防晒剂对甲氧基肉桂酸酯的合成研究.pdf

青岛科技大学 硕士学位论文 防晒剂对甲氧基肉桂酸酯的合成研究 姓名：邢彦美 申请学位级别：硕士 专业：药物化学 指导教师：于世涛 20100608 青岛科技大学硕士生学位论文 防晒剂对甲氧基肉桂酸酯的合成研究 摘要 | l i i i ii ii ii ii i iii ii iii i y 17 4 0 5 0 9 肉桂酸酯能防止2 8 0 3 1 0 眦的紫外线，且吸收率高，目前在防晒化妆品中应 用比较广泛。对甲氧基肉桂酸异辛酯是目前世界上最通用的防晒剂，它具有极好 的紫外光吸收曲线，而且安全性良好，并且对油性原料的溶解性很好，几乎是一 种理想的防晒剂。 合成防晒剂对甲氧基肉桂酸乙酯：以对甲氧基苯甲醛和丙二酸为原料，吡 啶、苯胺共催化，甲苯为溶剂，通过k n o e v e n a g e l 反应合成了对甲氧基肉桂酸， 然后将对甲氧基肉桂酸与乙醇在催化剂作用下，通过酯化反应合成防晒剂对甲 氧基肉桂酸乙酯。考察了催化剂种类、反应物配比、催化剂用量、反应温度和 反应时间等各因素对反应收率的影响，得到对甲氧基肉桂酸收率为6 8 6 ，对 甲氧基肉桂酸乙酯收率为9 6 5 ，纯度为9 8 5 。采用f t - i r 、1 hn m r 、1 3 cn m r 对产物进行了表征，表明合成物质即为目的产物。 合成对甲氧基肉桂酸甲酯：以对甲氧基苯甲醛、乙酸甲酯为原料，甲醇钠 为催化剂，经c l a i s e n s c h m i d t 缩合反应，合成了对甲氧基肉桂酸甲酯。考察了 催化剂种类、反应物配比、催化剂用量、反应温度和反应时间等因素对反应收 率的影响，得到对甲氧基肉桂酸甲酯的收率为7 9 0 ，纯度超过9 9 o 。此外， f t - i r 和1 hn m r 、1 3 cn m r 及熔点测定结果表明，所得产物是预期的目标化合 物。 合成对甲氧基肉桂酸异辛酯：以对甲氧基肉桂酸甲酯和异辛醇为原料，甲 苯为溶剂，对甲苯磺酸为催化剂，常压下通过酯交换反应合成对甲氧基肉桂酸 异辛酯。考察了原料配比、催化剂用量、反应温度及反应时间等诸因素对反应 的影响，得到对甲氧基肉桂酸甲酯的转化率达9 9 7 ，对甲氧基肉桂酸异辛酯 的选择性达9 8 4 ，质量分数超过9 9 o 。通过红外光谱和1 hn m r 、”cn m r 对产品进行了表征，表明合成物质即为产物。 合成对甲氧基肉桂酸正丁酯：以对甲氧基肉桂酸甲酯和正丁醇为原料，在 硫酸氢钠催化下回流酯交换反应合成对甲氧基肉桂酸正丁酯，考察了原料配比、 催化剂用量、反应温度及反应时间等诸因素对反应的影响，得到对甲氧基肉桂 酸甲酯转化率达8 8 0 ，对甲氧基肉桂酸正丁酯的选择性近1 0 0 ；并采用 防晒剂对甲氧基肉桂酸酯类的合成研究 f r - i r 、 1 hn m r 和1 3 c n m r 表征手段对产物进行了表征。 关键词：对甲氧基肉桂酸乙酯对甲氧基肉桂酸甲酯 对甲氧基肉桂酸异辛酯对甲氧基肉桂酸正丁酯合成 i i 青岛科技大学硕士生学位论文 s t u d yo ns y n t h e s i s0 fp m e t h o x y c i n n a a 僵a t ea ss u n s c r e e n i n ga g e n t a bs t r a c t p - m e t h o x y lc i n n a m a t ec a np r e v e n tu v 2 8 0 - 3 10a m ，a n dh a sh i n g l ya b s o r p t i o n r a t e i ti s w i d e l yu s e di n s u n s c r e e nc o s m e t i c sc u r r e n t l y i s o o c t y lp - m e t h o x y c i n n a m a t ei st h em o s tc o m m o ns u n s c r e e na g e n ti nt h ew o r l dn o w ，i th a se x c e l l e n t u va b s o r p t i o nc u r v ea n dg o o d s o l u b i l i t y o ft h eo i la n ds a f e t y , i ti sa l li d e a l e t h y lp m e t h o x yc i n n a m a t ew a ss y n t h e s i z e db yk n o e v e n a g e lr e a c t i o no f p m e t h o x y lb e n z a l d e h y d ea n dm a l o n i ca c i du s i n gp 妒d i n ea n da n i l i n ea sc o - c a t a l y s t a n dt o l u e n ea ss o l v e n t ，a n dt h e ne s t e r i f