寇 成,徐兆翮,李艷姿,楊曉婧
(1.河北民族師范學(xué)院,河北 承德 067000;2.承德醫(yī)學(xué)院,河北 承德 067000)
對(duì)氨基苯甲酸乙酯也稱作苯佐卡因,是一種非水溶性局部麻醉藥,具有止痛、止癢的作用,同時(shí)也是重要的醫(yī)藥中間體,可作為奧索仿、奧索卡因、普魯卡因等前體原料[1]。
近年來,對(duì)它的合成方法的研究有很多報(bào)道,大部分以對(duì)硝基苯甲酸或?qū)Π被郊姿釣樵线M(jìn)行工藝條件的優(yōu)化,主要體現(xiàn)在酯化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩步[2-4]。傳統(tǒng)的酯化方法大部分采用硫酸作為催化劑,對(duì)設(shè)備具有一定腐蝕性,同時(shí)副反應(yīng)多。微波加熱法是一種有機(jī)合成新技術(shù)。相比于傳統(tǒng)加熱方式,微波法可以縮短反應(yīng)時(shí)間,具有操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)率高等特點(diǎn)。
本文采用殼聚糖硫酸鹽作為催化劑,利用微波輻射合成對(duì)氨基苯甲酸乙酯,考察了催化劑用量、微波輻射功率及反應(yīng)時(shí)間等條件對(duì)收率的影響,確定了最佳的合成條件。
微波反應(yīng)儀器:河南鞏義;數(shù)顯微型熔點(diǎn)儀:上海精密科學(xué)儀器有限公司;VECTOR-22傅里葉紅外光譜儀:BRUKER公司。
殼聚糖(脫乙酰度95%):河北義誠公司;其他試劑均為天津化學(xué)試劑廠分析純?cè)噭?/p>
稱取 10 g 殼聚糖,溶于 500 mL 體積分?jǐn)?shù)為2%的乙酸水溶液中;用 50 mL 濃度為 1 mol/L 的H2SO4沉淀至完全,靜止 24 h 后減壓抽濾;濾餅用蒸餾水冼至中性,再反復(fù)用無水乙醇和丙酮淋洗脫水,60 ℃ 真空干燥至恒重;研磨得到乳白色粉末狀固體,置于干燥器中備用[5-7]。
稱取對(duì)氨基苯甲酸(1.37 g,0.01 mol)、無水乙醇(8.8 mL,0.15 mol)、催化劑殼聚糖硫酸鹽(0.5 g),置于干燥的 100 mL 的單口瓶中;充分震蕩搖勻,然后將燒瓶置于微波反應(yīng)器內(nèi);安裝好回流裝置,設(shè)置微波輻射功率 300 W,輻射 10 min 后,趁熱過濾出催化劑;將濾液倒入 100 mL 冷水中冷卻,分批加入10%的碳酸鈉溶液直至無氣泡產(chǎn)生;pH試紙測(cè)定pH值約為8;溶液減壓抽濾,濾餅水洗、干燥,得淡黃色粗品;用石油醚-乙醚重結(jié)晶,得白色固體 1.38 g,收率83.6%。合成路線見圖1。
圖1 對(duì)氨基苯甲酸乙酯合成路線
圖2 對(duì)氨基苯甲酸乙酯的紅外譜圖
對(duì)氨基苯甲酸用量 1.37 g,無水乙醇 8.8 mL,殼聚糖硫酸鹽用量 0.5 g,初次調(diào)試微波功率為 150 W,反應(yīng)時(shí)間 10 min,固定反應(yīng)條件,逐步提升微波功率分別在200、300、400、500 W 進(jìn)行反應(yīng),具體情況見圖3。
圖3 微波輻射功率對(duì)收率的影響
由圖3看出,從最開始的 150 W 進(jìn)行反應(yīng)時(shí)收率較低,從結(jié)果上看該反應(yīng)并未反應(yīng)完全。隨著輻射功率的增加,收率逐漸增大,達(dá)到 300 W 時(shí)反應(yīng)收率最高。當(dāng)功率升至 400 W 時(shí),反應(yīng)液逐漸變黑,出現(xiàn)嚴(yán)重的碳化現(xiàn)象;當(dāng)功率調(diào)至 500 W 時(shí),反應(yīng)物瞬間碳化。所以采用微輻射加熱時(shí),功率并不是越高越好。最終確定該反應(yīng)在微波功率為 300 W 時(shí)效果最佳。
稱取對(duì)氨基苯甲酸 1.37 g,無水乙醇 8.8 mL,催化劑初始用量為 0.1 g,微波功率設(shè)置為 300 W,反應(yīng)時(shí)間 10 min,固定其他反應(yīng)條件,依次增加催化劑用量,考察其對(duì)收率的影響,具體情況見圖4。
