楊德紅，楊本勇

（中原工學(xué)院，鄭州450007）

扁桃酸，即1－羥基苯乙酸，是手性分子，存在兩種光學(xué)異構(gòu)體，分子內(nèi)含有一個(gè)手性碳.扁桃酸是重要的醫(yī)藥中間體和染料中間體［1］.用化學(xué)合成法制備手性扁桃酸的報(bào)道相對較少，較多的文獻(xiàn)報(bào)道集中在扁桃酸外消旋產(chǎn)物的制備［2－3］，主要是苯甲醛氰化法、苯乙酮衍生法、相轉(zhuǎn)移催化法 （PTC法）等.PTC法是目前實(shí)驗(yàn)室常用的方法，與前面兩種合成方法相比，具有產(chǎn)率高、反應(yīng)條件溫和、操作簡單、后處理方便、催化劑可以循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，具有工業(yè)化應(yīng)用前景.但該方法也存在反應(yīng)不易控制、副反應(yīng)多、溶劑量大、反應(yīng)時(shí)間長等不足.微波或超聲波與相轉(zhuǎn)移催化劑結(jié)合有助于克服單純相轉(zhuǎn)移催化法的缺點(diǎn)，尤其在縮短反應(yīng)時(shí)間方面最明顯，而微波或超聲波輔助的相轉(zhuǎn)移催化合成法合成扁桃酸鮮有報(bào)道［4－5］.近年來，人們研究了幾乎所有類型的微波輔助的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)［6］，結(jié)果表明微波輻射合成技術(shù)具有反應(yīng)速度快、選擇性高、無滯后效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，不僅能大大縮短反應(yīng)時(shí)間，提高反應(yīng)收率，減少溶劑用量甚至可進(jìn)行無溶劑反應(yīng)，同時(shí)還能簡化后處理過程，減少“三廢”，保護(hù)環(huán)境.

本文就微波輻射條件下苯甲醛和鹵仿相轉(zhuǎn)移催化合成扁桃酸的工藝進(jìn)行研究，討論了反應(yīng)條件對扁桃酸產(chǎn)率的影響.

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要原料和試劑

苯甲醛、氯仿、氫氧化鈉、三乙基芐基氯化銨（TEBA）、四丁基氯化銨（TBAC）、四甲基氯化銨、β－環(huán)糊精、乙酸乙酯、乙醇、甲苯、石油醚、無水硫酸納、濃鹽酸等.所有試劑均為化學(xué)純或者分析純.

1.2 主要儀器

MAS－Ⅱ微波化學(xué)反應(yīng)儀；Vector22紅外吸收光譜儀；WRS－1A數(shù)字熔點(diǎn)儀；ZF－1三用紫外分析儀.

1.3 扁桃酸合成步驟

向三口燒瓶中加入0.049 0mol苯甲醛、0.086 3mol氯仿、0.001 5mol催化劑，將三口瓶置于特定功率的微波輻射下，待體系升溫至設(shè)定溫度，滴加50%氫氧化鈉溶液12.5mL，并攪拌一段時(shí)間.將三口瓶從微波反應(yīng)儀中取出，向反應(yīng)混合物中加入適量的水，使固體完全溶解，并將其倒入分液漏斗中除去下層有機(jī)相.上層水相用20mL乙酸乙酯分2次洗滌，再用濃鹽酸酸化至pH值約為1～2.最后用30mL乙酸乙酯分2次提取，合并酯層，減壓蒸餾，得到淺黃色固體，用1∶10的乙醇和甲苯溶液重結(jié)晶，烘干，得到白色粉末狀固體，稱重，并對產(chǎn)品進(jìn)行熔點(diǎn)測試和紅外IR表征.