i c a t i o no fp - m e t h o x y lc i n n a m i ca c i da n d a l c o h o lu s i n gp t o l u e n es u l f o n i ca c i da s c a t a l y s t t h ef a c t o r si n f l u e n c i n gt h e s y n t h e s i sw e r es t u d i e da n dt h ey i e l do f p - m e t h o x y lc i n n a m a t ew a s6 8 6 ，t h ey i e l d a n dp u r i t yo fe t h y lp - m e t h o x ye i n n a m a t ew e r e9 6 5 a n dm o r et h a n9 8 5 r e s p e c t i v e l y t h es t r u c t u r eo ft h es y n t h e t i cp r o d u c tw a sc o n f i r m e db yf t - i ra n d1 h n m r 、1 3 cn m r 。 m e t h y lp m e t h o x yc i n n a m a t ew a ss y n t h e s i z e db yc l a i s e n s c h m i d tc o n d e n s a t i o n f r o mp m e t h o x y b e n z a l d e h y d ea n dm e t h y la c e t a t eu s i n gs o d i u mm e t h o x i d ea sc a t a l y s t n ef a c t o r si n f l u e n c i n gt h es y n t h e s i sw e r es t u d i e da n dt h ey i e l da n dp u r i t yo ft h e p r o d u c tw e r e7 9 o a n dm o r et h a n9 9 0 r e s p e c t i v e l y o t h e r w i s e t h es t r u c t u r eo ft h e s y n t h e t i cp r o d u c tw a sc o n f i r m e db yf t - i ra n d1 hn m r 、1 cn m r a n dt h em e l tp o i n t w a s m p 8 7 - 8 9 ( 8 7 - 8 8 ) i s o o c t y lp m e t h o x yc i n n a m a t ew a sp r e p a r e db yt r a n s e s t e r i f i c a t i o no fm e t h y l 防晒剂对甲氧基肉桂酸酯类的合成研究 p - m e t h o x yc i n n a m a t ew i t h2 - e t h y l h e x a n 1 - o lu s i n gt o l u e n e - p - s u l f o n i ca c i da s c a t a l y s t t h ef a c t o r si n f l u e n c i n gt h er e a c t i o nw e r ei n v e s t i g a t e da n dt h ec o n v e r s i o no f m e t h y lp - m e t h o x yc i n n a m a t ea n ds e l e c t i v i t yo f t h ep r o d u c tw e r e9 9 7 a n d9 8 4 r e s p e c t i v e l y t h ep u r i t yo ft h ep r o d u c tw a sm o r et h a n9 9 o o t h e r w i s e ，t h es t r u c t u r e o ft h ep r o d u c tw a sc o n f i r m e db yf t - i r 、l hn m r 、1 3 cn m r ( e ) 一b u t y l 一3 一( 4 一m e t h o x y p h e n y l ) a c r y l a t e w a s s y n t h e s i z e d b y t h e t r a n s e s t e r i f i c a t i o no fm e t h y lp m e t h o x yc i n n a m a t ea n dn - b u t a n o lo v e rs o d i u mb i s u l f a t