肉桂酸合成综述

肉桂酸的合成与应用摘要:从肉桂酸的合成及应用方面,综述了2001 2007 年的研究进展。关键词:肉桂酸;合成;应用肉桂酸( Cinnnamic acid) 化学名3- 苯基- 2- 丙烯酸或者 - 苯基丙烯酸,又名桂皮酸、 桂酸。白色单斜结晶,微有桂皮气味,熔点 135 136 , 沸点300 ,相对密度1. 247 5( 4 )。有顺式和反式2种异构体, 通常以反式存在。微溶于水, 易溶于酸、 苯、 丙酮、 冰醋酸,溶于乙醇、 甲醇和氯仿。是一种重要的精细化工合成中间体,广泛用于医药、 香料、 塑料,感光树脂,食品添加剂等精细化学品的制备。1. 肉桂酸的用途：肉桂酸及其系列产品是十分重要的精细化工产品，已被广泛应用于药物，香料和感光领域，研究这些个化合物的合成具有十分重要的意义。肉桂酸是一种比较重要的有机合成中心体，主要用于药物，香料和感光树脂等精细化工产品的制备，近年来它的应历时分广泛。 在医药工业中，可用于合成治疗冠心病的重要药物乳酸可心定和心痛平，及合成氯苯氨丁酸和肉桂苯药名，用来制造“心可安”，局部麻醉剂、杀菌剂、止血药等。还可合成氯苯氨丁酸和肉桂苯药名，用作脊锥骨骼松弛剂和镇痉剂。主要用于脑血栓，脑动脉硬化，冠状动脉硬化等病症。对于肺腺癌细胞增殖有明显抑制作用。肉桂酸是A人肺腺癌细胞有效的抑制剂，在抗癌方面具有泼天的应用价值。 在农药行业，肉桂酸可用于植物生长增进剂、长效杀菌剂果蔬保鲜防腐剂和除草剂的制备 在香料行业，肉桂酸是试羧酸类香料，有良好的保香作用。可调制苹果、樱桃，作为苹果香精、樱桃香精、生果香精、花香香精和谐使用。在日化行业。肉桂酸用于设置香皂和日用化妆品用的香料。由于其沸点较份子量相近的其它有机化合物高，因此常用作香料中的定香剂使用。这个之外，由于肉桂酸份子中存在烯类双键，因而可形成多种聚合物，且所形成的聚合物有耐热、耐冲击、耐化学性、防水性、高分解温度、导电性、透明性、光敏性、抗光蚀等优点，是优良的涂层材料。 在有机化工合成方面，肉桂酸可作为镀锌板的缓释剂，聚氯乙烯的热稳定剂，多氨基甲酸脂的交联剂，乙内酰和聚己内酰胺的阻燃剂，化学分析试剂。也是测定铀、钒分离的试剂；它还是负片型感光树脂的最主要合成原料。主要合成桂酸酯、聚乙烯醇肉桂酸酯、聚乙烯氧肉桂酸乙酯和侧基为肉桂酸酯的环氧树脂。2、 合成方法肉桂酸的合成方法较多,主要有Perkin 法、 苯乙烯- 四氯化碳法、 苯甲醛- 丙二酸法、 苯甲醛-乙烯酮法、 肉桂醛氧化法以及刚开发出的氯代芳烃和丙烯酸及其衍生物生产肉桂酸等方法。其中目前工业上生产肉桂酸的方法主要是Perkin 法和苯乙烯- 四氯化碳法。1 Perkin法Perkin 法自20 世纪50 年代实现工业化以来,其工艺日趋完善, 已成为国内外生产肉桂酸的主要方法,具有原料易得、 操作简单、 工艺流程短、 条件温和、 分离简单,同时副产物少且纯度较高等优点。但其肉桂酸收率低、 成本相对较高等因素的存在也制约了此法的发展,许多厂家因此已经停止了肉桂酸的生产。工艺过程: 苯甲醛和醋酸酐在醋酸钠催化剂存在下进行醛缩合反应,反应式见下目前, Perkin 法是生产肉桂酸的主要方法, 其工业生产方法是将苯甲醛、 醋酸酐和无水醋酸钠按1：1. 