引用本文
李修刚, 张玲钰. 酸催化法直接酯化合成反式阿魏酸甲酯[J]. 工业催化, 2020,28(12): 66-69.
Li Xiugang, Zhang Lingyu. Synthesis of methyl trans-ferulate by acid catalysis[J]. Industrial Catalysis, 2020,28(12): 66-69.  
DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2020.12.012
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酸催化法直接酯化合成反式阿魏酸甲酯
李修刚, 张玲钰*
铜仁学院材料与化学工程学院,贵州 铜仁 554300
通讯联系人:张玲钰。E-mail: YLZhang3618@163.com。

作者简介:李修刚,1983年生,男,副教授,主要从事药物及中间体的合成。E-mail: lxg831210@126.com

收稿日期: 2020-06-30
基金资助: 贵州省科技合作计划(黔科合LH字[2015]7234); 铜仁市科技局自然科学基金(铜市科研[2017]47-34)
摘要

以甲醇和反式阿魏酸为原料,以浓硫酸为催化剂,通过酸催化法直接酯化合成阿魏酸甲酯。考察醇酸物质的量比、反应时间、催化剂用量等因素对阿魏酸甲酯合成反应的影响。确定最佳反应条件为:甲醇与反式阿魏酸物质的量比8:1,浓硫酸用量为阿魏酸质量的6%,反应时间12 h。在此最佳反应条件下,阿魏酸甲酯转化率大于90%。

关键词: 精细化学工程; 阿魏酸甲酯; 酸催化法; 正交实验; 合成反应
中图分类号:O643.36;TQ225.24    文献标志码:A    文章编号:1008-1143(2020)12-0066-04
Synthesis of methyl trans-ferulate by acid catalysis
Li Xiugang, Zhang Lingyu*
College of Material and Chemical Engineering,Tongren University,Tongren 554300,Guizhou,China
Abstract

In this paper,methyl trans-ferulate was synthesized with methanol and transferulic acid as raw materials,using concentrated sulfuric acid as catalyst.The effect of molar ratio of methanol to acid,reaction time,and catalyst dosage on the synthesis of methyl ferulate were investigated by orthogonal experiment.The optimum reaction conditions were determined as that mole ratio of trans-ferulic acid to methyl alcohol was 1:8,the amount of concentrated sulfuric acid was 6% of ferulic acid mass,and reaction time was 12 h.Under the optium reaction conditions,the conversion of methyl ferulate could reached more than 90%.

Keyword: fine chemical engineering; methyl ferulate; acid catalysis; orthogonal test; synthesis reaction

阿魏酸甲酯是阿魏酸衍生物之一[1], 具有降低氧化活性的作用。由于其低毒性, 能很好的应用于护肤品、化妆品、保健品、医疗、食品添加剂等多个领域[2, 3, 4, 5, 6, 7]。天然合成的阿魏酸甲酯市场较少, 且成本相对较高, 所以在护肤品、化妆品、保健品、医疗、食品添加剂等领域的应用中以人工合成的阿魏酸甲酯居多[8]。

目前, 人工合成阿魏酸甲酯的工艺路线主要有以下两种:

一锅绿色合成法:香兰素、丙二酸二乙酯为主要原料, 以甘氨酸为催化剂, 无水甲醇为溶剂, 经水解、Knoevenagel缩合一锅合成反应[9]。

阳离子交换树脂合成法:甲醇、阿魏酸为主要原料, 强酸性阳离子交换树脂为催化剂进行合成[10]。

本文以浓硫酸为催化剂, 反式阿魏酸为原料, 通过酸催化法直接酯化合成阿魏酸甲酯, 并考察醇酸物质的量比、反应时间、催化剂用量等因素对阿魏酸甲酯合成反应的影响。

1 实验部分
1.1 试剂与仪器

反式阿魏酸, 食品级, 曲阜弘利化工有限公司; 甲醇, 分析纯, 上海德榜化工有限公司; 浓硫酸, 分析纯, 成都金山化学试剂有限公司; 乙酸乙酯, 分析纯, 南昌市天邦化工有限公司; 无水硫酸钠, 分析纯, 上海启仁化工有限公司; 氯化钠, 分析纯, 淄博盐化有限公司。

RE-53AA旋转蒸发器, 上海兴创科学仪器设备有限公司; 101S集热式磁力加热搅拌仪, 金坛市天竟实验仪器有限公司; SHB-Ⅲ A循环水式多用真空泵, 郑州紫拓仪器有限公司; PQ001-01核磁共振分析仪, 河北春机机械设备有限公司。