e ， a n dt h ei n f l u e n c e so ft h er e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r ee x a m i n e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ， u n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n s ：t h ec o n v e r s i o no fm e t h y lp - m e t h o x yc i n n a m a t ew a s 8 8 0 a n dt h es e l e c t i v i t yo ft h ep r o d u c tw a sn e a r l y10 0 o t h e r w i s e ，t h es t r u c t u r e s o f t h et w op r o d u c t sw e r ec o n f i r m e db yf t - i ra n d1 hn m r 、1 3 cn m r k e y w o r d s ：e t h y lp m e t h o x yc i n n a m a t em e t h y lp - - m e t h o x yc i r m a m a t e i s o o c t y lp - m e t h o x yc i n n a m a t e ( e ) 一b u t y l - 3 - ( 4 - m e t h o x y p h e n y l ) a c r y l a t es y n t h e s i s 2 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得( 注；麴遗查墓丝盂墨 挂别虚蛆的：奎拦豆窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 日 学位论文作者签名： 彳毅 签字日期：k 扣年易月f l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学 技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网 络向社会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 嘶辜复 导师签字：j 吲扩 签字日期：荔i p 年阳j 胡签字日期：力j 口年易月1 ) , - e t 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 翥南 葫高铂当司化确晦公习 南匆石柱匆兽 5 “ 7 电话：蝴；2 ，易 邮编砒咖 青岛科技大学硕士生学位论文 工- j 一 目i j 吾 第一章绪论 太阳光实质上是一种电磁波，根据其波长可分为红外线、可见光和紫外线三 部分。阳光可以使皮肤中脱氧甾醇转化成维生素d ，有利于人体对钙及其他矿物 质的吸收，增强骨骼强度，防止佝偻病和软骨病的发生。阳光亦有减轻抑郁症的 作用，也可以促进肌体新陈代谢，产生免疫机能，但是如果长期使皮肤暴露于阳 光之下，带有巨大能量的紫外光将对皮肤产生不良作用，u v a 段紫外线能长驱直 入皮下组织，造成皮肤胶原纤维断裂，从而产生皱纹，对人体的d n a 产生深层次 的影响，如不可修复的断裂或损伤，将导致皮肤癌的发生等i l j 。 一般人们所讲的防晒，主要是针对紫外线而言，即防止紫外线对人体皮肤和 毛发产生的危害。通常人们将紫外线又分为三段：3 2 0 4 0 0n l t l 的波长区称为a 区 ( u v a ) ；2 8 0 3 2 01 1 i n 的波长区称为b 区( u ) ；18 0 2 8 0n r n 的短波区称为c 区( u v c ) 。 c 区波段的紫外线【2 】能够引起蛋白质和类脂体结构的变性，干扰人体内核酸代谢， 人们用紫外线灯来消毒杀菌就是依据这一点。b 区波段的紫外线是最主要的，它 在紫外线的辐射量中约占8 0 9 0 ，这个光区的紫外线对皮肤的作用是很多，如诱 发或加重光毒性、特发性光照性皮肤病如多形性日光疹或日光性荨麻疹【3 】；可刺 激黑色素细胞生成黑色素从而引起皮肤变黑；恶性和感染性疾病也可对皮肤的免 疫抑制产生负面作用，严重者者可出现皮肤老化，甚至发生皮肤癌【4 】等。u v a 包 括u v a i ( 3 4 0 4 0 0n m ) 和u v a 2 ( 3 2 0 3 4 0n m ) ，u v a 2 对不敏感皮肤的损害甚至大于 前者【5 1 。 因此，对u v a 的防护显得尤为迫切。在日常生活中人们采取尽量减少暴晒于 日光下或减少正午同晒时间，穿戴具有针对性的防护性衣物，并在日晒前使用防 晒剂等多项防护措施【6 ，7 ，引。在防晒化妆品中加入u v b 和u v a 吸收剂是目前行之有 效且广泛使用的方法，它能够防止日光诱导出现红斑以及日晒伤，并且规律使用 防晒剂也能抑制癌前皮肤损伤，可明显减少日光性肿瘤的发生( 9 1 。