5：1 (摩尔比) 加入反应釜中, 在170 下搅拌8 10 h 后,将碳酸钠溶液在搅拌下加入反应生成物中直到反应物呈碱性为止。然后向反应釜中通入蒸汽, 大约2 h 内除去未反应的苯甲醛, 趁热将反应混合物用活性炭处理,搅拌 30 min,得澄清的滤液并用盐酸酸化, 同时加入碎冰冷却, 得肉桂酸沉淀,经水洗、 干燥即可, 收率为60%左右。2 苯乙烯- 四氯化碳法与Perkin 法相比,苯乙烯- 四氯化碳法具有原料廉价易得、 反应条件温和、 收率高和三废少等特点,是生产肉桂酸很有前途的方法。该法在浙江巨化股份有限公司得到应用。由于受 蒙特利尔条约!的限制,四氯化碳作为破坏大气臭氧层的物质在2007 年6 月 31 日后已被禁止销售, 但可作为原料使用。因此, 苯乙烯- 四氯化碳法生产肉桂酸不仅为四氯化碳找到了一条理想的出路,而且提高了该法生产肉桂酸的市场竞争力。苯乙烯- 四氯化碳法是以苯乙烯和四氯化碳为原料的新合成路线。它包括两步工艺:第一步是在催化剂作用下, 四氯化碳和苯乙烯发生自由基加成反应, 得中间体1, 1,1, 3- 四氯苯基丙烷;第二步是在强酸存在下,生成的中间体发生水解消去反应,得到肉桂酸。其反应见下。其中对用作第一步反应的催化剂曾做过很多改进,取得了较大进展。主要有: CuCl 或CuCl与脂肪胺组成的催化剂; 金属氧化物(如CuO, CuO2, AgO)和胺或三苯基磷、 ( CH3 ) 2CHOH 组成的催化剂;FeCl 2 或FeCl 3 与脂肪胺组成的催化剂; FeCl3 和三苯基磷组成的催化剂。用于第二步水解反应的强酸包括无机酸, 如: H3PO4, H2SO4; 路易斯酸, 如: ZnCl2、Fe2 ( SO4 ) 3、FeCl3 等; 有机强酸, 如:CF3COOH、 HCO2H。最近美国专利报道了使用混合酸为水解反应的催化剂, 其中混合酸可以是醛酸、 硫酸、 磷酸和阳离子交换树脂( 含有磺酸基)的混合物。浙江巨化股份有限公司和浙江大学联合研究出一种新型环保溶剂作水解反应催化剂和溶剂,对肉桂酸水解反应进行改进,取得了突破性进展。不仅大大缩短了水解反应时间,提高了水解反应的收率,降低了生产成本,而且减少了三废排放。 武汉科技大学化学工程与技术学院的吕早生、 康红艳采用浸渍法制备了CuC1- Al 2O3、 CuO- Al2O3 和CuCl- CuO- Al2O3 催化剂,在其分别与吡啶组成的催化体系中,苯乙烯和四氯化碳发生加成反应,分析了催化剂活化温度、 活性组分质量分数、 反应温度、 反应时间及加料顺序等对加成反应中间体四氯丙基苯收率的影响。在对甲苯磺酸- 硫酸、 Fe2 ( SO4) 3.7H2O 和ZnSO4等酸性催化剂存在下,四氯丙基苯水解生成肉桂酸,四氯丙苯和肉桂酸的纯度分别可达 93. 0%和90. 0%。以苯乙烯、 四氯化碳为原料, 采用Al2O3 作载体的催化体系,通过加成反应生成1, 3, 3, 3- 四氯丙苯, 并进一步水解合成肉桂酸。此法收率高、 生成晶体好、 生产成本低,具有广阔的发展空间, 也可进一步研究用于工业生产。3苯甲醛- 丙二酸法(Knoevenagel法)与Perkin 法相比,另一有竞争力的方法就是传统的Knoevenagel 法, 但也存在步骤多、 周期长、 操作繁琐且后处理复杂、 工业废水污染重等缺点。