1.2 阿魏酸甲酯的合成工艺

阿魏酸甲酯的合成反应方程式为:

在圆底烧瓶中加入一定物质的量比的甲醇溶液及反式阿魏酸原料(6:1、8:1、10:1、12:1), 将甲醇溶液与反式阿魏酸混合物于冰水浴中冷却至0 ℃, 再滴加一定比例的浓硫酸(分别为反式阿魏酸质量的2%、4%、6%、8%), 在集热式磁力加热搅拌器中油浴加热至回流(68 ℃), 开始计时并回流相应时间(6 h、8 h、10 h、12 h), 采用TLC检测反式阿魏酸是否完全。

反应完成后, 用旋转蒸发器旋出甲醇, 残余物溶于乙酸乙酯中, 并用质量分数5%Na2CO3水溶液洗涤3次, 无水硫酸钠干燥, 旋出溶剂得到粗品。用质量分数50%乙醇-水重结晶, 干燥得产品。

1.3 正交实验设计

阿魏酸甲酯正交实验水平表如表3所示。

表3 阿魏酸甲酯正交实验水平表 Table 3 Orthogonal experimental level of methyl ferulate
2 结果与分析
2.1 正交实验结果

表4为阿魏酸甲酯正交实验结果。由表4可知, 反应时间中最大极差(85.013)与最小极差(82.733)之间的极差值R为2.280; 甲醇与反式阿魏酸物质的量比中最大极差(87.395)与最小极差(79.650)之间的极差值R为7.745; 催化剂用量最大极差(88.632)与最小极差(77.177)之间的极差值R为11.455。根据极差值的大小, 可判断各因素对实验结果影响的大小为:11.455> 7.745> 2.280, 极差值越大, 所对应因素对反应的影响越大, 因此, 催化剂用量是最大的影响因素, C因素> B因素> A因素(即催化剂用量> 甲醇与反式阿魏酸物质的量比> 反应时间)。

表4 阿魏酸甲酯正交实验结果数据表 Table 4 Data table of the orthogonal experimental results of methylferulate

阿魏酸甲酯方差分析结果见表5。

表5 阿魏酸甲酯方差分析表 Table 5 Variance analysis of methyl ferulate

由表4和表5可知, 在反应时间、甲醇与反式阿魏酸物质的量比、催化剂用量3个影响因素中催化剂用量是主要影响因素, 其次为甲醇与反式阿魏酸物质的量比, 最后是反应时间。由此得出最佳的实验方案:甲醇与反式阿魏酸物质量的量比为8:1, 浓硫酸用量为反式阿魏酸质量的6%, 反应时间12 h, 即实验14方案最佳, 阿魏酸甲酯转化率大于90%。

相对一锅绿色合成法及阳离子交换树脂催化合成法, 经酸催化反应直接酯化合成阿魏酸甲酯操作简单, 产品收率高, 可一步合成, 工艺路线短, 是一种理想的合成方法。

2.2 化合物的鉴定

将实验得到的产物, 通过核磁共振进行结构验证(图1), 确定产品为目标产物阿魏酸甲酯。对核磁共振氢谱图分析如下:1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz).δ :3.70(s, 3H, Ph-OCH3), 3.81(s, 3H, -COOCH3), 6.45-6.49(d, 1H, -CH-COO-), 6.78-6.80(d, 1H, Ph-CH=), 7.11-7.58(m, 3H, Ph-H), 9.60(s, 1H, Ph-OH)。

图1 阿魏酸甲酯核磁分析图Figure 1 Nuclear magnetic analysis diagram of ferulic acid methyl ester

3 结论

(1) 以甲醇和反式阿魏酸为原料, 反应一定时间, 浓硫酸做催化剂, 经酸催化反应直接酯化合成阿魏酸甲酯。此方案提高了阿魏酸甲酯收率, 具有较强的实用性, 而且可一步合成。

(2) 相对一锅绿色合成法及阳离子交换树脂催化合成法, 经酸催化反应直接酯化合成阿魏酸甲酯操作简单, 产品收率高, 工艺路线短, 是一种理想的合成方法。

(3) 较适宜的反应条件为甲醇与反式阿魏酸物质的量比为8:1、反应时间12 h、浓硫酸用量为反式阿魏酸质量的6%, 在此反应条件下, 阿魏酸甲酯转化率大于90%。

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