新型抗氧化劑芝麻酚的合成研究

李江平，晏日安，黃才歡，段翰英

（暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系，廣東廣州510632）

新型抗氧化劑芝麻酚的合成研究

李江平，晏日安*，黃才歡，段翰英

（暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系，廣東廣州510632）

以鄰苯二酚、二氯甲烷為起始原料，于堿性130℃條件下環(huán)化得到胡椒環(huán)，然后與乙酰氯于冰浴條件下經(jīng)Friedel-Crafts?；玫?，4-亞甲二樣基苯乙酮，最后經(jīng)過Bayer-Villiger氧化、水解酸化得到目標(biāo)產(chǎn)物芝麻酚，總產(chǎn)率達(dá)36.6%。對各個步驟中催化劑的種類對產(chǎn)率的影響進(jìn)行了對比，并得出優(yōu)化條件；對各步驟的主產(chǎn)物進(jìn)行了提純及結(jié)構(gòu)的分析鑒定。

合成，芝麻酚，F(xiàn)riedel-Crafts?；?，Bayer-Villiger氧化，胡椒環(huán)

Abstract：Using catechol and methylene chloride as strating material by cyclizing process，1，3-benzodioxols was obtained，then reacted with acetyl chloride though the Friedel-Crafts acylation under the ice-bath condition，obtained 3，4-methylenedioxyacetophenone，got the final production of sesamol reacted in Bayer- ∨illiger oxidation，hydrolysis and acidification processes the whole yield of sesamol was 36.6%.The type of catalyst on yield was compared with each other in various steps and the optimum conditions obtained.The main products of steps was purified and structure was identified.

Key words：synthesis；sesamol；Friedel-Crafts Acylation；Bayer-∨illiger Oxidation；1，3-benzodioxol

3，4-亞甲二氧基苯酚（即芝麻酚，Sesamol）是芝麻油香氣的主要成分和品質(zhì)的穩(wěn)定劑，具有很強(qiáng)的抗氧化及抑菌活性［1］。同時它還是重要的藥物合成中間體，用于合成治療高血壓、腫瘤、冠心病、老年憂慮癥等藥物和除蟲菊脂類農(nóng)藥的增效劑，典型產(chǎn)品如胡椒基丁醚（增效醚），還可用于生物堿和香料的合成［9］。作為芝麻的主要成分和品質(zhì)的穩(wěn)定劑，芝麻酚表現(xiàn)出了很強(qiáng)的抗氧化性，且存在于天然芝麻中，安全穩(wěn)定，作為新型抗氧化劑具有很好的開發(fā)前景。目前得到芝麻酚的主要方法有天然提取和由黃樟油素經(jīng)半合成得到芝麻酚，但原料來源是主要問題，且對環(huán)境的破壞較大，本著科學(xué)環(huán)保的態(tài)度，研究一條高產(chǎn)率的芝麻酚全合成路線是很有必要的。鑒于此，本文選取了一條以鄰苯二酚為起始原料合成芝麻酚的路線，并對它進(jìn)行了探討。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鄰苯二酚、N，N-甲基甲酰胺、三氯化鋁、硝基苯分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；二氯甲烷、二甲基亞砜（DMSO） 分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司；N-甲基吡咯烷酮（NMP） 分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠；氯化鋅 分析純，天津市博迪化工有限公司；乙酰氯、間氯過氧苯甲酸 分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；過氧化氫 分析純，上海哈勃化學(xué)技術(shù)有限公司。

阿貝折光儀 上海光學(xué)儀器廠；顯微熔點(diǎn)測試儀X-5（控溫型） 北京泰克儀器有限公司；紅外吸收光譜儀 EQUINOX55；氣-質(zhì)聯(lián)用儀 TRACE METM型。