2 結(jié)果與討論

2.1 不同催化劑對扁桃酸產(chǎn)率的影響

首先做空白實(shí)驗(yàn)，即不添加任何催化劑，設(shè)定反應(yīng)條件：微波功率300W，反應(yīng)時(shí)間20min，反應(yīng)溫度60℃，扁桃酸的產(chǎn)率只有3.5%左右.相同的反應(yīng)條件下，分別使用三乙基芐基氯化銨（TEBA）、四丁基氯化銨（TBAC）、四甲基氯化銨和β－環(huán)糊精作為催化劑，添加苯甲醛、氯仿和催化劑的摩爾比為1∶1.76∶0.03，通過苯甲醛和氯仿在微波輔助下反應(yīng)，得到不同催化劑下扁桃酸的產(chǎn)率，如表1所示.使用TBAC作為催化劑，扁桃酸的產(chǎn)率最高，達(dá)到60.4%，β－環(huán)糊精的催化效果最差，和空白實(shí)驗(yàn)結(jié)果接近.所以，在以下的實(shí)驗(yàn)中選取TBAC為催化劑.

表1 不同催化劑對扁桃酸產(chǎn)率的影響

2.2 催化劑用量對扁桃酸產(chǎn)率的影響

催化劑選用TBAC，催化劑和苯甲醛的摩爾比分別為0.01、0.03和0.05，其他條件不變（微波功率300W，反應(yīng)時(shí)間20min，反應(yīng)溫度60℃），扁桃酸的產(chǎn)率如表2所示.當(dāng)催化劑用量增加時(shí)，產(chǎn)物的產(chǎn)率最初是增加的；當(dāng)催化劑用量繼續(xù)增加，扁桃酸的產(chǎn)率反而下降.這可能是由于催化劑用量過多，增加了反應(yīng)后處理的難度，產(chǎn)物損失較多的緣故.所以，在該反應(yīng)中，催化劑用量以TBAC與苯甲醛的摩爾比為0.03時(shí)效果最佳.

表2 催化劑用量對扁桃酸產(chǎn)率的影響

2.3 反應(yīng)物摩爾配比對扁桃酸產(chǎn)率的影響

表3所示是氯仿和苯甲醛的摩爾比分別為1.25、1.76和2.24、其他條件不變（微波功率300W，反應(yīng)時(shí)間20min，反應(yīng)溫度60℃）時(shí)獲得的扁桃酸的產(chǎn)率.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著氯仿量的增加，扁桃酸的產(chǎn)率先增高后顯著降低.這可能是因?yàn)槁确碌牧吭龃蠛螅趬A性條件下副反應(yīng)增多，或者有利于副反應(yīng)的進(jìn)行，使扁桃酸在后處理中損失增大.此外，控制氯仿的用量，可節(jié)約成本，也有利于減少環(huán)境污染.所以，氯仿和苯甲醛的摩爾比以1.76較為適宜.

表3 氯仿和苯甲醛的摩爾比對扁桃酸產(chǎn)率的影響

2.4 微波功率對反應(yīng)的影響

微波功率直接影響反應(yīng)體系的溫度，進(jìn)而影響到扁桃酸的產(chǎn)率.在苯甲醛、氯仿和催化劑的摩爾比為1∶1.76∶0.03，反應(yīng)時(shí)間為20min，反應(yīng)溫度為60℃的條件下，不同的微波功率對扁桃酸產(chǎn)率的影響如表4所示.隨著微波輻射功率的增加，扁桃酸的產(chǎn)率逐漸提高，但當(dāng)微波輻射功率從300W增加到400W時(shí)，產(chǎn)物的產(chǎn)率降低.這可能是因?yàn)槲⒉ㄝ椛涔β侍?，易?dǎo)致局部過熱，從而加劇氧化等副反應(yīng)，也使氯仿容易揮發(fā)而損失.因此，微波輻射功率以300W為宜.

