发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足,提供一种适用于工业化生产的肉桂酸酯衍生物的合成方法。
为实现上述发明目的,本发明肉桂酸酯衍生物的合成方法,按照下述反应路线进行:
其中,R为氢、C1~C12的烷基、C1~C8的环烷基、苯基、苯甲基、苯乙基或苯丙基,B为氯、氟、氢、甲基、羟基、甲氧基、三氟甲基或三氯甲基,所述催化剂为附着有锌粉的大孔树脂。
上述肉桂酸酯衍生物的合成方法,包括以下步骤:
1)先加入α-溴代乙酸酯衍生物(II),使其在微波条件下与附着有锌粉的大孔树脂充分接触后,按照苯甲醛衍生物(I)与α-溴代乙酸酯衍生物(II)的摩尔比为1.0~1.2:1加入苯甲醛衍生物(I),加入苯甲醛衍生物的过程中时间控制在1~8h,滴加完毕后,继续反应1~24h,在微波条件下向反应体系中通入水蒸汽水解,通入速度控制在1~5L/h,通入2~10h,生成如通式(III)所表示的中间产物;
2)将如通式(III)所表示的中间产物在微波照射下通过附有吸水剂和固体酸的大孔树脂,进行脱水反应,反应4~6h,得到如通式(IV)所表示的肉桂酸酯衍生物。
本发明步骤1)中,所述α-溴代乙酸酯衍生物(II)与附着有锌粉的大孔树脂充分接触条件优选为,微波照射功率为500~1200W,频率为1000~3000Hz,温度为20~120℃,时间为0.5~12h。最佳为,微波照射功率为600~1200W,频率为1500~3000Hz,温度为55~120℃,时间为6~12h。
所说的步骤1)中,通入水蒸汽水解反应条件优选为,微波照射功率为300~1000W,频率1000~3000Hz,温度为40~120℃。
本发明步骤2)中,所述脱水反应的条件为,温度为80~120℃,微波照射功率为300~1000W,频率为1000~3000Hz,全程维持抽真空状态,真空度为-0.1Mpa。
本发明中所用固体酸为KHSO4、对甲基苯磺酸或POCl3。所用吸水剂为无水氯化钙、硫酸镁、无水硫酸铜或硅胶。
本发明合成如通式(IV)所表示的肉桂酸酯衍生物的反应机理为:
本发明合成如通式(IV)所表示的肉桂酸酯衍生物的反应过程是在微波条件下进行。微波通过产生转矩的方式使分子的运动趋向于动态平衡状态,两分子在微波作用下会沿其连心线互相接近,从而产生高速碰撞动能,从而翻越反应的能峰,相对而言加热对分子的运动是不规则的。另一方面,微波能直接提供化学反应时电子能级跃迁所需要的能量,促进分子内部、分子与分子之间旧键的断裂、新键的形成。这两个方面的因素使分子之间的碰撞频率和有效碰撞频率均大大增加,从而大大促进了反应的进行。
另外,将催化剂、吸水剂、固体酸吸附在大孔树脂上,不仅可以有效增大与反应物的接触面积,促进反应的进行,而且后处理容易,环保。
本发明的有益效果:本发明的反应过程采用微波辐射,条件温和,可将副反应控制在最小的范围;在生产的整个过程不使用任何溶剂,安全系数高,有利于环保,产生的废弃物少且易于处理。本发明简化了生产工艺,极大降低了生产成本和生产周期,在工业化生产条件下简单易行,得率高,收率在90%以上,易实现工业化批量生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明。以下实施例仅是用于对本发明的进一步具体描述,而不是用于对本发明要求保护范围的限定。
实施例1肉桂酸甲酯的制备
将500千克α-溴代乙酸甲酯(M=153)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应4h,反应温度控制在60℃,微波照射功率800W,频率1000Hz;之后将356千克苯甲醛(M=106)在1h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为5L/h,此时反应温度控制在80℃,微波照射功率600W,频率1600Hz;通水蒸气2h后,将反应所得的中间产物在5h内缓慢通过附有KHSO4和无水氯化钙的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在100℃,微波照射功率1000W,频率2000Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的肉桂酸甲酯506公斤,含量为99%,得率95%。
实施例2肉桂酸肉桂酯的制备
将500千克α-溴代乙酸肉桂酯(M=255)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应2h,反应温度控制在55℃,微波照射功率1000W,频率1300Hz;之后将230千克苯甲醛(M=106)在1.5h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为4L/h,此时反应温度控制在70℃,微波照射功率600W,频率1000Hz;通水蒸气2.5h后,将反应物在4h内缓慢通过附有对甲基苯磺酸和硫酸镁的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在100℃,微波照射功率500W,频率2600Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的肉桂酸肉桂酯597公斤,含量为99%,得率96%。
实施例3对氯肉桂酸甲酯的制备
