微波輻射相轉移催化合成扁桃酸工藝研究

楊德紅，楊本勇

（中原工學院，鄭州450007）

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

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

1 實 驗

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.所有試劑均為化學純或者分析純.

1.2 主要儀器

MAS－Ⅱ微波化學反應儀；Vector22紅外吸收光譜儀；WRS－1A數字熔點儀；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，待體系升溫至設定溫度，滴加50%氫氧化鈉溶液12.5mL，并攪拌一段時間.將三口瓶從微波反應儀中取出，向反應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晶，烘干，得到白色粉末狀固體，稱重，并對產品進行熔點測試和紅外IR表征.

2 結果與討論

2.1 不同催化劑對扁桃酸產率的影響

首先做空白實驗，即不添加任何催化劑，設定反應條件：微波功率300W，反應時間20min，反應溫度60℃，扁桃酸的產率只有3.5%左右.相同的反應條件下，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，得到不同催化劑下扁桃酸的產率，如表1所示.使用TBAC作為催化劑，扁桃酸的產率最高，達到60.4%，β－環(huán)糊精的催化效果最差，和空白實驗結果接近.所以，在以下的實驗中選取TBAC為催化劑.

表1 不同催化劑對扁桃酸產率的影響

2.2 催化劑用量對扁桃酸產率的影響

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，反應時間20min，反應溫度60℃），扁桃酸的產率如表2所示.當催化劑用量增加時，產物的產率最初是增加的；當催化劑用量繼續(xù)增加，扁桃酸的產率反而下降.這可能是由于催化劑用量過多，增加了反應后處理的難度，產物損失較多的緣故.所以，在該反應中，催化劑用量以TBAC與苯甲醛的摩爾比為0.03時效果最佳.

表2 催化劑用量對扁桃酸產率的影響

2.3 反應物摩爾配比對扁桃酸產率的影響

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，反應時間20min，反應溫度60℃）時獲得的扁桃酸的產率.實驗結果表明：隨著氯仿量的增加，扁桃酸的產率先增高后顯著降低.這可能是因為氯仿的量增大后，在堿性條件下副反應增多，或者有利于副反應的進行，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率的影響

2.4 微波功率對反應的影響

微波功率直接影響反應體系的溫度，進而影響到扁桃酸的產率.在苯甲醛、氯仿和催化劑的摩爾比為1∶1.76∶0.03，反應時間為20min，反應溫度為60℃的條件下，不同的微波功率對扁桃酸產率的影響如表4所示.隨著微波輻射功率的增加，扁桃酸的產率逐漸提高，但當微波輻射功率從300W增加到400W時，產物的產率降低.這可能是因為微波輻射功率太高，易導致局部過熱，從而加劇氧化等副反應，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率的影響

2.5 系統(tǒng)反應溫度對扁桃酸產率的影響

在微波功率一定的情況下，改變反應體系或者系統(tǒng)的預設反應溫度，同樣會影響到扁桃酸的產率.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，反應時間為20min，以反應溫度為單一變量的情況下，實驗結果如表5所示.系統(tǒng)反應溫度即微波預設溫度為60℃時，產率最高，而且反應溫度升高或降低10℃都會明顯降低產率.因此，反應最適合溫度為60℃.

表5 反應溫度對扁桃酸產率的影響

2.6 微波輻射時間對扁桃酸產率的影響

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，反應溫度為60℃的條件下，微波輻射時間對產物產率有較大的影響，如表6所示.時間太短，反應不充分；時間太長，反應混合物容易碳化變黑.在相同的反應條件下，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是否還需要延長時間.結果表明，當反應進行到20min時苯甲醛消失，說明原料苯甲醛已經轉化完全.所以，反應最佳時間應控制在20min左右，反應時間過長或過短都不利于扁桃酸的合成.

表6 微波輻射反應時間對扁桃酸產率的影響

2.7 實驗重現性研究

圖1 扁桃酸的紅外光譜圖

通過以上實驗，可以得出微波相轉移催化合成扁桃酸的最佳合成反應條件：微波輻射功率為300W，系統(tǒng)反應溫度為60℃，反應時間20min，苯甲醛、氯仿和TBAC的摩爾比為1∶1.76∶0.03.在此條件下，扁桃酸的產率最高，可達60.4%.在最佳反應條件下對該反應進行了4次重現性實驗，證明實驗的重現性尚可，結果如表7所示.

表7 重現性實驗結果

2.8 產物表征

經測試，產物的熔點為120～121℃，和文獻［7］獲得的熔點值118～120℃非常接近.紅外光譜圖顯示產物為扁桃酸，如圖1所示.數據（cm－1）如下：3 400（醇羥基的伸縮振動），3 000～2 630（羧基中羥基伸縮振動），2 965（側鏈上C－H伸縮振動），1 714（羰基伸縮振動），1 298（C－O伸縮振動），1 063（羥基的面外彎曲振動），731和695處強吸收為苯環(huán)單取代時特征峰.

3 結 語

通過微波輻射相轉移催化合成扁桃酸，將微波輻射的反應速度快、合成效率高等優(yōu)點和相轉移催化法（PTC法）所具有的反應條件溫和、操作簡單、后處理方便、催化劑可以循環(huán)使用等優(yōu)點結合在一起，克服了相轉移催化法（PTC法）反應不易控制、反應時間長等缺點.確定了微波輻射相轉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)反應溫度為60℃，反應時間為20min，苯甲醛、氯仿和TBAC的摩爾比為1∶1.76∶0.03.在此條件下，扁桃酸的產率可達60.4%.

［1］邵恒，甘永平，張文魁，等.扁桃酸的拆分和手性扁桃酸的合成研究進展［J］.化學試劑，2007，29（3）：143－146.

［2］陳紅飆，林原斌，劉展鵬.D／L扁桃酸的合成研究［J］.合成化學，2002，10（2）：186－188.

［3］彭彩云，李云耀.扁桃酸合成中的相轉移催化劑［J］.中南藥學，2005，3（3）：168－170.

［4］劉志雄.超聲波與相轉移催化合成扁桃酸［J］.精細化工中間體，2007，37（6）：33－35.

［5］劉瑾，李延.微波輻射相轉移催化合成扁桃酸［J］.農藥，2008，47（7）：502－504.

［6］王靜，姜鳳超.微波有機合成反應的新進展［J］.有機化學，200，22（3）：212－219.

［7］吳珊珊，魏運洋，周鳳兒，等.相轉移催化法合成扁桃酸［J］.江蘇化工，2004，32（1）：31－33.