殼聚糖硫酸鹽催化合成苯佐卡因

尹大偉, 劉玉婷

(陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院, 陜西 西安 710021)

0 前 言

苯佐卡因即對(duì)氨基苯甲酸乙酯，為白色結(jié)晶性粉末, 熔點(diǎn)88～90 ℃，在乙醇、氯仿或乙醚中易溶,也溶于稀酸，難溶于水.苯佐卡因?qū)籴t(yī)藥中間體[1,2]，是一種局部麻醉藥，以此為基礎(chǔ) ,人們合成了許多優(yōu)良的對(duì)氨基苯甲酸酯類局部麻醉藥 ,如普魯卡因等.

硫酸是酯化反應(yīng)的經(jīng)典催化劑, 但對(duì)設(shè)備的腐蝕性很大,且易發(fā)生副反應(yīng),近年來(lái)已研究出許多新催化劑來(lái)代替硫酸, 其中之一就是以天然高分子殼聚糖作為硫酸的載體制得的固載化殼聚糖硫酸鹽[3].殼聚糖是甲殼素的N2脫乙酰產(chǎn)物.殼聚糖含有氨基，其有很好的結(jié)合硫酸的能力,形成的殼聚糖硫酸鹽不溶于水,也不溶于一般的有機(jī)溶劑,在丙酮、丁醇的水溶液中不顯酸性.與傳統(tǒng)催化劑相比,殼聚糖硫酸鹽具有以下優(yōu)點(diǎn):反應(yīng)條件溫和,催化活性強(qiáng),選擇性高,用量少,產(chǎn)率高,可重復(fù)使用多次，后處理簡(jiǎn)便，因此成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[4-6].

本文以殼聚糖硫酸鹽為催化劑合成苯佐卡因，并得到了最佳條件.考察了影響催化效果的各種因素,同時(shí)將其催化效果與濃硫酸、對(duì)甲苯磺酸比較，結(jié)果表明其催化效果良好; 重復(fù)使用性能好;反應(yīng)物醇酸比小, 酯產(chǎn)率高; 后處理簡(jiǎn)單, 無(wú)污染, 無(wú)腐蝕，具有綠色合成的特點(diǎn).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

X-4型顯微熔點(diǎn)儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司)；VECTOR-22型傅里葉紅外光譜儀(德國(guó)布魯克公司).所用試劑均為分析純. 殼聚糖硫酸鹽按文獻(xiàn)[7]合成.

1.2 苯佐卡因(對(duì)氨基苯甲酸乙酯)的合成

于裝有分水器、球形冷凝管、攪拌器和溫度計(jì)的250 mL三口燒瓶中加入1.37 g(0.01 mol) 對(duì)氨基苯甲酸，15 mL無(wú)水乙醇，攪拌至固體溶解后，滴加鹽酸調(diào)體系pH至2，加入10 mL環(huán)己烷和殼聚糖硫酸鹽0.8 g，然后水浴加熱升溫至65 ℃，攪拌回流4 h.反應(yīng)完畢加飽和醋酸鈉溶液調(diào)pH值=9后趁熱過(guò)濾掉催化劑，濾液倒入裝有100 mL冷水的燒杯中，冷卻，抽濾，水洗，干燥得淺黃色產(chǎn)品，粗品用乙醚-石油醚重結(jié)晶，產(chǎn)率82.4%，m.p 90～93 ℃(文獻(xiàn)值[8]90 ℃).

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)前體系pH值對(duì)酯產(chǎn)率的影響

對(duì)氨基苯甲酸用量為0.01 mol，無(wú)水乙醇15 mL, 環(huán)己烷10 mL(以下實(shí)驗(yàn)都在此物料基礎(chǔ)下進(jìn)行).固定催化劑磺化殼聚糖0.8 g，回流時(shí)間4 h及反應(yīng)溫度65 ℃情況下,改變反應(yīng)前體系pH值進(jìn)行實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1.

由圖1看出：隨著pH值的上升，酯產(chǎn)率先上升后下降，原因是隨著pH值的上升，反應(yīng)體系中游離胺基量增大，殼聚糖硫酸鹽作為固體Lewis酸催化劑會(huì)與游離胺基反應(yīng)，從而降低催化效能，造成酯產(chǎn)率降低，因此該反應(yīng)中反應(yīng)前體系最佳pH值為2.

2.2 催化劑用量對(duì)酯產(chǎn)率的影響

在pH=2，回流時(shí)間4 h及反應(yīng)溫度65 ℃情況下改變催化劑用量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2.

由圖2看出：隨著催化劑用量的增加，對(duì)氨基苯甲酸乙酯產(chǎn)率也增加，但催化劑量超過(guò)0.8 g后酯的產(chǎn)率下降，這是由于催化劑用量過(guò)多，可能導(dǎo)致副反應(yīng)增加，因此催化劑的適宜用量為0.8 g.

2.3 回流時(shí)間對(duì)酯產(chǎn)率的影響

固定催化劑0.8 g，反應(yīng)前pH=2及反應(yīng)溫度65 ℃情況下,控制回流時(shí)間，研究回流時(shí)間對(duì)酯產(chǎn)率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3.