杨辉琼等以苯甲醛与丙二酸为原料, 通过Knoeve nagel缩合反应合成肉桂酸,工艺操作简单、 产量高、 反应缓和、 无污染、 产物分离容易、 操作方便。其工艺最佳条件是:苯甲醛与丙二酸物质的量比为1. 0 1. 2, 苯甲醛、 吡啶与六氢吡啶物质的量比为1：2.4：0. 025,在95 下回流2. 0 h,产率为89. 19% ,武汉工业学院的李建芬等以苯甲醛和丙二酸为原料, 吡啶为催化剂, 利用Knoevenagel 反应合成肉桂酸,从而降低了反应温度, 提高了收率和产物纯度,简化了合成工艺。通过正交实验探讨了不同工艺参数如反应物配比、 反应时间、 催化剂种类和用量等对肉桂酸收率的影响,确定的最佳工艺条件为:以吡啶为催化剂, n (苯甲醛) n (丙二酸)为13,催化剂用量0. 02 mol,反应时间为90 min,肉桂酸收率可达90%, 质量分数达98. 19%。1986 年Gedye等首次将微波技术引入有机合成,给有机合成注入了新思维。微波辐射能大大加快有机反应,有副反应少、 选择性高、 产物易纯化等优点。2002 年侯敏等也用微波辐射合成肉桂酸, 但他仍用吡啶作溶剂,苯胺作催化剂催化 Knoevenagel 反应。辽宁师大的张淑琴等利用超声波辐射合成技术,以苯甲醛与丙二酸为原料, 吡啶为溶剂, 六氢吡啶为缩合剂,通过Knoevenagel 缩合反应合成了肉桂酸。探索出了超声波辐射法制备肉桂酸的最佳合成条件,产率可达到80%以上。广东药学院药学系的张红等人采用连续式微波辐射技术,不用任何溶剂,用价廉无毒无污染的醋酸铵代替常规的吡啶、 苯胺等有机碱催化Knoevenag el反应, 安全、 高效、 快速地合成了肉桂酸, 实现了目前化学界提倡的洁净的绿色化学合成工艺。反应方程式为:结果表明: 以苯甲醛为原料, 醋酸铵为催化剂, 经 Knoevenagel 反应, 采用微波辐射技术, 在无溶剂条件下合成肉桂酸,当 n (丙二酸) ：n (醋酸铵) ： n (苯甲醛) = 1. 1 ：1. 0 ：1.0, 微波功率 640 W,辐射6 min,肉桂酸的产率为84. 5%。如量大, 产率还稍有提高。用本法合成肉桂酸, 与常规加热反应相比,大大缩短了反应时间,无须有机溶剂,避免了使用有机溶剂造成的浪费和污染,是个典型的绿色化学反应,而且操作简便、 副反应少、 选择性高、 产物易纯化(过滤水洗即可得较为纯净的产物) , 很有工业化前景。4 以卤代苯和丙烯酸为原料苟少华等报道了在(聚4- 乙烯基吡啶) 钯催化下, 芳基碘苯与丙烯酸、 丙烯酰胺和苯乙烯反应,生成取代肉桂酸、 肉桂酰胺和1, 2- 二芳基乙烯的研究结果,其中碘化苯与丙烯酸作用生成肉桂酸的产率可达93% ,以氯代苯与丙烯酸乙醇反应,以六甲基磷酸三胺为溶剂, PdCl 2、 PPh3 和 K2CO3为催化剂, 所得产物肉桂酸乙醇的收率可达 68. 1%。在 Pd( OAc) 2- ( O % MePh) 3P 催化下, 以90%DMF 水溶液为溶剂,丙烯酸与C6H5X( X: Br、 I)在较温和条件下, 可以 95% 100%的高收率制备肉桂酸, 同样以较高收率制备了苯环取代的肉桂酸衍生物。以卤代芳烃制备肉桂酸虽不具有工业化生产意义,但对于制备某些贵的肉桂酸衍生物具有极高的理论和实际意义,值得关注。