肉桂酸合成綜述

1、肉桂酸的合成與應(yīng)用摘要:從肉桂酸的合成及應(yīng)用方面,綜述了2001 2007 年的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞:肉桂酸;合成;應(yīng)用肉桂酸( Cinnnamic acid) 化學(xué)名3- 苯基- 2- 丙烯酸或者 - 苯基丙烯酸,又名桂皮酸、 桂酸。白色單斜結(jié)晶,微有桂皮氣味,熔點 135 136 , 沸點300 ,相對密度1. 247 5( 4 )。有順式和反式2種異構(gòu)體, 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。是一種重要的精細(xì)化工合成中間體,廣泛用于醫(yī)藥、 香料、 塑料,感光樹脂,食品添加劑等精細(xì)化學(xué)品的制備。1. 肉桂酸的用途：肉桂酸及其系列產(chǎn)品是十分重要的

2、精細(xì)化工產(chǎn)品，已被廣泛應(yīng)用于藥物，香料和感光領(lǐng)域，研究這些個化合物的合成具有十分重要的意義。肉桂酸是一種比較重要的有機(jī)合成中心體，主要用于藥物，香料和感光樹脂等精細(xì)化工產(chǎn)品的制備，近年來它的應(yīng)歷時分廣泛。 在醫(yī)藥工業(yè)中，可用于合成治療冠心病的重要藥物乳酸可心定和心痛平，及合成氯苯氨丁酸和肉桂苯藥名，用來制造“心可安”，局部麻醉劑、殺菌劑、止血藥等。還可合成氯苯氨丁酸和肉桂苯藥名，用作脊錐骨骼松弛劑和鎮(zhèn)痙劑。主要用于腦血栓，腦動脈硬化，冠狀動脈硬化等病癥。對于肺腺癌細(xì)胞增殖有明顯抑制作用。肉桂酸是A人肺腺癌細(xì)胞有效的抑制劑，在抗癌方面具有潑天的應(yīng)用價值。 在農(nóng)藥行業(yè)，肉桂酸可用于植物生長增進(jìn)劑、

3、長效殺菌劑果蔬保鮮防腐劑和除草劑的制備 在香料行業(yè)，肉桂酸是試羧酸類香料，有良好的保香作用。可調(diào)制蘋果、櫻桃，作為蘋果香精、櫻桃香精、生果香精、花香香精和諧使用。在日化行業(yè)。肉桂酸用于設(shè)置香皂和日用化妝品用的香料。由于其沸點較份子量相近的其它有機(jī)化合物高，因此常用作香料中的定香劑使用。這個之外，由于肉桂酸份子中存在烯類雙鍵，因而可形成多種聚合物，且所形成的聚合物有耐熱、耐沖擊、耐化學(xué)性、防水性、高分解溫度、導(dǎo)電性、透明性、光敏性、抗光蝕等優(yōu)點，是優(yōu)良的涂層材料。 在有機(jī)化工合成方面，肉桂酸可作為鍍鋅板的緩釋劑，聚氯乙烯的熱穩(wěn)定劑，多氨基甲酸脂的交聯(lián)劑，乙內(nèi)酰和聚己內(nèi)酰胺的阻燃劑，化學(xué)分析試劑。

4、也是測定鈾、釩分離的試劑；它還是負(fù)片型感光樹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側(cè)基為肉桂酸酯的環(huán)氧樹脂。2、 合成方法肉桂酸的合成方法較多,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、 肉桂醛氧化法以及剛開發(fā)出的氯代芳烴和丙烯酸及其衍生物生產(chǎn)肉桂酸等方法。其中目前工業(yè)上生產(chǎn)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 世紀(jì)50 年代實現(xiàn)工業(yè)化以來,其工藝日趨完善, 已成為國內(nèi)外生產(chǎn)肉桂酸的主要方法,具有原料易得、 操作簡單、 工藝流程短、 條件溫和、 分離

