒性较低，但接触到皮肤、眼睛时，仍可能引起轻微的刺激。因此，使用时应佩戴适当的个人防护装备，如手套、护目镜等。
2. **储存条件**：尽管它具有较高的热稳定性，4-羟基苯甲酸应存放在阴凉干燥处，避免阳光直射及湿气。长期暴露于湿润环境中可能导致其降解或结块。
3. **对环境的影响**：4-羟基苯甲酸是可生物降解的，但过量排放可能对水生生物产生轻微的毒性，因此在工业生产中应加强废弃物处理。
五、4-羟基苯甲酸的运输与存储
1. **运输要求**：4-羟基苯甲酸应根据其物理性质，选择适合的运输方式。通常情况下，它以固体粉末的形式存储和运输。运输时需要注意防潮、防热，避免长时间暴露在潮湿环境中，导致其结块或降解。
2. **包装要求**：包装时通常使用密闭的塑料袋或纸袋，并采取适当的防潮措施。运输过程中，需确保包装完好，以防止物料泄漏或污染。
3. **储存条件**：4-羟基苯甲酸应储存在通风良好的干燥地方，避免阳光直射。其理想的储存温度应低于25°C，避免高温引发物料的分解或挥发。大宗存储时应定期检查库存物料的状态，防止因长时间存储导致物料变质。
结语
4-羟基苯甲酸作为一种重要的芳香族有机化合物，其独特的化学和物理特性使其在医药、食品、化妆品、化学合成等多个行业中都具有广泛的应用。无论是在抗氧化剂、药物中间体、聚合物合成，还是食品防腐、染料生产等方面，4-羟基苯甲酸都有着不可或缺的作用。通过合理的合成方法、使用注意事项及科学的储存与运输管理，能够有效提升其应用效益，并确保其安全性和环保性。
