CN102627568A - 一种制备邻硝基肉桂酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化学合成领域，涉及一种制备邻硝基肉桂酸的方法。它是将邻硝基苯甲醛和无水乙酸溶于季铵盐离子液体中，在催化剂L-脯氨酸/季铵盐离子液体作用下进行加成反应，并对所得产物进行分离纯化，邻硝基苯甲醛与L-脯氨酸/季铵盐离子液体催化剂质量比为1∶0.05～1∶0.5。本发明生产工艺简单，操作方便，原料邻硝基肉桂醛转化率高，产品收率高。带水剂、溶剂及催化剂均可循环利用，整个工艺对设置腐蚀性小、对环境基本没有污染，降低了生产成本保护了环境。
Description
技术领域
本发明属于化学合成领域，涉及一种医药中间体及有机合成中间体的制备方法。具体地说是一种制备邻硝基肉桂酸的方法。
背景技术
近年来，随着肉桂系列产品在食品、医药等方面价值不断被人们发现，人们也开始重视对肉桂系列产品进一步的研究。目前国内外对合成邻硝基肉桂酸进行了大量的研究，常用的合成方法有Perkin缩合法、邻硝基肉桂醛氧化法、邻硝基苯甲醛-丙二酸法、邻硝基苯乙烯-四氯化碳法、邻硝基卤代苯-丙烯酸法等。Perkin缩合法自20世纪50年代实现工业化以来，工艺日渐完善、现在已经成为国内外生产肉桂酸及其衍生物的主要方法，它具有原料来源广、工艺流程短、操作简单、分离简单、副产物较少、产品纯度较高等优点；同时它主要存在以下缺点：反应时间一般较长、能耗高、催化剂用量大、溶剂选择难、不同产品收率相差较大等。邻硝基肉桂醛氧化法一般需要先对碳碳双键进行保护，然后再用合适的氧化剂氧化醛基，最后再解除对碳碳双键的保护，使双健重生，该方法操作复杂，步骤较多，试剂用量大，产品收率不高。邻硝基苯甲醛-丙二酸法具有的优点是工艺成熟，缺点是反应产率不高，以吡啶为溶剂及催化剂对环境污染较严重，对人健康有影响。邻硝基苯乙烯-四氯化碳法具有催化活性高、收率高、生产成本较低等优点，但也具有催化剂难以制备、且使用多种催化剂、分离催化剂分离困难、反应较复杂，副产物多、污染环境严重等缺点。邻硝基卤代苯-丙烯酸法对溶剂的选择要求较高、不同溶剂产品的收率影响大，它不具有工业化生产的前景。因此发明一种制备邻硝基肉桂酸的方法非常有益。
研究发现L-脯氨酸对Aldol反应有良好的催化作用，因而可以考虑将其用于邻硝基肉桂酸的合成中。也有大量研究表明物质在离子液体反应速率比普通溶剂中快几倍；所用的离子液体和催化剂的混合液可以重复利用，在整个过程中离子液体起到溶剂和催化剂的双重作用。研究表明，在与传统有机溶剂和电解质相比时，离子液体具有一系列突出的优点：(1)液态范围宽，从低于或接近室温到300摄氏度以上，热稳定性和化学稳定性好；(2)蒸汽压小，不挥发，不蒸发散失，可以循环使用，消除了挥发性有机化合物环境污染问题；(3)电导率高，电化学窗口大，可作为许多物质电化学研究的电解液；(4)通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性，并且其酸度可调至超强酸。(4)具有较大的极性可调控性，粘度低，密度大，可以形成二相或多相体系，适合作分离溶剂或构成反应-分离耦合新体系；(5)对大量无机和有机物质都表现处良好的溶解能力，且具有溶剂和催化剂的双重功能，可以作为许多化学反应溶剂或催化活性载体。但是L-脯氨酸溶于水，不溶于乙醇等有机溶剂，因此限制了它作为催化剂的使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种制备邻硝基肉桂酸的方法，它解决了现有生产工艺中催化剂催化效率不高且对环境污染严重的问题。