5、簡單,同時副產(chǎn)物少且純度較高等優(yōu)點。但其肉桂酸收率低、 成本相對較高等因素的存在也制約了此法的發(fā)展,許多廠家因此已經(jīng)停止了肉桂酸的生產(chǎn)。工藝過程: 苯甲醛和醋酸酐在醋酸鈉催化劑存在下進(jìn)行醛縮合反應(yīng),反應(yīng)式見下目前, Perkin 法是生產(chǎn)肉桂酸的主要方法, 其工業(yè)生產(chǎn)方法是將苯甲醛、 醋酸酐和無水醋酸鈉按1：1. 5：1 (摩爾比) 加入反應(yīng)釜中, 在170 下攪拌8 10 h 后,將碳酸鈉溶液在攪拌下加入反應(yīng)生成物中直到反應(yīng)物呈堿性為止。然后向反應(yīng)釜中通入蒸汽, 大約2 h 內(nèi)除去未反應(yīng)的苯甲醛, 趁熱將反應(yīng)混合物用活性炭處理,攪拌 30 min,得澄清的濾液并用鹽酸酸化, 同時加入碎冰冷卻

6、, 得肉桂酸沉淀,經(jīng)水洗、 干燥即可, 收率為60%左右。2 苯乙烯- 四氯化碳法與Perkin 法相比,苯乙烯- 四氯化碳法具有原料廉價易得、 反應(yīng)條件溫和、 收率高和三廢少等特點,是生產(chǎn)肉桂酸很有前途的方法。該法在浙江巨化股份有限公司得到應(yīng)用。由于受 蒙特利爾條約!的限制,四氯化碳作為破壞大氣臭氧層的物質(zhì)在2007 年6 月 31 日后已被禁止銷售, 但可作為原料使用。因此, 苯乙烯- 四氯化碳法生產(chǎn)肉桂酸不僅為四氯化碳找到了一條理想的出路,而且提高了該法生產(chǎn)肉桂酸的市場競爭力。苯乙烯- 四氯化碳法是以苯乙烯和四氯化碳為原料的新合成路線。它包括兩步工藝:第一步是在催化劑作用下, 四氯化碳和

7、苯乙烯發(fā)生自由基加成反應(yīng), 得中間體1, 1,1, 3- 四氯苯基丙烷;第二步是在強(qiáng)酸存在下,生成的中間體發(fā)生水解消去反應(yīng),得到肉桂酸。其反應(yīng)見下。其中對用作第一步反應(yīng)的催化劑曾做過很多改進(jìn),取得了較大進(jìn)展。主要有: CuCl 或CuCl與脂肪胺組成的催化劑; 金屬氧化物(如CuO, CuO2, AgO)和胺或三苯基磷、 ( CH3 ) 2CHOH 組成的催化劑;FeCl 2 或FeCl 3 與脂肪胺組成的催化劑; FeCl3 和三苯基磷組成的催化劑。用于第二步水解反應(yīng)的強(qiáng)酸包括無機(jī)酸, 如: H3PO4, H2SO4; 路易斯酸, 如: ZnCl2、Fe2 ( SO4 ) 3、FeCl3 等

8、; 有機(jī)強(qiáng)酸, 如:CF3COOH、 HCO2H。最近美國專利報道了使用混合酸為水解反應(yīng)的催化劑, 其中混合酸可以是醛酸、 硫酸、 磷酸和陽離子交換樹脂( 含有磺酸基)的混合物。浙江巨化股份有限公司和浙江大學(xué)聯(lián)合研究出一種新型環(huán)保溶劑作水解反應(yīng)催化劑和溶劑,對肉桂酸水解反應(yīng)進(jìn)行改進(jìn),取得了突破性進(jìn)展。不僅大大縮短了水解反應(yīng)時間,提高了水解反應(yīng)的收率,降低了生產(chǎn)成本,而且減少了三廢排放。 武漢科技大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院的呂早生、 康紅艷采用浸漬法制備了CuC1- Al 2O3、 CuO- Al2O3 和CuCl- CuO- Al2O3 催化劑,在其分別與吡啶組成的催化體系中,苯乙烯和四氯化碳發(fā)生