w i s s i n gs a 等 人研究表明，高效的广谱防晒剂与抗组胺药物合用就能极有效地降低日光性荨麻 防晒剂对甲氧基肉桂酸酯类的合成研究 疹的发病率【1 0 1 。 1 1 防晒剂的分类及特点 1 1 1 化学防晒剂n 2 j 5 】 我国2 0 0 7 年化妆品卫生规范中规定，化妆品组中限用的化学防晒剂可分 为8 类【1 6 17 1 。如下： 樟脑类【1 8 】：对苯二亚甲基二樟脑磺酸是该类中的一种，它的吸收光谱为 2 9 0 3 9 0a m ，且在紫外线为3 4 5n m 时可达到吸收最高峰，是一种广谱紫外线吸收 剂，另外有研究表明：与其它u v a 吸收剂相比，它的耐光性及光谱紫外线吸收性 更强。 桂皮酸盐类【1 9 1 ：在该类物质的分子结构中，由于苯环和羰基能形成共轭键， 使得其在紫外区有较高的吸收度。桂皮酸盐类防晒剂作为下一个有较强竞争力的 紫外线吸收剂，是一种高度有效的紫外线吸收剂，而且，现在在市场上已经很大 程度上地取代了对氨基苯甲酸( p a r a - a m i n ob e n z o i ca c i d ，p a b a ) 衍生物。 水杨酸【2 0 】：作为最早的一类紫外线吸收剂，该类防晒剂分子内容易形成氢键。 但是其自身对紫外线吸收能力很低，而且吸收小于3 4 0a m 波长的紫外线，能防止 2 8 0 3 3 0a m 的紫外线。但在吸收一定能量后，由于发生分子内重排，从而生成了 防紫外线能力极强的二苯甲酮，该结构具有较强的光稳定作用。 苯甲酸盐类【2 1 】：作为最早且广泛使用的一种紫外线防晒剂，它们能有效地吸 收2 8 0 3 0 0n m 的紫外线。但是，它作为u v b 吸收剂，对皮肤有刺激性。另外，由 于使用酒精为载体，易沾染衣物，进而引起许多副反应，因此，现已限量使用。 苯酮类【2 2 】：该类紫外线防晒剂的最大吸收波长在3 2 5n m ，并且具有防长波 ( u v a ) 与中波紫外线( u v b ) 的特点。它们具有很高的热稳定性、光稳定性，但是 其氧化性不稳定，因此在配制时，配方中必须加入抗氧化剂【2 3 1 。 三嗪类：作为近年出现的新型紫外线吸收剂，它们具有较大的分子结构，并 且具有很高的紫外线吸收效率。其特点是强紫外线吸收性与高耐热性。它们的吸 收紫外线波长为2 8 0 3 8 0a m ，范围较宽，但吸收一部分可见光，因此容易使制品 泛黄。 苯唑类：该类物质中的一种典型紫外线吸收剂是2 ，2 双( 1 ，4 亚苯基) i h 苯并 咪唑4 ，6 二磺酸的二钠盐( d p d t ) ，它是一种新型的水溶性u v a 吸收剂，并且其最 高吸收光谱在3 3 4a m 。它与对苯二亚甲基二樟脑磺酸性质相似，当在油相中与其 它防晒剂混合使用后能出现协同效应【2 4 2 5 2 6 2 7 1 。 烷类【2 8 】：丁基甲氧基二苯甲酰基甲烷是该类物质中的一种，能较好的吸收 2 青岛科技大学硕士生学位论文 u v a 的大部分波长范围，包括u v al 。 1 1 2 物理防哂剂 物理防晒剂即紫外线屏蔽剂，就是在防晒制品中添加一些无机粒子，例如二 氧化钛、氧化锌等。因为这些粒子能在皮肤表面形成阻挡层，通过反射、散射紫 外线，从而能保护皮肤。其优点稳定性高、安全性好，并且用量不受国家的任何 限制。缺点是透明感差、在皮肤上可呈白色或固态粘稠团、使用过多会堵塞毛孔、 影响汗腺分泌，造成皮肤病等。 1 1 3 天然防晒剂 天然防晒剂【2 9 、3 0 】是从天然植物中提取的。该类防晒剂能有效吸收紫外线、清 除氧自由基。有些植物其中因含有能吸收紫外线的化学成分，因此其提取液具有 防晒作用，如芦荟、黄瓜、与鱼腥草。另外核桃以及米糠油也具有很高的防晒效 果，对皮肤的安全性好，不会引起不良反应。并且该类物质防晒区间大、致敏率 低、安全有效，应用前剽3 2 】广阔。 1 1 4 新型仿生防晒剂 利用生物技术模仿皮肤的防晒机理，人们研究出与自身结构相仿、具有高亲 和力的物质。这类防晒剂【3 l 】的生物学效果好，极有效减轻由过量紫外线照射引起 的红斑、角质化等症状。仿生防晒剂取自天然，与皮肤的相容性极好，无刺激、 过敏等副作用。例如皮肤自变黑类( s e l f - t a n n e d ) 产品的问世。它能有效吸收紫外线 能量，是很好的光子能量分散剂。 1 2 对甲氧基肉桂酸酯概述 1 2 1 应用 大多数对甲氧基肉桂酸酯类【3 3 】如：对甲氧基肉桂酸甲酯、对甲氧基肉桂酸乙 酯、对甲氧基肉桂酸异戊酯和对甲氧基肉桂酸异辛酯都是u v b 区的良好吸收剂， 对皮肤无刺激，安全性好，是一类理想的防晒剂，通常可应用于化妆品、纺织品、 聚合物等产品中。 1 2 2 分类及其作用性质 对甲氧基肉桂酸甲酯( m m c ) 对2 8 0 3 2 0n l t l 紫外线有良好的吸收能力，并且吸 收率高，可用作化妆品中的紫外线吸收剂。对甲氧基肉桂酸异辛酯和对甲氧基肉 桂酸异戊酯的中间体。另外，它也是一个重要的医药中间体。常压下为白色晶体， 熔点8 7 8 8 。