1.2 實驗方法

1.2.1 合成路線概況 目前芝麻酚的合成路線主要分為全合成路線和半合成路線。半合成路線是以黃樟油素為原料，經(jīng)異構(gòu)化、氧化反應(yīng)制得胡椒醛，再經(jīng)過Bayer-Villiger氧化得到芝麻酚，但原料的來源是個問題，對環(huán)境的破壞嚴(yán)重，且在很大程度上增加了成本［12］。全合成路線通常都是經(jīng)過胡椒胺工藝合成或者胡椒醛Bayer-Villiger氧化制得，但胡椒胺工藝存在副反應(yīng)多、產(chǎn)品分離純化難、產(chǎn)品質(zhì)量差、環(huán)境污染大等缺點(diǎn)，不易實現(xiàn)工業(yè)化［3，5］。本文選擇以鄰苯二酚、二氯甲烷為原料經(jīng)過環(huán)化［2］、Friedel-Crafts ?；?，7］、Bayer-Villiger 氧化［8，10］、最后經(jīng)過水解酸化得到芝麻酚的全合成路線，可以解決半合成路線的原料來源問題和減輕其他路線的環(huán)境污染問題，從工業(yè)化的角度出發(fā)，對此路線各步驟中產(chǎn)物進(jìn)行分析提純和結(jié)構(gòu)的鑒定，并以此為依據(jù)選擇出各步驟最優(yōu)的反應(yīng)催化劑。

合成路線如下：

1.2.2 胡椒環(huán)的合成 在500mL的三口圓底燒瓶中依次加入100mL催化劑 N-甲基吡咯烷酮、20mL（0.318mol）二氯甲烷，油浴加熱到回流溫度，再分批加入11.0g（0.1mol）熔融的鄰苯二酚和15mL濃度為50%的氫氧化鈉堿溶液，加料時保持反應(yīng)溫度不變，攪拌回流5h。

抽濾去除反應(yīng)中生成的鹽，蒸餾回收未反應(yīng)的二氯甲烷，水蒸氣蒸餾收集100℃共沸物，將收集到的液體靜置分層，取下層無色透明油狀液體，無水硫酸鈉干燥，稱重為10.26g，產(chǎn)率84.1%。

測得產(chǎn)物折光率為1.538（文獻(xiàn)值1.540）；紅外圖譜（IR/cm-1）分析如下：3065.53（Ar-H）；2890.85（-CH2-）；1627.85 、1502.10、1479.80（苯環(huán) C=C）；1235.19、1042.70（C-O-C）；937.18（O-CH2-O）；739.70（-C6H6-），與標(biāo)準(zhǔn)圖譜基本一致。

1.2.3 3，4-亞甲二氧基苯乙酮的合成 取催化劑無水氯化鋅16.2g（0.12mol）導(dǎo)入裝有50mL硝基苯作為溶劑的500mL三口圓底燒瓶中，冰浴條件下加入10.7mL（0.152mol）乙酰氯，持續(xù)攪拌5min再緩慢滴入12.2g（0.1mol）胡椒環(huán)，滴完后撤去冰浴，使其在室溫下反應(yīng)3h；反應(yīng)結(jié)束后加入80mL水和40mL二氯甲烷，充分水解后分出有機(jī)層，進(jìn)行水蒸氣蒸餾，得到9.5g白色固體，產(chǎn)率為57.9%；測得其熔點(diǎn)為86.8～87.9℃之間（文獻(xiàn)值87.5℃）。

紅外圖譜（IR/cm-1）分析如下：3072.93（Ar-H）；2918.46（-CH3）；1663.40（C=O）：1603.50、1505.30、1487.92（苯環(huán) C=C）；1265.96、1034.98（C-O-C）；929.75（O-CH2-O）；887.07（Ar-H）；815.80（Ar-H），與標(biāo)準(zhǔn)圖譜基本一致。

質(zhì)譜圖對照如圖 1：m/z：165 164 149 121 91 65 63。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)圖譜與樣品圖譜對比

1.2.4 芝麻酚的合成 于500mL燒瓶中加入溶有8.2g（0.05mol）3，4-亞甲二氧基苯乙酮的40mL二氯甲烷溶液，滴入1mL濃硫酸，再緩慢滴入提前配制好的氧化劑過氧乙酸溶液40mL（含量10%～20%），磁力攪拌，反應(yīng)2h后加入0.6g鋅粉，攪拌10min；分出有機(jī)層，依次用飽和亞硫酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液和水洗滌至中性，無水硫酸鈉干燥，除去溶劑，得到4.8g（0.027mol）3，4-亞甲二氧基苯酚乙酸酯粗品。

室溫條件下，將3，4-亞甲二氧基苯乙酸酯粗品加入10%NaOH溶液中水解2h，待油狀物全部溶解皂化，再用15%硫酸溶液酸化，調(diào)pH=4～5，二氯甲烷（10mL×3）萃取水溶液，無水硫酸鈉干燥，蒸去溶劑，剩余物用石油醚重結(jié)晶，得3.7g（0.027mol）白色晶體，熔點(diǎn)為 63.5～65.6℃（文獻(xiàn)值 65.5℃），產(chǎn)率為53.6%。