为克服L-脯氨酸溶于水，不溶于乙醇等有机溶剂的缺点，发明人将L-脯氨酸与季铵盐离子液体相混合制备出新的催化剂。并研究了这种催化剂对邻硝基苯甲醛和冰乙酸Aldol反应的催化作用，从而确定了一套以邻硝基苯甲醛和冰乙酸为原料，季铵盐离子液体为溶剂，L-脯氨酸/季铵盐离子液体为催化剂生产邻硝基肉桂酸的新工艺。从而解决了现有生产工艺中催化剂催化效率不高与环境污染严重的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：它是将邻硝基苯甲醛和无水乙酸溶于季铵盐离子液体中，在催化剂L-脯氨酸/季铵盐离子液体作用下进行加成反应，并对所得产物进行分离纯化，邻硝基苯甲醛与L-脯氨酸/季铵盐离子液体催化剂质量比为1∶0.05～1∶0.5。
其中所述的L-脯氨酸/季铵盐离子液体催化剂是将L-脯氨酸和季铵盐离子液体使按照质量比为1∶5-6混合，在80℃条件下磁力搅拌5小时制备而成。
其中反应体系中加入了正己烷作为带水剂，邻硝基苯甲醛与带水剂的质量比为1∶3～1∶6。优选邻硝基苯甲醛与正己烷的质量比为1∶6。
其中邻硝基苯甲醛与无水乙酸质量比为1∶0.4～1∶1.2。
其中邻硝基苯甲醛与溶剂季铵盐离子液体的质量比为1∶4～1∶20。
本发明制备方法的步骤如下：
(1)溶剂季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)的制备：在圆底烧瓶中加入己内酰胺(C6H11NO)和四丁基氯化铵((C4H9)4NCl)，控制加入的己内酰胺和四丁基氯化铵质量之比为1∶0.82，加热搅拌至液态后再控温搅拌1h后，停止反应，然后70℃真空干燥24h，室温下冷却后往往干燥器中备用，即得到季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)。
(2)L-脯氨酸/季铵盐离子液体的制备：在圆底烧瓶中加入L-脯氨酸和季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)，使它们的质量之比为1∶5.4，在80℃条件下磁力搅拌5h，得到黏稠的液体即为L-脯氨酸/季铵盐离子液体。
(3)产品合成及提纯：将邻硝基苯甲醛和无水乙酸溶解于溶剂季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)中，加入带水剂及催化剂，搅拌，加热到一定温度后，开始计时并进行回流操作，反应完毕后，回收带水剂，加水分离产品，回收溶剂及催化剂，水洗、干燥产品。
上述操作中加热所采用的方式是水浴加热法，控制加热温度为75～80℃，回流时间为3～4h。
上述操作中对带水剂的回收方法是静置分层，去除水层即可，带水剂可循环利用。
上述操作中溶剂及催化剂的回收方法是对水洗液进行加热，对蒸汽进行冷凝分流(冷凝得到的液体为水，剩下不挥发的物质为溶剂及催化剂)，加热温度为80℃，待水洗液中无液体流出时停止加热。溶剂与催化剂混合在一起，不必再分离，即可直接用于下次的反应中，当催化剂催化能力不足时需要添加适量的新催化剂。水洗后产品的干燥温度为60℃，干燥时间为8h。
本发明生产工艺简单，操作方便，原料邻硝基肉桂醛转化率高，产品收率高。带水剂、溶剂及催化剂均可循环利用，整个工艺对设置腐蚀性小、对环境基本没有污染，降低了生产成本保护了环境。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述：
实施例1
(1)溶剂季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)的制备
在250mL圆底烧瓶中加入17g(0.15mol)己内酰胺(C6H11NO)和14g(0.05mol)四丁基氯化铵((C4H9)4NCl)，加热搅拌至液态后再控温搅拌1h后，停止反应，然后70℃真空干燥24h，室温下冷却后往往干燥器中备用，即得到季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)。
(2)L-脯氨酸/季铵盐离子液体的制备
在50mL圆底烧瓶中加入0.58g(0.005mol)L-脯氨酸和3.1g季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)，在80℃条件下磁力搅拌5h，得到黏稠的液体即为L-脯氨酸/季铵盐离子液体。