其结构式如下： 防晒剂对甲氧基肉桂酸酯类的合成研究 对甲氧基肉桂酸乙酯( e m c ) 在u v b 区域也有良好的吸收性，吸收率高，是另 一种常用防晒剂，并且它还具有广谱抗真菌作用，是莪术根茎中抗真菌的主要有 效成分。其结构式如下： 心c 一心 对甲氧基肉桂酸酯类中另一种较好的产品是对甲氧基肉桂酸异戊酯( i m c ) 【3 4 3 5 1 。它少量存在于山柰的根部，合成品类似于天然等同物，它与常用化妆品组分 有良好的配伍性，易生物降解，并且具有环保上的相容性，常使用于欧盟各国的 防晒剂制品中。 据统计【3 6 】，1 9 9 7 年美国和我国使用频率最高的防晒剂都是对甲氧基肉桂酸辛 酯( o m c ) ，并且它在欧洲也位居前列。o m c 能够有效防止2 8 0 3 1 0n l l l 的紫外线， 且吸收率高，具有极好的紫外吸收曲线，另外它对皮肤无刺激，安全性好，以及 很好的油溶性，总体来说几乎是一种理想的防晒剂，并且其重要性在防晒剂领域 正稳步增长。其结构式如下： 蕊乒h 2 c h 3 o 弋= 厂= c h c o o c h 2 c h ( c h 2 ) 3 c h 3 1 2 3 国内外研究背景 近十年来，关于对甲氧基肉桂酸酯类的制备和作为紫外吸收剂的应用在国外 申请了很多专利，但国内却很少有人研究，因此研究开发此类防晒剂的合成和应 用乃当务之急。综合国内外文献，其合成路线主要有以下几种。 1 2 3 1p e r kin 反应制备 p e r k i n 反应是芳香醛和酸酐在碱的催化下来进行亲核加成反应，再失去一 分子羧酸，得到p 芳基a ，d 不饱和酸。该反应【3 7 1 是制备肉桂酸类化合物最常 用的方法之一，但却存在反应温度较高、使用催化剂碱性较强、产率偏低等缺 点。具体反应式如下： 4 防晒剂对甲氧基肉桂酸酯类的合成研究 c c h 在铜胺类催化剂作用下催化加成得3 和4 的混合物；3 和4 的混合物和 水、2 乙基已醇在对甲苯磺酸催化作用下，经水解、酯化得到对甲氧基肉桂酸 异辛酯1 。 1 3 选题依据和研究思路 从上面的文献综述可以看出，经各国科研工作者的共同努力，对甲氧基肉 桂酸酯的合成已有很多种方法，其中最有发展前途的o m c 的报道最多。目前 我国在这方面的研究却很少。作者认为综述中提及的1 3 3 2 、1 3 3 3 比较有竞 争力。 论文的主要研究思路： ( 1 ) 对甲氧基肉桂酸乙酯的合成：以对甲氧基苯甲醛、丙二酸、乙醇为主 要原料，经k n o e v e n a g e l 反应制得中间体对甲氧基肉桂酸，然后与乙醇酯化反 应合成对甲氧基肉桂酸乙酯，系统考察各反应因素对反应结果的影响，并对合 成产物进行表征验证。 ( 2 ) 对甲氧基肉桂酸甲酯的合成：以对甲氧基苯甲醛、乙酸甲酯为原料， 甲醇钠为催化剂，经c l a i s e n s c h m i d t 缩合制备对甲氧基肉桂酸甲酯，考察影响 反应的各因素对反应结果的影响；对目标产物进行表征验证。 ( 3 ) 对甲氧基肉桂酸异辛酯的合成：以对甲氧基肉桂酸甲酯和异辛醇为原 料，甲苯为溶剂，对甲苯磺酸为催化剂，常压下通过酯交换反应合成对甲氧基 肉桂酸异辛酯，考察影响反应的各因素对反应结果的影响；对目标产物进行表 征验证。 ( 4 ) 对甲氧基肉桂酸正丁酯的合成：以对甲氧基肉桂酸甲酯和正丁醇为原 料，在硫酸氢钠催化下，回流酯交换反应合成对甲氧基肉桂酸正丁酯，考察影 响反应的各因素对反应结果的影响；对目标产物进行表征验证。 青岛科技大学硕士生学位论文 引言 第二章对甲氧基肉桂酸乙酯的合成研究 本研究按如下路线，合成乙酯：用甲苯作溶剂，有机碱吡啶、苯胺合用作 催化剂催化k n o e v e n a g e l 反应合成对甲氧基肉桂酸，产率6 8 6 。对甲苯磺酸催 化对甲氧基肉桂酸与乙醇酯化反应，产率提高至1 j 9 6 5 。本方法副反应少、产物 易纯化。 2 1 实验部分 2 1 1 对甲氧基肉桂酸的合成 向装有一定量溶剂、对甲氧基苯甲醛与丙二酸的1 0 0m l 圆底烧瓶中加入少量 催化剂，保持所需的反应温度反应一定时间后，停止反应，静置冷却，析出晶体， 抽滤得到白色针状晶体，计算收率并测其熔点，m p 1 7 7 1 7 8 ( 文献【4 s j 值为 1 7 3 1 7 5 ) 。 2 1 2 对甲氧基肉桂酸乙酯的制备 在5 0 0m l 圆底烧瓶中加入一定量的催化剂、对甲氧基肉桂酸与乙醇，回流反 应一定时间后，停止反应，蒸去过量的乙醇( 回收) 。将反应物倒入冰水中，析出 大块乳白色固体，将固体物研细抽滤，分别用水、n a 2 c 0 3 溶液和水充分浸泡、洗 涤，抽干，得乳白色固体，将固体物溶于适量乙醚进一步提纯，醚层经n a 2 c 0 3 溶液充分洗涤后，水洗至中性，无水m g s 0 4 干燥，蒸除乙醚，残留物冷却析出白 色晶体，熔点4 9 , - - - , 5 0 ( 文献【4 9 】值：4 9 “ - - 5 0 ) 。气相色谱分析产品的纯度大于9 9 0 ( 测定条件载气：高纯氮，检测器温度：2 5 0 ，汽化室温度：2 4 0 ，进样口温 度：8 0 ，终温2 8 0 ，升温速率：1 0 “ c m i n ，初温保持lm i n ，终温保持l om i n ) 。 