280~320nm区域的紫外线易使皮肤晒伤,产生红斑、水泡等“日光皮炎”。对甲氧基肉桂酸酯类在 280~320nm区域有宽而强的吸收,对皮肤无刺激,安全性好,是一类理想的防晒剂,其中辛酯在美国、欧盟各国和中国用量都居首位或前列 <1>,乙酯在此区域也有良好的吸收,且吸收率高,是另一个常用防晒剂,同时它还具有广谱抗真菌作用,是莪术根茎中抗真菌的主要有效成分 <2>。对甲氧基肉桂酸乙酯的合成路线有多种,国内金继曙 <3>以对甲氧基苯甲醛为原料,按常规吡啶催化Knoevenagel反应制得中间体对甲氧基肉桂酸,产率 70%;酸和乙醇的酯化用浓硫酸催化,回流 6h,酯产率 78%。本文参照此路线,作了以下改进:①用价廉无毒无污染的醋酸铵 <3>代替常规的吡啶、苯胺等有机碱 <2, 4>作催化剂催化Knoevenagel反应;采用微波辐射技术,在无溶剂条件下合成对甲氧基肉桂酸,产率 87. 8%。②酯化反应改用腐蚀性弱的对甲苯磺酸 <6>催化,反应时间由 6h减为 2. 5h,而产率提高 13%。本文方法操作方便、副反应少、产物易纯化、对环境污染小,符合绿色化学的要求。合成路线如下:1 实验部分1.1 实验仪器和药品MCL Tr型通用微波化学实验仪(微波功率由外接调压器连续调节,上面有三个孔,可接冷凝管等),熔点测定管(温度计未校正),BrukerEQUINOX55型傅里叶变换红外光谱仪, 7501紫外 可见分光光度计,BrukerAVANCE400型核磁共振仪。对甲氧基苯甲醛、丙二酸、醋酸铵、乙醇、对甲苯磺酸均为国产化学纯。1.2 对甲氧基肉桂酸的制备取 5. 6g( 0. 04mol)对甲氧基苯甲醛、4. 6g(0 044mol)丙二酸和 3. 2g( 0. 04mol)醋酸铵置100mL锥形瓶中,摇匀后放进微波炉,装上回流冷凝管。火力键置“高火”,调节电流控制功率为 400W(由电表指示查功率校准曲线,确定微波输出功率),微波连续辐射 7min,反应混合物完全熔融并有CO2 气体放出。稍冷,加入约 80mL冷水,产物即变为固体。将固体物搅碎,抽滤,用水充分浸润、洗涤两次,干燥即得对甲氧基肉桂酸 (反式 ),产率87. 8%。用乙醇重结晶得白色针状结晶,熔点为172~174℃(文献<2>: 173~175℃), 3 000(宽,缔合υO-H), 1 685(υC=0 ), 1 625(υC=C), 1 598, 1511(苯环υC-H ), 941 (γ面外O-H ), 826 (对二取代苯 )。1H NMR(CDCl3,TMS为内标):δ3. 86(s, 3H, -OCH3 ),δ6. 33 (d, 1H,与羧基同碳烯氢 ),δ6. 93 (d, 2H,—OCH3 邻位H),δ7. 51(d, 2H,—OCH3 间位H),δ7.75(d, 1H,与苯环同碳烯氢)。1.3 对甲氧基肉桂酸乙酯的制备取 7. 2g( 0. 04mol)对甲氧基苯甲酸、24mL(0 4mol)乙醇和 1g对甲苯磺酸置 100mL锥形瓶中,装上回流冷凝管,开动磁力搅拌,水浴加热,回流反应 2. 5h。稍冷,改蒸馏装置,在水浴上蒸出过量的乙醇(回收 )。冷却,将反应物倒入冰水中,渐渐析出大块乳白色固体,将固体物研细抽滤,分别用水、Na2CO3 溶液和水充分浸泡、洗涤,抽干,晾干,得7 5g乳白色固体,产率 91. 0%。将固体物溶于适量乙醚进一步提纯,醚层经Na2CO3 溶液充分洗涤后,用水洗至中性,Na2SO4 干燥过夜,滤出Na2SO4,水浴上蒸除乙醚,残留物冷却慢慢析出白色晶体,熔点 49~50℃ (文献 <2 >值: 49 ~50℃);IR(KBr压片) (cm-1 ): 1 706 (υC=0 ), 1630 (υC=C), 1 602, 1512, 1 443(苯环骨架 ), 830 (对二取代苯 )。1H NMR(CDCl3,TMS为内标):δ1. 32 (t, 3H,—CH3 ),δ3. 82(s, 3H, -OCH3 ),δ4. 24 (m, 2H,—CH2—),δ6. 29(d, 1H,羧基同碳烯氢),δ6. 88(d, 2H,—OCH3 邻位H),δ7. 46 (d, 2H,—OCH3 间位H),δ7. 62 (d, 1H,苯环同碳烯氢)。上述Na2CO3 溶液经HCl中和可析出少量对甲氧基肉桂酸,水洗、干燥后可回收并重复使用。2 结果与讨论2 .1 对甲氧基肉桂酸的合成对甲氧基肉桂酸的合成研究具体情况见文献<7>。2.2 对甲氧 基肉桂酸乙酯的合成2.2.1 催化剂用量对对甲氧基肉桂酸乙酯产率的影响 酯化反应选用对甲苯磺酸作催化剂,7. 2g(0. 