(3)产品合成及提纯
将15.1g邻硝基苯甲醛和18g无水乙酸溶解于247g季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)中，加入86g正己烷及7.3g L-脯氨酸/季铵盐离子液体催化剂，用磁子搅拌器进行搅拌，并进行回流操作同开始用水浴锅加热，并准备收集带水剂，加热到80℃后，开始计时并继续回流3.5h，将反应体系冷却到室温后，开始回收带水剂正己烷，加入适量的水分离产品，并用水将产品洗涤干净，并从洗涤水中回收溶剂及催化剂，于60℃下干燥产品8h后，测定产品邻硝基肉桂酸的质量为17.8g，产品的收率为92.2％。
(4)带水剂的回收
收集加热回流过程中分离出来的液体，将其静置2h(或者更长时间)，待液体分为明显的两层后，小心排放掉下层的水，留下的上层液体即为正己烷带水剂。可以将其用于下一次的反应中。
(5)溶剂及催化剂的回收
将分离出产品后的液体及洗涤产品的液体合并于大烧杯中，把大烧杯置于水浴锅中，水浴加热到80℃，待大烧杯中的液体再次变得很粘稠时，停止加热，冷却到室温，所得到的液体即为溶剂及催化剂的混合液。该液体可直接用于下次的反应中继续作为溶剂及催化剂。
实施例2
溶剂季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)的制备与实施例1中的(1)相同，L-脯氨酸/季铵盐离子液体的制备与实施例1中的(2)相同，带水剂的回收与实施例1中的(4)相同，溶剂及催化剂的回收与实施例1中的(3)相同。
产品合成及提纯操作如下：
将15g邻硝基苯甲醛和12g无水乙酸溶解于247g季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)中，加入90g环己烷及7.3g L-脯氨酸/季铵盐离子液体催化剂，用磁子搅拌器进行搅拌，并进行回流操作同开始用水浴锅加热，并准备收集带水剂，加热到80℃后，开始计时并继续回流3.5h，将反应体系冷却到室温后，开始回收带水剂环己烷，加入适量的水分离产品，并用水将产品洗涤干净，并从洗涤水中回收溶剂及催化剂，于60℃下干燥产品8h后，测定产品邻硝基肉桂酸的质量为17.9g，产品的收率为92.5％。
实施例3
溶剂季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)的制备与实施例1中的(1)相同，L-脯氨酸/季铵盐离子液体的制备与实施例1中的(2)相同，带水剂的回收与实施例1中的(4)相同，溶剂及催化剂的回收与实施例1中的(3)相同。
产品合成及提纯操作如下：
将15.1g邻硝基苯甲醛和6g冰乙酸溶解于247g季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)中，加入86g正己烷及7.3g L-脯氨酸/季铵盐离子液体催化剂，用磁子搅拌器进行搅拌，并进行回流操作同开始用水浴锅加热，并准备收集带水剂，加热到80℃后，开始计时并继续回流3.5h，将反应体系冷却到室温后，开始回收带水剂正己烷，加入适量的水分离产品，并用水将产品洗涤干净，并从洗涤水中回收溶剂及催化剂，于60℃下干燥产品8h后，测定产品邻硝基肉桂酸的质量为14.2g，产品的收率为73.6％。
实施例4
溶剂季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)的制备与实施例1中的(1)相同，L-脯氨酸/季铵盐离子液体的制备与实施例1中的(2)相同，带水剂的回收与实施例1中的(4)相同，溶剂及催化剂的回收与实施例1中的(3)相同。
产品合成及提纯操作如下：
将15.1g邻硝基苯甲醛和9g冰乙酸溶解于247g季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)中，加入86g正己烷及7.3g L-脯氨酸/季铵盐离子液体催化剂，用磁子搅拌器进行搅拌，并进行回流操作同开始用水浴锅加热，并准备收集带水剂，加热到80℃后，开始计时并继续回流3.5h，将反应体系冷却到室温后，开始回收带水剂正己烷，加入适量的水分离产品，并用水将产品洗涤干净，并从洗涤水中回收溶剂及催化剂，于60℃下干燥产品8h后，测定产品邻硝基肉桂酸的质量为17.7g，产品的收率为92.2％。