2 2 结果与讨论 2 2 1 ，对甲氧基肉桂酸的合成 2 2 1 1 催化剂种类对收率的影响 9 青岛科技大学硕士生学位论文 图2 - 5 丙二酸与对甲氧基苯甲醛摩尔比对收率的影响 f i g 2 - 5 e f f e c to fn ( m e t h y la c e t a t e ) ：n ( p m e t h o x y b e n z a l d e h y d e ) o nt h ey i e l d 2 2 2 对甲氧基肉桂酸乙酯的制备 2 2 2 1 催化剂种类对收率的影响 对甲氧基肉桂酸3 6g 、乙醇1 2m l 、反应温度9 0 ，反应时间2h ，0 5g 催化 剂，考察不同催化剂对反应收率的影响，实验结果如图2 6 。由图2 6 可见，磷酸 作催化剂时，收率较低，且有部分对甲氧基肉桂酸未反应；其它三种催化剂收率 相对较高，同等条件下，硫酸氢钠作催化剂收率较浓硫酸稍低，但是浓h 2 s 0 4 具 有很强的氧化性，反应时会有副反应发生，甚至可能会发生炭化，浓硫酸相对对 甲苯磺酸收率低。相比之下，本实验采用对甲苯磺酸为催化剂。 1 3 青岛科技大学硕士生学位论文 2 3 产物分析 2 3 1 对甲氧基肉桂酸红外谱图分析 图2 1 1 对甲氧基肉桂酸的红外谱图 f i g 2 11 f t - i rs p e c t r u mo f p - m e t h o x yc i n n a m a t e 根据图2 1 1 知，在3 4 2 4t i n 1 处有一个稍宽的弱吸收峰存在，这是羟基的 吸收峰；而在1 6 8 7c l t i o 处有一个强的尖吸收峰，这则是- - - c o o h 中c = o 的 特征峰，据此即可判定- - - c o o h 的存在。在8 2 7c n l 1 处的中等强度的吸收峰证 明苯环上含有对位二取代基团；1 6 2 4 c m “ 1 处中等强度吸收峰是不饱和烯烃 o = c 一的振动伸缩峰；而1 2 5 7c 面1 、1 2 1 8 锄1 、1 1 7 3c m o 处的强吸收峰则证 明了c o c 的存在。因此可以断定该化合物即为对甲氧基肉桂酸。 2 3 。2 对甲氧基肉桂酸乙酯的红外光谱分析 1 7 防晒剂对甲氧基肉桂酸酯类的合成研究 图2 1 2 对甲氧基肉桂酸乙酯的i r - f t f i g 2 1 2i rs p e c t n a mo fe t h y lp - m e t h o x y c i n n a m a t e 由图2 1 2 可知，29 8 0c l i l o 和28 4 2c i i l d 为c h 伸缩振动吸收峰，1 7 0 8 锄1 为 c = o 伸缩振动吸收峰，l6 3 1 c m 1 为c = c 伸缩振动吸收峰，l6 0 3c i i l 、15 1 4e m “ 1 、 14 4 3g i n “ 1 为苯环骨架，8 2 9e r a “ 1 确定为对二取代苯，9 7 8c a l - 1 确定为反式对甲氧 基肉桂酸乙酯。 2 3 3 产物1 hn m r 分析 1 hn m r 6 ：1 3 4 ( t ，3 h ，- c h 3 ) ，3 8 5 ( s ，3 h ，- o c h 3 ) ，4 2 5 ( t ，2 h ， o c h 2 ) ，6 3 0 ( d ，1 h ，a - h ) ，6 9 0 ( d d ，2 h ，一c 6 i - 1 4 ) ，7 4 8 ( d d ，2 h ，- c 6 h 4 ) ， 7 6 3 ( d ，1 h ，1 3 h ) ( 确定其结构为反式对甲氧基肉桂酸乙酯) 。以上数据充分表 明实验合成的产物确为对甲氧基肉桂酸乙酯。如图2 1 3 ： 青岛科技大学硕士生学位论文 基誊量蠢基蚤誉量 一 ny vv 卫ji 8-7。6 5 4 32 1 。 凶 躺苗自自垒 釜 “。 图2 1 3 对甲氧基肉桂酸乙酯的1 hn m r 谱图 h g 2 1 3 1 hn m r s p e c t r u mo f e t h y lp - m e t h o x y c i n n a m a t e 2 3 4 产物1 3 cn m r 分析 1 3 cn m r6 ：1 1 5 7 ( 2 - c h ) ，1 2 7 1 ( 2 - c h ) ，1 6 1 3 ( c h 3 0 一木c 一中标志的幸c ) ， 1 2 9 7 ( 一半c c h = c h 一中标志的半c ) ，1 6 7 2 ( c o 0 - ) ，6 0 3 ( c h 3 0 - ) ，1 1 4 3 ( c 6 h 4 ，| c h = 中标志的半c ) ，1 4 4 2 ( 一c 6 h 4 c h = * c h 一中标志的木c ) ，5 5 2 ( c h 2 一) ， 1 4 3 ( c h 3 ) ，以上数据充分表明实验合成的产物确为对甲氧基肉桂酸乙酯。 