由圖3看出：隨著回流時(shí)間的增加，酯產(chǎn)率也增加，但回流時(shí)間超過(guò)4 h后酯產(chǎn)率下降，這是因?yàn)闀r(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致酯水解，從而影響產(chǎn)率.

圖3 回流時(shí)間對(duì)酯產(chǎn)率的影響 圖4 反應(yīng)溫度對(duì)酯產(chǎn)率的影響

2.4 反應(yīng)溫度對(duì)酯產(chǎn)率的影響

固定催化劑0.8 g，反應(yīng)前pH=2及回流時(shí)間為4 h情況下,控制反應(yīng)溫度，研究反應(yīng)溫度對(duì)酯產(chǎn)率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4.

表1 催化劑連續(xù)使用次數(shù)對(duì)酯產(chǎn)率的影響

由圖4看出：隨著反應(yīng)溫度升高，酯產(chǎn)率降低.可能原因是環(huán)己烷、水和乙醇形成了三元共沸物，其共沸溫度為62.1 ℃，溫度過(guò)高，蒸出的乙醇量增加，造成酯產(chǎn)率降低，所以反應(yīng)最佳溫度為65 ℃.

2.5 催化劑的重復(fù)使用

在上述最佳條件下,即用0.01 mol對(duì)氨基苯甲酸，無(wú)水乙醇15 mL,環(huán)己烷10 mL，反應(yīng)前用鹽酸調(diào)體系pH=2，催化劑用量0.8 g，65 ℃下回流4 h，考察催化劑連續(xù)使用次數(shù)對(duì)酯產(chǎn)率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.

由表1可以看出,殼聚糖硫酸鹽作為對(duì)氨基苯甲酸乙酯合成的催化劑不僅穩(wěn)定而且連續(xù)使用性能良好.

2.6 不同催化劑對(duì)酯產(chǎn)率的影響

在上述最佳條件下, 即用0.01 mol對(duì)氨基苯甲酸，無(wú)水乙醇15 mL,環(huán)己烷10 mL，反應(yīng)前用鹽酸調(diào)體系pH=2，殼聚糖硫酸鹽催化劑0.8 g，65 ℃下回流4 h，對(duì)催化劑種類對(duì)酯產(chǎn)率的影響進(jìn)行考察，結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 催化劑種類對(duì)酯產(chǎn)率的影響

注 對(duì)甲苯磺酸用量為1.5 g,濃硫酸用量為3 mL.

從表2中可以看出,殼聚糖硫酸鹽催化劑比濃硫酸和對(duì)甲苯磺酸催化劑要好，不僅產(chǎn)率高，而且用量也少.

3 結(jié)論

本文得出以殼聚糖硫酸鹽為催化劑，環(huán)己烷為帶水劑合成苯佐卡因(對(duì)氨基苯甲酸乙酯)的最佳反應(yīng)條件為:體系pH=2，催化劑用量0.8 g，反應(yīng)時(shí)間4 h，回流溫度65 ℃ ，產(chǎn)率為86.8%.與濃硫酸及對(duì)甲苯磺酸相比，殼聚糖硫酸鹽催化活性高, 用量少, 選擇性好, 能減少副反應(yīng)的發(fā)生, 產(chǎn)品收率高, 后處理簡(jiǎn)單方便, 連續(xù)催化性能穩(wěn)定,并減少了設(shè)備腐蝕, 大大減少了廢液的排放, 是一種具有較好開(kāi)發(fā)前景的環(huán)保型催化劑.

參考文獻(xiàn)

[1] 彭彩云，方 渡，李云耀.苯佐卡因的合成方法改進(jìn)[J].中國(guó)醫(yī)療前沿，2007，1(2):56-57.

[2] 張 斌，許莉勇.苯佐卡因合成方法的改進(jìn)[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，32(2):143-145.

[3] 陳秀宇,陳玉成.殼聚糖硫酸鹽的催化酯化反應(yīng)研究進(jìn)展[J].福建師范大學(xué)福清分校學(xué)報(bào), 2007,(79):33-38.

[4] 蘇秋芳. 殼聚糖硫酸鹽催化合成環(huán)己酮縮乙二醇[J ] .化學(xué)研究與應(yīng)用,2006 ,18 (1):110-112.

[5] 王科軍,薛 珺 ,李鳳儀.微波輻射殼聚糖硫酸鹽催化合成乙酸正丁酯[J]. 石油化工,2005,34(4):364-367.

[6] P. Liu, L. Wang, X .Y .Wang. Chitosan-immobilized palladium complex: a green and highly active heterogeneous catalyst for heck reaction[J]. Chinese Chemical Letters, 2004,15(4):475-477.

[7] 尹大偉，苗東琳，劉玉婷. 殼聚糖硫酸鹽催化合成尼泊金甲酯[J]. 精細(xì)石油化工,2010,27(6):56-58.

[8] 劉玉婷. 有機(jī)合成化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)出版社，2006.