圖4 催化劑用量對(duì)收率的影響
由圖4看出,殼聚糖硫酸鹽催化酯合成的效果比較顯著。當(dāng)起始使用 0.1 g 時(shí),可以得到50%左右的收率。隨著催化劑用量的增加,反應(yīng)收率逐漸增加,但當(dāng)催化劑用量超過 0.5 g 時(shí),收率開始下降,這可能是因?yàn)榇呋瘎┻^多導(dǎo)致反應(yīng)體系固化現(xiàn)象嚴(yán)重,更加容易產(chǎn)生局部碳化,增加副反應(yīng)。因此催化劑不易過多,最佳條件為 0.5 g。
同樣稱取對(duì)氨基苯甲酸 1.37 g,無水乙醇 8.8 mL,催化劑 0.5 g,微波功率設(shè)置為 300 W,考慮到微波加熱對(duì)該反應(yīng)容易產(chǎn)生碳化現(xiàn)象,故將反應(yīng)時(shí)間初始設(shè)置為 1 min,依次嘗試5、10、15和 20 min,通過改變輻射時(shí)間的長短,考察其對(duì)收率的影響,具體情況見圖5。
圖5 微波輻射時(shí)長對(duì)收率的影響
由圖5看出,當(dāng)微波輻射時(shí)間為 1 min 時(shí),反應(yīng)體系未出現(xiàn)碳化現(xiàn)象,但反應(yīng)不夠完全,收率較低。隨著反應(yīng)時(shí)間的增長,收率提升。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間控制在 10 min 時(shí),收率最高,反應(yīng)效果佳。但隨著時(shí)間逐漸提升,收率出現(xiàn)下降現(xiàn)象,并伴隨著微弱的碳化現(xiàn)象。收率降低可能是因?yàn)榉磻?yīng)時(shí)間過長導(dǎo)致酯水解,同時(shí)副反應(yīng)增加。所以最終確定輻射時(shí)間 10 min 為最有條件。
在上述的反應(yīng)條件下,即:對(duì)氨基苯甲酸 1.37 g,無水乙醇 8.8 mL,催化劑殼聚糖硫酸鹽 0.5 g,微波輻射為功率 300 W,反應(yīng) 10 min,后處理后收率達(dá)83.6%。相關(guān)文獻(xiàn)[9]報(bào)道的方法,即:采用殼聚糖硫酸鹽作為催化劑,通過傳統(tǒng)加熱方式,回流溫度 65 ℃ 下回流 4 h,經(jīng)后處理后收率達(dá)82.4%。兩種加熱方式的比較見表1。
由表1看出,微波輻射加熱法相對(duì)于傳統(tǒng)加熱方式,具有投料比低,反應(yīng)時(shí)間短、產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。
表1 傳統(tǒng)加熱方式與微波加熱方式的比較
在上述的反應(yīng)條件下,考察催化劑連續(xù)使用次數(shù)對(duì)該反應(yīng)收率的影響,具體情況見表2。
由表2看出,通過對(duì)殼聚糖硫酸鹽使用次數(shù)的測(cè)試中,允許誤差存在的前提下,維持收率在80%以上的次數(shù)在3次,使用次數(shù)達(dá)到6次時(shí),收率仍然能維持在75%以上,說明該催化劑化學(xué)性能較穩(wěn)定,催化效果明顯,連續(xù)使用性強(qiáng)的特點(diǎn)。
表2 催化劑使用次數(shù)對(duì)收率的影響
本文通過自制的殼聚糖硫酸鹽作為催化劑,利用微波輻射加熱替代傳統(tǒng)的加熱方式,催化合成出對(duì)氨基苯甲酸乙酯。通過對(duì)反應(yīng)條件的優(yōu)化,最終確定了最優(yōu)的反應(yīng)條件為:對(duì)氨基苯甲酸 1.37 g,無水乙醇 8.8 mL,催化劑殼聚糖硫酸鹽 0.5 g,微波輻射功率 300 W,輻射反應(yīng) 10 min,收率為83.6%。產(chǎn)品通過紅外光譜及熔點(diǎn)表征,與目標(biāo)產(chǎn)物完全一致。本文方法不僅大大縮減了反應(yīng)時(shí)間,降低了投料比低,同時(shí),自制的酯化催化劑可以重復(fù)利用,減少了催化劑對(duì)設(shè)備的腐蝕以及對(duì)環(huán)境的污染,提高了催化效率。