将500千克α-溴代乙酸甲酯(M=153)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应6h,反应温度控制在70℃,微波照射功率800W,频率1000Hz;之后将490千克对氯苯甲醛(M=141)在3h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为2.5L/h,此时反应温度控制在90℃,微波照射功率600W,频率1800Hz;通水蒸气4h后,将反应物在5h内缓慢通过附有KHSO4和无水硫酸铜的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在110℃,微波照射功率500W,频率2500Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的对氯肉桂酸甲酯612公斤,含量为99%,得率95%。
实施例4对甲氧基肉桂酸甲酯的制备
将500千克α-溴代乙酸甲酯(M=153)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应8h,反应温度控制在60℃,微波照射功率800W,频率1000Hz;之后将460千克对甲氧基苯甲醛(M=136)在3h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为3L/h,此时反应温度控制在100℃,微波照射功率800W,频率1900Hz;通水蒸气4h后,将反应物在6h内缓慢通过附有POCl3和硅胶的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在100℃,微波照射功率300W,频率2000Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的对甲氧基肉桂酸甲酯618公斤,含量为99%,得率98%。
实施例5对羟基肉桂酸苄酯的制备
将500千克α-溴代乙酸苄酯(M=229)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应5h,反应温度控制在45℃,微波照射功率800W,频率1500Hz;之后将280千克对羟基苯甲醛(M=122)在4h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为3L/h,此时反应温度控制在50℃,微波照射功率800W,频率2000Hz;通水蒸气3h后,将反应物在5h内缓慢通过附有KHSO4和硅胶的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在100℃,微波照射功率400W,频率2000Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的肉桂酸甲酯538公斤,含量为99%,得率97%。
实施例6对甲氧基肉桂酸异辛酯的制备
将500千克α-溴代乙酸异辛酯(M=251)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应9h,反应温度控制在30℃,微波照射功率800W,频率1000Hz;之后将290千克对甲氧基苯甲醛(M=136)在4h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为5L/h,此时反应温度控制在80℃,微波照射功率600W,频率1800Hz;通水蒸气2h后,将反应物在5h内缓慢通过附有对甲基苯磺酸和无水硫酸铜的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在100℃,微波照射功率400W,频率2500Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的肉桂酸甲酯550公斤,含量为99%,得率95%。
实施例7对三氟甲基肉桂酸甲酯的制备
将500千克α-溴代乙酸甲酯(M=151)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应10h,反应温度控制在40℃,微波照射功率800W,频率1500Hz;之后将590千克对三氟甲基苯甲醛(M=174)在6h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为4L/h,此时反应温度控制在80℃,微波照射功率800W,频率1800Hz;通水蒸气2.5h后,将反应物在5h内缓慢通过附有对甲基苯磺酸和无水氯化钙的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在90℃,微波照射功率300W,频率2500Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的对三氟甲基肉桂酸甲酯740公斤,含量为99%,得率98%。
实施例8对三氯甲基肉桂酸苯甲酯的制备
将500千克α-溴代乙酸苯甲酯(M=229)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应5h,反应温度控制在60℃,微波照射功率800W,频率1000Hz;之后将500千克对三氯甲基苯甲醛(M=223.5)在4h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为3L/h,此时反应温度控制在90℃,微波照射功率600W,频率1600Hz;通水蒸气3h后,将反应物在5h内缓慢通过附有POCl3和硅胶的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在100℃,微波照射功率300W,频率2500Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的对三氯甲基肉桂酸苯甲酯800公斤,含量为99%,得率97.5%。