实施例5
溶剂季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)的制备与实施例1中的(1)相同，L-脯氨酸/季铵盐离子液体的制备与实施例1中的(2)相同，带水剂的回收与实施例1中的(4)相同，溶剂及催化剂的回收与实施例1中的(3)相同。
产品合成及提纯操作如下：
将15.1g邻硝基苯甲醛和9g冰乙酸溶解于185.1g季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)中，加入86g正己烷及7.3g L-脯氨酸/季铵盐离子液体催化剂，用磁子搅拌器进行搅拌，并进行回流操作同开始用水浴锅加热，并准备收集带水剂，加热到80℃后，开始计时并继续回流3.5h，将反应体系冷却到室温后，开始回收带水剂正己烷，加入适量的水分离产品，并用水将产品洗涤干净，并从洗涤水中回收溶剂及催化剂，于60℃下干燥产品8h后，测定产品邻硝基肉桂酸的质量为17.9g，产品的收率为92.2％。
实施例6
溶剂季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)的制备与实施例1中的(1)相同，L-脯氨酸/季铵盐离子液体的制备与实施例1中的(2)相同，带水剂的回收与实施例1中的(4)相同，溶剂及催化剂的回收与实施例1中的(3)相同。
产品合成及提纯操作如下：
将15.1g邻硝基苯甲醛和9g冰乙酸溶解于100g季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)中，加入86g正己烷及7.3g L-脯氨酸/季铵盐离子液体催化剂，用磁子搅拌器进行搅拌，并进行回流操作同开始用水浴锅加热，并准备收集带水剂，加热到80℃后，开始计时并继续回流3.5h，将反应体系冷却到室温后，开始回收带水剂正己烷，加入适量的水分离产品，并用水将产品洗涤干净，并从洗涤水中回收溶剂及催化剂，于60℃下干燥产品8h后，测定产品邻硝基肉桂酸的质量为13.9g，产品的收率为72.1％。
实施例7
溶剂季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)的制备与实施例1中的(1)相同，L-脯氨酸/季铵盐离子液体的制备与实施例1中的(2)相同，带水剂的回收与实施例1中的(4)相同，溶剂及催化剂的回收与实施例1中的(3)相同。
产品合成及提纯操作如下：
将15.1g邻硝基苯甲醛和9g冰乙酸溶解于185.1g季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)中，加入86g正己烷及3.6g L-脯氨酸/季铵盐离子液体催化剂，用磁子搅拌器进行搅拌，并进行回流操作同开始用水浴锅加热，并准备收集带水剂，加热到80℃后，开始计时并继续回流3.5h，将反应体系冷却到室温后，开始回收带水剂正己烷，加入适量的水分离产品，并用水将产品洗涤干净，并从洗涤水中回收溶剂及催化剂，于60℃下干燥产品8h后，测定产品邻硝基肉桂酸的质量为17.9g，产品的收率为92.2％。
实施例8
溶剂季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)的制备与实施例1中的(1)相同，L-脯氨酸/季铵盐离子液体的制备与实施例1中的(2)相同，带水剂的回收与实施例1中的(4)相同，溶剂及催化剂的回收与实施例1中的(3)相同。
产品合成及提纯操作如下：