9、加成反應(yīng),分析了催化劑活化溫度、 活性組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、 反應(yīng)溫度、 反應(yīng)時間及加料順序等對加成反應(yīng)中間體四氯丙基苯收率的影響。在對甲苯磺酸- 硫酸、 Fe2 ( SO4) 3.7H2O 和ZnSO4等酸性催化劑存在下,四氯丙基苯水解生成肉桂酸,四氯丙苯和肉桂酸的純度分別可達(dá) 93. 0%和90. 0%。以苯乙烯、 四氯化碳為原料, 采用Al2O3 作載體的催化體系,通過加成反應(yīng)生成1, 3, 3, 3- 四氯丙苯, 并進(jìn)一步水解合成肉桂酸。此法收率高、 生成晶體好、 生產(chǎn)成本低,具有廣闊的發(fā)展空間, 也可進(jìn)一步研究用于工業(yè)生產(chǎn)。3苯甲醛- 丙二酸法(Knoevenagel法)與Perkin 法相

10、比,另一有競爭力的方法就是傳統(tǒng)的Knoevenagel 法, 但也存在步驟多、 周期長、 操作繁瑣且后處理復(fù)雜、 工業(yè)廢水污染重等缺點。楊輝瓊等以苯甲醛與丙二酸為原料, 通過Knoeve nagel縮合反應(yīng)合成肉桂酸,工藝操作簡單、 產(chǎn)量高、 反應(yīng)緩和、 無污染、 產(chǎn)物分離容易、 操作方便。其工藝最佳條件是:苯甲醛與丙二酸物質(zhì)的量比為1. 0 1. 2, 苯甲醛、 吡啶與六氫吡啶物質(zhì)的量比為1：2.4：0. 025,在95 下回流2. 0 h,產(chǎn)率為89. 19% ,武漢工業(yè)學(xué)院的李建芬等以苯甲醛和丙二酸為原料, 吡啶為催化劑, 利用Knoevenagel 反應(yīng)合成肉桂酸,從而降低了反應(yīng)溫度,

11、 提高了收率和產(chǎn)物純度,簡化了合成工藝。通過正交實驗探討了不同工藝參數(shù)如反應(yīng)物配比、 反應(yīng)時間、 催化劑種類和用量等對肉桂酸收率的影響,確定的最佳工藝條件為:以吡啶為催化劑, n (苯甲醛) n (丙二酸)為13,催化劑用量0. 02 mol,反應(yīng)時間為90 min,肉桂酸收率可達(dá)90%, 質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)98. 19%。1986 年Gedye等首次將微波技術(shù)引入有機(jī)合成,給有機(jī)合成注入了新思維。微波輻射能大大加快有機(jī)反應(yīng),有副反應(yīng)少、 選擇性高、 產(chǎn)物易純化等優(yōu)點。2002 年侯敏等也用微波輻射合成肉桂酸, 但他仍用吡啶作溶劑,苯胺作催化劑催化 Knoevenagel 反應(yīng)。遼寧師大的張淑琴等利用

12、超聲波輻射合成技術(shù),以苯甲醛與丙二酸為原料, 吡啶為溶劑, 六氫吡啶為縮合劑,通過Knoevenagel 縮合反應(yīng)合成了肉桂酸。探索出了超聲波輻射法制備肉桂酸的最佳合成條件,產(chǎn)率可達(dá)到80%以上。廣東藥學(xué)院藥學(xué)系的張紅等人采用連續(xù)式微波輻射技術(shù),不用任何溶劑,用價廉無毒無污染的醋酸銨代替常規(guī)的吡啶、 苯胺等有機(jī)堿催化Knoevenag el反應(yīng), 安全、 高效、 快速地合成了肉桂酸, 實現(xiàn)了目前化學(xué)界提倡的潔凈的綠色化學(xué)合成工藝。反應(yīng)方程式為:結(jié)果表明: 以苯甲醛為原料, 醋酸銨為催化劑, 經(jīng) Knoevenagel 反應(yīng), 采用微波輻射技術(shù), 在無溶劑條件下合成肉桂酸,當(dāng) n (丙二酸) ：