1 9 防晒剂对甲氧基肉桂酸酯类的合成研究 2 4 小结 y ig i l l1 3 cl d2 0 0 91 l1 蔓暑籍吾委荽暑 llll l f 蠢蠢善蓉嚣 vli r 自m ， 二# g t f 嘲 p 0 e 肪5 p 蚶 p ：j r o g 仲 5 0 l v e k t ，s 伪 s * h3 2 t i l d e s0 01 d 让 矗 0 l2 o d l 二c o ： d f 叶1 9 ： c h l 研c 1 p l p l ： s m1 2 5 ，： 一一c h ml p d p # 越 耐c 2 p c p 0 2 f l o p h 2 2 p h 二3 3 r 0 2s c o k p t ，l ql s i s f址s q d s s b - b b 镰 “ 图2 1 4 对甲氧基肉桂酸乙酯的1 3 cn m r 谱图 f i g 2 1 4 1 3 cn m r s p e c t r u mo f e t h y lp - m e t h o x y c i n n a m a t e ( 1 ) 以对甲氧基苯甲醛和丙二酸为原料，合成对甲氧基肉桂酸。较佳工艺条 件为：对甲氧基苯甲醛和丙二酸摩尔比为l ：1 2 ，吡啶、苯胺共催化，其用量 为1 2 w 的反应混合物，9 0 下反应4h ，产品收率为6 8 6 。 ( 2 ) 以对甲氧基肉桂酸、乙醇为原料，合成对甲氧基肉桂酸乙酯。较佳工艺 条件为：对甲氧基肉桂酸3 6g ，乙醇1 2m 1 ，催化剂对甲苯磺酸o 5g ，9 0 。c 下 反应时间为2 h ，产率为9 6 5 ，纯度为9 8 5 。 ( 3 ) 通过对产物的红外光谱、1 hn m r 、1 3 cn m r 谱图进行分析，证实了合 成化合物与合成方法的可靠性。 2 0 青岛科技大学硕士生学位论文 引言 第三章甲氧基肉桂酸甲酯的合成 本研究以甲醇钠为催化剂，由对甲氧基苯甲醛和乙酸甲酯经c l a i s e n s c h m i d t 缩合反应，一步法合成了对甲氧基肉桂酸甲酯。该工艺具有不使用其他溶剂、无 需酸化或酯化反应、反应条件温和、后处理简单及未反应原料可回收再使用等特 点。 反应式如下： h 3 c 。q c h o + c h 3 c o o c h 3 3 1 实验部分 对甲氧基肉桂酸甲酯的合成 在1 0 0m l 圆底烧瓶中加入一定量的催化剂与乙酸甲酯，2 5 下边搅拌边滴加 5 0m m o l 对甲氧基苯甲醛溶液，保持所需的反应温度反应一定时间后，停止反应， 冷却至室温，加适量蒸馏水至反应体系，分出有机层，减压蒸除过量的乙酸甲酯 和未反应的对甲氧基苯甲醛( 回收使用) ，得到白色固体，并用蒸馏水洗涤三次， 真空干燥得产品，计算收率并测其熔点，m p 8 7 8 9 ( 文献【4 9 】值8 7 8 8 ) ，气相 色谱分析产品的纯度大于9 9 0 ( 测定条件载气为高纯氮，进样口温度8 0 ，检 测器温度2 5 0 ，汽化室温度2 4 0 ，终温2 6 0 ，升温速率l o m i n ，初温保 持1m i n ，终温保持1 0m i n ) 。 3 2 结果与讨论 3 2 1 催化剂种类对收率的影响 2 1 防晒剂对甲氧基肉桂酸酯类的合成研究 对甲氧基苯甲醛5 0m m o l ，n ( 对甲氧基苯甲醛) ：n ( 乙酸甲酯) 1 ：8 ，改变催化 剂种类，其用量为反应混合物的1 0w ，5 0 反应1 0h ，考察催化剂种类对缩合 反应收率的影响，实验结果见图3 1 。由图3 1 可见，甲醇钠是较好的催化剂，而 其他的碱性催化剂催化性能较差。这可能是因为对甲氧基苯甲醛的对位上的甲氧 基为供电子基，不利于亲核反应的进行，需要使用亲核能力强的碱性催化剂。因 此，在随后的实验中将以甲醇钠为催化剂进行实验。 莲 褂 擎 催化剂种类 图3 1 不同催化剂对收率的影响 f i g 3 1 e f f e c to fd i f f e r e n tc a t a l y s t so nt h ey i e l d 3 2 2n ( 乙酸甲酯) ：n ( 对甲氧基苯甲醛) 对收率的影响 甲醇钠4 3g ，5 0 下反应1 0h ，考察n ( 乙酸甲酯) ：n ( 对甲氧基苯甲醛) 对反应 收率的影响，实验结果见图3 2 。由图3 2 可见，随n ( 乙酸甲酯) ：n ( 对甲氧基苯甲醛) 的增大，产物对甲氧基肉桂酸甲酯的收率先增加后降低，在两者摩尔比为8 ：1 时 达到极值。这可能是因为摩尔比过大时，羰基碳的比例降低，碳负离子减少了与 羰基碳的碰撞机会。因此，n ( 乙酸甲酯) ：n ( 对甲氧基苯甲醛) 为8 ：l 为宜。 青岛科技大学硕士生学位论文 n ( 乙酸甲酯) ：n ( 对甲氧基苯甲醛) 图3 2n ( 乙酸甲酯) ：n ( 对甲氧基苯甲醛) 对收率的影响 f i g 3 - 2 e f f e c to fn ( m e t h y la c e t a t e ) ：n ( p - m e t h o x y b e n z a l d e h y d e ) o nt h ey i e l d 3 2 3 反应温度对收率的影响 对甲氧基苯甲醛5 0m m o l ，n ( 对甲氧基苯甲醛) ：n ( 乙酸甲酯) l ：8 ，甲醇钠 为反应混合物的1 0w ，反应时间1 0h ，考察反应温度对反应收率的影响，实验 结果见图3 3 。