由郑州大学化学系化学专业崔秀灵博士最新研制出一种利用高效催化合成肉桂酸的绿色无磷催化剂, 采用价格低廉易得的氯代芳烃和丙烯酸及其衍生物等大宗化工产品为原料, 用纯水为反应溶剂,催化剂用量少,反复使用多次仍保持很高的催化活性。另外, 该方法可根据市场需求仅用一套反应设备生产多种肉桂酸系列产品,具有工业流程短,反应条件温和, 原料转化率高, 质量稳定等特点,较传统方法成本大幅度降低, 且无环境污染, 完全符合中国国家环保标准。氯代芳烃和丙烯酸及其衍生物生产肉桂酸的方法虽然小试已经取得成功,但目前未见工业化的报道。5以苯甲醛和乙烯酮为原料德国专利报道了在锌盐催化下,以甲苯为溶剂,在苯甲醛中通入乙烯酮气体,待反应完全之后,蒸去甲苯,在180 200 下加热1 h,可以87%的收率制得肉桂酸。乙烯酮作为高活性结构的物质, 与苯甲醛反应得到肉桂酸可能是按照加成重排的历程进行的。该工艺由于过程简单, 无须特殊催化剂,只要在降低合成成本上下好功夫, 就有较好的工业化前景。6 以二氯苄和醋酸钾为原料美国专利报道了以二氯苄和醋酸钾为原料、 吡啶为溶剂制备肉桂酸,收率为 45%。二氯苄可作为苯甲醛的前体,该制备方法可认为是Perkin 反应的进一步改进。如果能降低醋酸钾的消耗, 进一步提高肉桂酸的收率,此法具有一定工业化前景。7 苯甲醛- 丙酮法 12这条合成路线曾经用于生产，但由于工艺流程长，操作复杂，能耗大，转化率和产率底等问题而被淘汰。8 苯甲醛-醋酸法这是一个气相反应合成的方法。碱性催化剂固载于铝硅酸盐、SiO2-Al2O3或硅腔等上，将苯甲醛和60%的醋酸于350气化通过装有催化剂的反应器，苯甲醛的转化率为90%，对于肉桂酸的选择性为70%。11 苯乙烯- 二氧化碳法苯乙烯和CO2 在Ni2O 和1, 8- 二氮双环 5, 4, 0 十一碳- 7- 烯的存在下反应生成肉桂酸,收率为70%。12 肉桂醛氧化法最新研究表明, 以Ag/ C 为催化剂, 采用氧气催化氧化肉桂醛合成肉桂酸是一条较好的工艺路线;且催化剂可多次重复使用,其最佳工艺条件为: Ag/ C 催化剂与肉桂醛的质量比为035, 反应温度40 45 , 反应时间1. 5 h,此时收率可达93. 5%。武汉化工的罗小燕等以吸附在碳上的银作催化剂,采用空气氧化法将肉桂醛转化为肉桂酸, 最佳反应温度为 40 50 ,空气压力为03 MPa, Ag/ C催化剂量为水量的3%。该法反应条件温和, 时间短,收率高, 原料易得,催化剂可重复使用, 易于工业化生产。综上，本人认为实验室制取产品可以使用第一种方法，Perkin 法具有原料易得、 操作简单、 工艺流程短、 条件温和、 分离简单,同时副产物少且纯度较高等优点。反应式为：反应机理五、仪器装置实验仪器：150 mL三口烧瓶，球形冷凝管，直形冷凝管，支管接引管，锥形瓶，量筒，烧杯，布氏漏斗，吸滤瓶，表面皿，温度计实验装置图 实验步骤在装有回流冷凝管和干燥管的250 mL 三口烧瓶中装入5 mL( 0. 05 mol) 苯甲醛、 一定量的所需的其他四种原料( 乙酸酐、 无水碳酸钾、 相转移催化剂PEG -400、 阻聚剂对羟基苯甲醚) 和电磁搅拌子, 在180 加热回流一定时间; 回流反应结束后, 加水130 mL,用饱和碳酸钠水溶液调节pH 至 8,用水蒸气蒸馏至馏出液中无油珠为