表4 微波功率對扁桃酸產(chǎn)率的影響

2.5 系統(tǒng)反應(yīng)溫度對扁桃酸產(chǎn)率的影響

在微波功率一定的情況下，改變反應(yīng)體系或者系統(tǒng)的預(yù)設(shè)反應(yīng)溫度，同樣會(huì)影響到扁桃酸的產(chǎn)率.在苯甲醛、氯仿和催化劑的摩爾比為1∶1.76∶0.03，微波功率為300W，反應(yīng)時(shí)間為20min，以反應(yīng)溫度為單一變量的情況下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示.系統(tǒng)反應(yīng)溫度即微波預(yù)設(shè)溫度為60℃時(shí)，產(chǎn)率最高，而且反應(yīng)溫度升高或降低10℃都會(huì)明顯降低產(chǎn)率.因此，反應(yīng)最適合溫度為60℃.

表5 反應(yīng)溫度對扁桃酸產(chǎn)率的影響

2.6 微波輻射時(shí)間對扁桃酸產(chǎn)率的影響

在苯甲醛、氯仿和催化劑的摩爾比為1∶1.76∶0.03，微波功率為300W，反應(yīng)溫度為60℃的條件下，微波輻射時(shí)間對產(chǎn)物產(chǎn)率有較大的影響，如表6所示.時(shí)間太短，反應(yīng)不充分；時(shí)間太長，反應(yīng)混合物容易碳化變黑.在相同的反應(yīng)條件下，微波輻射10～25min，用薄層分析，即用TLC跟蹤苯甲醛是否消耗完畢來判斷反應(yīng)是否還需要延長時(shí)間.結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到20min時(shí)苯甲醛消失，說明原料苯甲醛已經(jīng)轉(zhuǎn)化完全.所以，反應(yīng)最佳時(shí)間應(yīng)控制在20min左右，反應(yīng)時(shí)間過長或過短都不利于扁桃酸的合成.

表6 微波輻射反應(yīng)時(shí)間對扁桃酸產(chǎn)率的影響

2.7 實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性研究

圖1 扁桃酸的紅外光譜圖

通過以上實(shí)驗(yàn)，可以得出微波相轉(zhuǎn)移催化合成扁桃酸的最佳合成反應(yīng)條件：微波輻射功率為300W，系統(tǒng)反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時(shí)間20min，苯甲醛、氯仿和TBAC的摩爾比為1∶1.76∶0.03.在此條件下，扁桃酸的產(chǎn)率最高，可達(dá)60.4%.在最佳反應(yīng)條件下對該反應(yīng)進(jìn)行了4次重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)，證明實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)性尚可，結(jié)果如表7所示.

表7 重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.8 產(chǎn)物表征

經(jīng)測試，產(chǎn)物的熔點(diǎn)為120～121℃，和文獻(xiàn)［7］獲得的熔點(diǎn)值118～120℃非常接近.紅外光譜圖顯示產(chǎn)物為扁桃酸，如圖1所示.數(shù)據(jù)（cm－1）如下：3 400（醇羥基的伸縮振動(dòng)），3 000～2 630（羧基中羥基伸縮振動(dòng)），2 965（側(cè)鏈上C－H伸縮振動(dòng)），1 714（羰基伸縮振動(dòng)），1 298（C－O伸縮振動(dòng)），1 063（羥基的面外彎曲振動(dòng)），731和695處強(qiáng)吸收為苯環(huán)單取代時(shí)特征峰.

3 結(jié) 語

通過微波輻射相轉(zhuǎn)移催化合成扁桃酸，將微波輻射的反應(yīng)速度快、合成效率高等優(yōu)點(diǎn)和相轉(zhuǎn)移催化法（PTC法）所具有的反應(yīng)條件溫和、操作簡單、后處理方便、催化劑可以循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，克服了相轉(zhuǎn)移催化法（PTC法）反應(yīng)不易控制、反應(yīng)時(shí)間長等缺點(diǎn).確定了微波輻射相轉(zhuǎn)移催化合成扁桃酸的最佳工藝條件：微波輻射功率為300W，系統(tǒng)反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時(shí)間為20min，苯甲醛、氯仿和TBAC的摩爾比為1∶1.76∶0.03.在此條件下，扁桃酸的產(chǎn)率可達(dá)60.4%.

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