紅外圖譜（IR/cm-1）分析如下：3429.89（Ar-OH）；3073.02（Ar-H）；2917.87（-CH2-）；1663.02 1603.65 1504.74 1488.52（苯 環(huán) C=C）；1228.33 1036.48（C-O-C）：929.80（O-CH2-O），與標(biāo)準(zhǔn)圖譜基本一致。

質(zhì)譜圖如圖2所示：m/z：139 138 137 107 80 69 62 52 39 26（與標(biāo)準(zhǔn)圖譜一致）。

圖2 芝麻酚質(zhì)譜圖

2 結(jié)果與討論

2.1 不同催化劑對胡椒環(huán)合成產(chǎn)率的影響

胡椒環(huán)是合成許多藥物的重要中間體，工業(yè)生產(chǎn)中采用適當(dāng)壓力的方法提高收率。兩種堿性條件下，考察不同催化劑對胡椒環(huán)合成產(chǎn)率的影響，對實驗進(jìn)行優(yōu)化。表1是以25.0g（0.18mol）碳酸鉀作為堿，11.0g（0.1mol）鄰苯二酚，20mL二氯甲烷為反應(yīng)物，考察不同催化劑在不同溫度條件下對產(chǎn)率的影響。

表1 堿為碳酸鉀時不同催化劑在不同溫度下的產(chǎn)率分布（%）

表2是以氫氧化鈉溶液作為堿，11.0g鄰苯二酚，20mL二氯甲烷為反應(yīng)物，考察不同催化劑在不同溫度條件下對產(chǎn)率的影響。

表2 堿為氫氧化鈉時不同催化劑在不同溫度下的產(chǎn)率分布（%）

由表1、表2可知，氫氧化鈉溶液更有利于反應(yīng)的進(jìn)行，而固體碳酸鉀由于不溶于有機(jī)溶劑且堿性比較弱，較難與鄰苯二酚反應(yīng)形成鹽，故影響反應(yīng)的進(jìn)行。同時，得出NMP作為溶劑時，環(huán)化得產(chǎn)率最高，且副產(chǎn)物少，產(chǎn)物和溶劑易回收利用，提高產(chǎn)率的同時也節(jié)約了成本。

實驗過程中，一次性加料產(chǎn)率明顯低于間歇性加料，且一次性加料的情況下，產(chǎn)品多；隨著加料時長的增加，產(chǎn)物的品質(zhì)、產(chǎn)率也都隨著提高。

2.2 實驗中催化劑及溶劑對3，4-亞甲二氧基苯乙酮合成產(chǎn)率的影響

影響乙?；囊蛩睾芏?，主要是反應(yīng)的溫度、乙酰化試劑、乙?；噭┡c反應(yīng)物的比例、催化劑種類和溶劑的種類等。董新榮等對乙酰化試劑及其與反應(yīng)物的比例進(jìn)行了深入的探討［4］，此處取 n（胡椒環(huán)）∶n（催化劑）∶n（乙酰氯）=1∶1.2∶1.25 時，考察催化劑氯化鋅、三氯化鋁在不同種溶劑中對產(chǎn)率的影響。

表3 不同催化劑和溶劑下的產(chǎn)率分布（%）

實驗過程中，氯化鋅能很好地與胡椒環(huán)溶解，使反應(yīng)能夠進(jìn)行徹底，且容易水解，適合工業(yè)化操作。而由于三氯化鋁與胡椒環(huán)反應(yīng)后表面形成一層粘性樹脂狀物，阻隔了反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，使反應(yīng)不徹底，導(dǎo)致產(chǎn)率低，浪費(fèi)原料。

3，4-亞甲二氧基苯乙酮質(zhì)譜分析：165為［M+H］峰，M峰為164，首先脫除一個甲基自由基得到m/z=149離子峰；離子再經(jīng)過i裂解脫除CO，得到m/z=121離子峰；五元環(huán)斷裂，脫去CH2O得到m/z=91離子峰；再脫去一個CO得到m/z=63離子峰。