04mol)对甲氧基肉桂酸、24mL(0. 4mol)乙醇和不同用量的催化剂,回流反应 2. 5h,结果见表 1。表 1 催化剂用量对对甲氧基肉桂酸乙酯产率的影响Tab. 1 Effectofcatalystamountontheyieldofesterm(催化剂) /g 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1. 0 1. 2产率 /% 59. 5 72. 8 81. 3 86. 2 91. 0 87. 4 由表 1可知,催化剂对甲苯磺酸用量多少对反应有明显影响。不加催化剂,反应难以进行;加入一定量的催化剂后,反应速度明显加快,对甲氧基肉桂酸乙酯产率增加。本实验以加入 1. 0g( 0. 005 8mol)对甲苯磺酸为宜。2.2.2 反应时间对对甲氧基肉桂酸乙酯产率的影响 7. 2g(0. 04mol)对甲氧基肉桂酸、24mL(0. 4mol)乙醇和 1g对甲苯磺酸,回流反应不同时间,结果见表 2。表 2 反应时间对对甲氧基肉桂酸乙酯产率的影响Tab. 2 Effectofreactiontimeontheyieldofestert/h 1. 5 2 2. 5 3产率 /% 70. 4 83. 7 91. 0 88. 6 酯化反应较慢,需要一定时间才能达到平衡,由表 2也可看出反应时间对酯产率的影响,反应时间加长,产率增加,太长则又略有降低。本实验以 2. 5h为最佳反应时间。2.2.3 乙醇用量对对甲氧基肉桂酸乙酯产率的影响 7. 2g(0. 04mol)对甲氧基肉桂酸、不同体积 /摩尔数乙醇和 1g对甲苯磺酸,回流反应 2. 5h,结果见表 3。表 3 乙醇用量对对甲氧基肉桂酸乙酯产率的影响Tab. 3 EffectofethanolamountontheyieldofesterV(乙醇) /mL 6 12 18 24 30n(乙醇) /mol 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5产率 /% 65. 5 81. 3 87. 4 91. 0 85. 0 酯化反应是个可逆反应,乙醇和水混溶,分水困难,笔者采取乙醇大大过量的方法,使反应向酯化方向进行(过量乙醇很容易通过水浴蒸馏回收 );乙醇还起溶剂的作用,若量太少,则溶解时间加长,反应变慢,产率降低,反应结束稍冷却就有未反应的对甲氧基苯甲酸固体析出。从表 3可看出,随乙醇用量增加,对甲氧基肉桂酸乙酯产率大大提高,当乙醇用量为 24mL即n(乙醇)∶n(对甲氧基肉桂酸) = 10∶1时,对甲氧基肉桂酸乙酯产率最高。2.3 产品构型及其紫外吸收中间体对甲氧基肉桂酸 为反式体,因反式体中苯基和羧基离得较远,比顺式体内能低,更稳定;酯化反应并未涉及双键, 因此双键构型不改变,对甲氧基肉桂酸乙酯也是反式体。二者的核磁共振谱数据也证实产物为反式结构,双键氢的化学位移与经验规则<7>算出的数据相符。UV:λmax(EtOH): 310nm,在UVB区域 280 ~320nm之间有宽而强的吸收,且吸收峰峰形极好,可在化妆品中作防晒剂。3 结论无溶剂微 波辐射醋酸铵催化Knoevenagel反应合成对甲氧基肉桂酸,按n(丙二酸)∶n(醋酸铵)∶n(醛)=1.2∶1∶1,微波功率400W辐射 7min,酸产率 87. 8%。本法与常规加热反应 <2, 4>相比,大大缩短反应时间,且节省有机溶剂,对环境污染小。酯化反应用对甲苯磺酸作催化剂,按n(乙醇 )∶n(催化剂)∶n(酸 )=10∶0. 145∶1投料,磁力搅拌,回流反应 2. 5 h,对甲氧基肉桂酸乙酯的产率91 0%。对甲氧基肉桂酸乙酯的合成研究@张红$广东药学院有机化学教研室!广东广州510240
@丁盈红$广东药学院有机化学教研室!广东广州510240
@李若琦$广东药学院有机化学教研室!广东广州510240对甲氧基肉桂酸;;对甲氧基肉桂酸 乙酯;;Knoevenagel缩合;;微波辐射;;酯化目的与方法 以对甲氧基苯甲醛为原 料,醋酸铵为催化剂,经Knoevenagel反应,采用微波辐射技术合成了中间体对甲氧基 肉桂酸,再以对甲苯磺酸为催化剂,经酯化反应得对甲氧基肉桂酸乙酯。结果与结论两步反应的产率分别为87.8%和91. 0%,产品结构经IR和1H NMR(CDCl)确证。<1>张红,区国勇.防晒剂对甲氧基肉桂酸酯类的合成进展
.香料香精化妆品,2001,(3):18.
<2>金继曙,都述虎.莪术抗真菌主要有效成分对
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