由图3 3 可以看出，起初随着反应温度的升高，对甲氧基肉桂酸甲 酯的收率有小幅增加，当反应温度超过5 0 时，产品收率基本保持不变，因此 选择5 0 为反应温度，有利于节约能耗，适用于工业生产。 术 褂 塾 反应温度 c 图3 3 温度对收率的影响 f i g 3 - 3 e f f e c to fd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s0 1 1t h ey i e l d 防晒剂对甲氧基肉桂酸酯类的合成研究 3 2 4 甲醇钠用量对收率的影响 对甲氧基苯甲醛5 0m m o l ，n ( 对甲氧基苯甲醛) ： n ( 乙酸甲酯) 1 ：8 ，反应温 度5 0 ，反应时间1 0h ，考察催化剂甲醇钠用量对反应收率的影响，实验结果见 图3 4 。由图3 4 可知，随着催化剂甲醇钠用量的增加，收率持续增加；当甲醇钠 用量为4 3g 时，继续增加其用量，收率开始下降，这可能是因为大量的固体催化 剂加入使整个反应体系固态化，不易于反应的进行。因此催化剂甲醇钠用量为4 3 g 是比较合适，为反应混合物的1 0w 。 葶 瓣 擎 甲醇钠用量g 图3 _ 4 催化剂用量对收率的影响 f i g 3 - 4e f f e c to fa m o u n to fc a t a l y s to nt h ey i e l d 3 2 5 反应时间对收率的影响 对甲氧基苯甲醛5 0m m o l ，n ( 对甲氧基苯甲醛) ：n ( 乙酸甲酯) = l ：8 ，反应温 度5 0 ，催化剂甲醇钠用量为反应混合物的1 0 、舭，考察反应时间对反应收率的 影响，实验结果见图3 5 。由实验结果分析可见，随着反应时间的延长，收率增加 相对很小。这可能是由于反应速率快，在短时间内反应趋于平衡，完成反应。因 此，适宜的反应时间为1 0h 。 青岛科技大学硕士生学位论文 毋 料 。擎 反应时间h 图3 - 5 反应时间对收率的影响 f i g 3 5 e f f e c to ft h er e a c t i n gt i m eo nt h ey i e l d 3 2 6 产品分析 3 2 6 1 产物红外光谱分析 图3 6 可知，29 4 9c i l l 1 和28 4 4 锄。1 为c h 伸缩振动吸收峰，17 1 7c m - 1 为c = o 伸缩振动吸收峰，16 3 8 锄1 为c = c 伸缩振动吸收峰，16 0 3t i n 、15 1 4c m 1 、14 3 4 嘶1 为苯环骨架，8 3 8 锄。1 确定为对二取代苯，9 8 4c m 1 确定为反式对甲氧基肉桂 图3 石对甲氧基肉桂酸甲酯的红外光谱图 f i g 3 6i n f r a r e ds p e c t r u mo f m e t h y l p - m e t h o x y c i n n a m a t ep r o d u c t 2 5 青岛科技大学硕士生学位论文 1 hn m r6 ：3 8 0 ( s ，3 h ，一o c h 3 ) ，3 8 5 ( s ，3 h ，一o c h 3 ) ，6 3 0 ( d ，i h ， a - h ) ，6 9 0 ( d d ，2 h ，c d 4 4 ) ，7 4 7 ( d d ，2 h ，一c 6 h 4 ) ，7 6 4 ( d ，1 h ，1 3 - h ) ( 确 定其结构为反式对甲氧基肉桂酸甲酯) 。以上数据充分表明实验合成的产物确为对 甲氧基肉桂酸甲酯。 3 2 6 3 产物竹cn m r 分析 警孥暑耋曼菇薹 0 嚣：嚣矗= = ll l iv | h ，l li 图3 - 9 对甲氧基肉桂酸甲酯的cn m r 核磁谱图 f i g 3 9 1 3 cn m rs p e c t r u mo fe t h y lp - m e t h o x y c i n n a m a t e 1 3 cn m r6 ：11 4 3 ( 2 c h ) ，1 2 7 1 ( 2 - c h ) ，1 6 1 4 ( c h 3 0 一车c - 中标志的宰c ) ， 1 2 9 8 ( 宰c c h = c h 中标志的宰c ) ，1 6 7 8 ( c o o ) ，5 5 4 ( * c h 3 0 一c 6 h 4 一中标志的 木c ) ，1 4 4 6 ( - c 6 h 4 幸c h = 中标志的宰c ) ，11 4 3 ( c 6 h 4 c h = * c h 一中标志的木c ) ，5 1 6 ( c h 3 ) ，以上数据充分表明实验合成的产物确为对甲氧基肉桂酸甲酯。 3 3 小结 以对甲氧基苯甲醛、乙酸甲酯为主要原料，在催化剂甲醇钠催化作用下，合 成了对甲氧基肉桂酸甲酯。较佳工艺条件为：对甲氧基苯甲醛用量5 0n u n o l 、n ( 对 甲氧基苯甲醛) ：n ( 乙酸甲酯) = l ：8 、催