实施例9对甲氧基肉桂酸(2-环己基)-丙酯的制备
将500千克α-溴代乙酸2-环己基-丙酯(M=263)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应4h,反应温度控制在70℃,微波照射功率800W,频率2000Hz;之后将265千克对甲氧基苯甲醛(M=136)在5h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为2L/h,此时反应温度控制在100℃,微波照射功率600W,频率2000Hz;通水蒸气5h后,将反应物在6h内缓慢通过附有KHSO4和硫酸镁的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在120℃,微波照射功率500W,频率3000Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的肉桂酸甲酯560公斤,含量为99%,得率97%。
实施例10肉桂酸(2-环己基)-丙酯的制备
将500千克α-溴代乙酸2-环己基-丙酯(M=263)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应6h,反应温度控制在60℃,微波照射功率800W,频率1000Hz;之后将210千克苯甲醛(M=106)在3h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为3L/h,此时反应温度控制在90℃,微波照射功率1000W,频率2500Hz;通水蒸气4h后,将反应物在5h内缓慢通过附有POCl3和硫酸镁的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在100℃,微波照射功率500W,频率3000Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的肉桂酸(2-环己基)-丙酯500公斤,含量为99%,得率97%。
实施例11肉桂酸戊酯
将500千克α-溴代乙酸戊酯(M=209)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应5h,反应温度控制在70℃,微波照射功率800W,频率1000Hz;之后将280千克苯甲醛(M=106)在4h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为5L/h,此时反应温度控制在80℃,微波照射功率600W,频率1800Hz;通水蒸气2h后,将反应物在5h内缓慢通过附有POCl3和无水硫酸铜的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在100℃,微波照射功率300W,频率2000Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的肉桂酸戊酯536公斤,含量为99%,得率97%。
实施例12肉桂酸乙酯
将500千克α-溴代乙酸乙酯(M=167)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应8h,反应温度控制在40℃,微波照射功率800W,频率1000Hz;之后将330千克苯甲醛(M=106)在5h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为4L/h,此时反应温度控制在90℃,微波照射功率600W,频率1500Hz;通水蒸气3h后,将反应物在5h内缓慢通过附有POCl3和无水氯化钙的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在100℃,微波照射功率400W,频率2000Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的肉桂酸乙酯538公斤,含量为99%,得率95%。
实施例13肉桂酸苄酯
将500千克α-溴代乙酸苄酯(M=229)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应4h,反应温度控制在90℃,微波照射功率800W,频率1000Hz;之后将250千克苯甲醛(M=106)在5h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为5L/h,此时反应温度控制在80℃,微波照射功率600W,频率2000Hz;通水蒸气2h后,将反应物在4h内缓慢通过附有POCl3和硅胶的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在100℃,微波照射功率400W,频率2000Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的肉桂酸苄酯545公斤,含量为99%,得率99%。
实施例14肉桂酸丙酯