将15.1g邻硝基苯甲醛和9g冰乙酸溶解于185.1g季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)中，加入86g正己烷及3g L-脯氨酸/季铵盐离子液体催化剂，用磁子搅拌器进行搅拌，并进行回流操作同开始用水浴锅加热，并准备收集带水剂，加热到80℃后，开始计时并继续回流3.5h，将反应体系冷却到室温后，开始回收带水剂正己烷，加入适量的水分离产品，并用水将产品洗涤干净，并从洗涤水中回收溶剂及催化剂，于60℃下干燥产品8h后，测定产品邻硝基肉桂酸的质量为12.6g，产品的收率为65.3％。
对比例1
带水剂的回收与实施例1中的(4)相同，溶剂及催化剂的回收与实施例1中的(3)相同。
产品合成及提纯操作如下：
将15.1g邻硝基苯甲醛和9g冰乙酸溶解于185.1g吡啶中，加入86g正己烷及3.6g L-脯氨酸作为催化剂，用磁子搅拌器进行搅拌，并进行回流操作同开始用水浴锅加热，并准备收集带水剂，加热到80℃后，开始计时并继续回流3.5h，将反应体系冷却到室温后，开始回收带水剂正己烷，加入适量的水分离产品，并用水将产品洗涤干净，并从洗涤水中回收溶剂及催化剂，于60℃下干燥产品8h后，测定产品邻硝基肉桂酸的质量为10.3g，产品的收率为53.4％。
通过和实施例7对比，发现以季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)作为溶液比吡啶作为溶液更有利于反应的进行。由于L-脯氨酸不溶于吡啶，使其不能与反应原料充分接触，不能发挥其L-脯氨酸催化剂的作用。同时用吡啶作为溶剂及催化剂产品的收率不高，且吡啶用量大，污染环境严重，不经济。
对比例2
溶剂季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)的制备与实施例1中的(1)相同，带水剂的回收与实施例1中的(4)相同，溶剂及催化剂的回收与实施例1中的(3)相同。
产品合成及提纯操作如下：
将15.1g邻硝基苯甲醛和9g冰乙酸溶解于185.1g季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)中，加入86g正己烷，用磁子搅拌器进行搅拌，并进行回流操作同开始用水浴锅加热，并准备收集带水剂，加热到80℃后，开始计时并继续回流3.5h，将反应体系冷却到室温后，开始回收带水剂正己烷，加入适量的水分离产品，并用水将产品洗涤干净，并从洗涤水中回收溶剂及催化剂，于60℃下干燥产品8h后，测定产品邻硝基肉桂酸的质量为0.94g，产品的收率为4.87％。
通过与实施例7对比知道，虽然季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)可以很好的溶解反应原料，但是由于它不具有催化作用，邻硝基苯甲醛与冰乙酸反应非常慢，可见在反应中是L-脯氨酸起着催化作用，而季铵盐离子液体(3C6H11NO-(C4H9)4NCl)仅起着溶剂的作用。
Claims (5)
1.一种制备邻硝基肉桂酸的方法，它是将邻硝基苯甲醛和无水乙酸溶于季铵盐离子液体中，在催化剂L-脯氨酸/季铵盐离子液体作用下进行加成反应，并对所得产物进行分离纯化，邻硝基苯甲醛与L-脯氨酸/季铵盐离子液体催化剂质量比为1∶0.05～1∶0.5。
2.根据权利要求1所述的一种制备邻硝基肉桂酸的方法，其中所述的L-脯氨酸/季铵盐离子液体催化剂是将L-脯氨酸和季铵盐离子液体使按照质量比为1∶5-6混合，在80℃条件下磁力搅拌5小时制备而成。
3.根据权利要求1所述的一种制备邻硝基肉桂酸的方法，其中反应体系中加入了正己烷作为带水剂，邻硝基苯甲醛与带水剂的质量比为1∶3～1∶6。
4.根据权利要求1所述的一种制备邻硝基肉桂酸的方法，其中邻硝基苯甲醛与无水乙酸质量比为1∶0.4～1∶1.2。
5.根据权利要求1所述的一种制备邻硝基肉桂酸的方法，其中邻硝基苯甲醛与溶剂季铵盐离子液体的质量比为1∶4～1∶20。
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| CN102627568B (zh) | 2014-04-02 |
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