2.3 氧化劑對芝麻酚合成產(chǎn)率的影響

影響B(tài)ayer-Villiger氧化的因素很多，如氧化劑與反應(yīng)物的摩爾比、反應(yīng)時間、氧化劑的濃度、氧化劑的種類、反應(yīng)溫度等。前人對過氧乙酸的量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間都有所研究，概不贅述［10-11］。將過氧乙酸與間氯過氧苯甲酸進(jìn)行，考察不同氧化劑對產(chǎn)率、產(chǎn)物品質(zhì)的影響。

表4 產(chǎn)率和品質(zhì)對比

市售的過氧乙酸的濃度都在10%～20%之間，要使3，4-亞甲二氧基苯乙酮充分氧化，需要過量的過氧乙酸。雖然過氧乙酸價格低廉，但反應(yīng)中不能準(zhǔn)確地確定過氧乙酸的具體含量，容易造成過度氧化，使得產(chǎn)品品質(zhì)下降，產(chǎn)率降低；間氯過氧苯甲酸則不同，它具備氧化性強(qiáng)、能在較低溫下定量反應(yīng)、副反應(yīng)少等優(yōu)點(diǎn)，能使產(chǎn)率和品質(zhì)都有所提高。

3，4-亞甲二氧基苯酚質(zhì)譜分析如下：M峰為138，首先脫去一個氫得到m/z=137離子峰；苯環(huán)C5-C6再經(jīng)過雙氫重排，脫去C2H5CO得到m/z=81離子峰脫去CHO得到m/z=52離子峰；m/z=69為亞穩(wěn)離子峰。

3 結(jié)論

除了溫度對環(huán)化產(chǎn)率影響比較大之外，催化劑的種類、加料時間對產(chǎn)率也有較大的影響。NMP作為溶劑時，飽和NaOH溶液，溫度為130℃，采用間歇式加料方式，產(chǎn)率達(dá)到最高；二甲基亞砜作為溶劑時，飽和NaOH溶液，溫度為95℃，加料時長為1.5h為最佳條件，產(chǎn)率達(dá)到最高；N，N-二甲基甲酰胺作為溶劑時，合成產(chǎn)率都很低?？刂坪眉恿蠒r長能有效地提高產(chǎn)率，降低副反應(yīng)；一次性投料，溶劑中鄰苯二酚鈉的濃度過高，容易發(fā)生副反應(yīng)，生成二聚物，從而降低產(chǎn)率；而間歇式投料，能使原料充分反應(yīng)且降低了副反應(yīng)的發(fā)生。

三氯化鋁作為催化劑，當(dāng)反應(yīng)開始后，胡椒環(huán)與乙酰氯在三氯化鋁的表面反應(yīng)，生成一層粘狀樹脂，阻礙了反應(yīng)的進(jìn)行，不利于反應(yīng)產(chǎn)率的提高，同時產(chǎn)物水解困難，污染比較嚴(yán)重；若用二氯化鋅作為反應(yīng)催化劑，能很好地解決上述問題，且產(chǎn)率有很大的提高。

過氧乙酸由于不好控制其濃度，不能夠確定其具體含量，而且濃度不高，致使產(chǎn)率很低；若用間氯過氧苯甲酸作氧化劑，能夠精確確定其含量，不易造成過度氧化，且產(chǎn)率和產(chǎn)物的品質(zhì)都優(yōu)于前者。

此路線合成總產(chǎn)率能達(dá)到36.6%，各個步驟具有操作簡單、重復(fù)性好、物料廉價、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，第一步反應(yīng)中過量的二氯甲烷和催化劑都能很好地回收利用，降低了生產(chǎn)成本，是值得深入研究的。如果能夠定量好bayer-villiger氧化中使用的氧化劑，能很好地提高產(chǎn)品的產(chǎn)率和品質(zhì)；且第二步反應(yīng)產(chǎn)率是影響總產(chǎn)率的主要原因，后面的研究中，需要尋找一種更合適的催化劑，來提高酰化的產(chǎn)率。

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Study on synthesis of sesamol from catechol

LI Jiang-ping，YAN Ri-an*，HUANG Cai-huan，DUAN Han-ying
（Department of Food Science and Engineering，Jinan University，Guangzhou 510632，China）

TS202.3

A

1002-0306（2010）10-0328-04

2009-10-12 *通訊聯(lián)系人

李江平（1985-），男，在讀碩士研究生，從事食品添加劑的制備與應(yīng)用研究。

廣東高?？萍汲晒D(zhuǎn)化項目（cgzhzd0805）。