将500千克α-溴代乙酸丙酯(M=181)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应6h,反应温度控制在60℃,微波照射功率800W,频率1000Hz;之后将300千克苯甲醛(M=106)在5h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为5L/h,此时反应温度控制在60℃,微波照射功率600W,频率1800Hz;通水蒸气2h后,将反应物在5h内缓慢通过附有对甲基苯磺酸和无水氯化钙的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在100℃,微波照射功率300W,频率2000Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的肉桂酸丙酯500公斤,含量为99%,得率97%。
实施例15肉桂酸苯乙酯
将500千克α-溴代乙酸苯乙酯(M=240)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应3h,反应温度控制在90℃,微波照射功率800W,频率1200Hz;之后将230千克苯甲醛(M=106)在4h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为5L/h,此时反应温度控制在80℃,微波照射功率600W,频率1800Hz;通水蒸气2h后,将反应物在5h内缓慢通过附有KHSO4和无水氯化钙的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在90℃,微波照射功率400W,频率2500Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的肉桂酸苯乙酯529公斤,含量为99%,得率97%。
实施例16对甲氧基肉桂酸辛酯
将500千克α-溴代乙酸辛酯(M=251)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应5h,反应温度控制在60℃,微波照射功率800W,频率1000Hz;之后将290千克(M=136)苯甲醛在4h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为5L/h,此时反应温度控制在80℃,微波照射功率600W,频率1200Hz;通水蒸气2h后,将反应物在5h内缓慢通过附有KHSO4和硫酸镁的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在100℃,微波照射功率1000W,频率1000Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的对甲氧基肉桂酸辛酯545公斤,含量为99%,得率94%。
实施例17对羟基肉桂酸甲酯
将500千克α-溴代乙酸甲酯(M=151)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应6h,反应温度控制在80℃,微波照射功率800W,频率1000Hz;之后将420千克对羟基苯甲醛(M=122)在6h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为5L/h,此时反应温度控制在80℃,微波照射功率600W,频率1800Hz;通水蒸气2h后,将反应物在5h内缓慢通过附有KHSO4和无水硫酸铜的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在100℃,微波照射功率300W,频率2000Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的对羟基肉桂酸甲酯554公斤,含量为99%,得率98%。
实施例18对甲基肉桂酸甲酯
将500千克α-溴代乙酸甲酯(M=151)投入到反应釜中,与附有锌粉的大孔树脂充分接触反应1h,反应温度控制在60℃,微波照射功率800W,频率1000Hz;之后将420千克对甲基苯甲醛(M=120)在1h内投入;然后向反应体系中通入水蒸气水解,通入速度为5L/h,此时反应温度控制在80℃,微波照射功率600W,频率1500Hz;通水蒸气2h后,将反应物在5h内缓慢通过附有对甲基苯磺酸和硅胶的大孔树脂,进行脱水反应,此时反应温度控制在100℃,微波照射功率400W,频率2000Hz,并维持一个-0.1Mpa的负压环境,然后重结晶提纯,获得的对甲基肉桂酸甲酯615公斤,含量为99%,得率99%。
对比例1肉桂酸苄酯
在一100mL圆底烧瓶中加入6g(0.04mol)肉桂酸,另用一小烧杯溶解1.8g(0.045mol)氢氧化钠于适量水中得溶液,倒入烧瓶摇动反应,测PH呈8~9。将制得的肉桂酸钠盐溶液加热蒸发至浆状后,加入氯化苄8.1g(0.064mol)和20mL DMSO,装置回流冷凝管后,加热回流3h。
停止加热,趁热倒入碎冰和水混合物中。搅拌即有大量白色固体析出。抽滤,得微黄色粗产品;用无水乙醇重结晶,得白色肉桂酸苄酯晶体,在使用不同溶剂时的产率在0.5~80.6%之间,在使用最佳溶剂时,采用不同反应时间的得率在70.4~80.6%之间。
对比例2
用对甲苯磺酸作催化剂,通过对甲氧基肉桂酸甲酯与异辛醇的酯交换反应合成对甲氧基肉桂酸异辛酯,过程如下:
将对甲氧基肉桂酸甲酯4.8g(0.025mol)、10mL溶剂甲苯和一定量的异辛醇及对甲苯磺酸混合,加热回流反应一定时间后停止反应,冷却至室温,用饱和碳酸钠溶液中和至PH为9,静置分层,有机相水洗至中性,真空脱水至恒重后,计算得在n(对甲氧基肉桂酸甲酯):n(异辛醇)=1:5,反应温度110℃,对甲苯磺酸为对甲氧基肉桂酸甲酯质量的12%,反应6h,在此条件下对甲氧基肉桂酸甲酯的转化率达99.7%,对甲氧基肉桂酸异辛酯的选择性达98.4%,产品纯度99.0%。