13、n (醋酸銨) ： n (苯甲醛) = 1. 1 ：1. 0 ：1.0, 微波功率 640 W,輻射6 min,肉桂酸的產(chǎn)率為84. 5%。如量大, 產(chǎn)率還稍有提高。用本法合成肉桂酸, 與常規(guī)加熱反應(yīng)相比,大大縮短了反應(yīng)時間,無須有機(jī)溶劑,避免了使用有機(jī)溶劑造成的浪費和污染,是個典型的綠色化學(xué)反應(yīng),而且操作簡便、 副反應(yīng)少、 選擇性高、 產(chǎn)物易純化(過濾水洗即可得較為純凈的產(chǎn)物) , 很有工業(yè)化前景。4 以鹵代苯和丙烯酸為原料茍少華等報道了在(聚4- 乙烯基吡啶) 鈀催化下, 芳基碘苯與丙烯酸、 丙烯酰胺和苯乙烯反應(yīng),生成取代肉桂酸、 肉桂酰胺和1, 2- 二芳基乙烯的研究結(jié)果,其中碘化苯與丙

14、烯酸作用生成肉桂酸的產(chǎn)率可達(dá)93% ,以氯代苯與丙烯酸乙醇反應(yīng),以六甲基磷酸三胺為溶劑, PdCl 2、 PPh3 和 K2CO3為催化劑, 所得產(chǎn)物肉桂酸乙醇的收率可達(dá) 68. 1%。在 Pd( OAc) 2- ( O % MePh) 3P 催化下, 以90%DMF 水溶液為溶劑,丙烯酸與C6H5X( X: Br、 I)在較溫和條件下, 可以 95% 100%的高收率制備肉桂酸, 同樣以較高收率制備了苯環(huán)取代的肉桂酸衍生物。以鹵代芳烴制備肉桂酸雖不具有工業(yè)化生產(chǎn)意義,但對于制備某些貴的肉桂酸衍生物具有極高的理論和實際意義,值得關(guān)注。由鄭州大學(xué)化學(xué)系化學(xué)專業(yè)崔秀靈博士最新研制出一種利用高效催化

15、合成肉桂酸的綠色無磷催化劑, 采用價格低廉易得的氯代芳烴和丙烯酸及其衍生物等大宗化工產(chǎn)品為原料, 用純水為反應(yīng)溶劑,催化劑用量少,反復(fù)使用多次仍保持很高的催化活性。另外, 該方法可根據(jù)市場需求僅用一套反應(yīng)設(shè)備生產(chǎn)多種肉桂酸系列產(chǎn)品,具有工業(yè)流程短,反應(yīng)條件溫和, 原料轉(zhuǎn)化率高, 質(zhì)量穩(wěn)定等特點,較傳統(tǒng)方法成本大幅度降低, 且無環(huán)境污染, 完全符合中國國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。氯代芳烴和丙烯酸及其衍生物生產(chǎn)肉桂酸的方法雖然小試已經(jīng)取得成功,但目前未見工業(yè)化的報道。5以苯甲醛和乙烯酮為原料德國專利報道了在鋅鹽催化下,以甲苯為溶劑,在苯甲醛中通入乙烯酮氣體,待反應(yīng)完全之后,蒸去甲苯,在180 200 下加熱1

16、h,可以87%的收率制得肉桂酸。乙烯酮作為高活性結(jié)構(gòu)的物質(zhì), 與苯甲醛反應(yīng)得到肉桂酸可能是按照加成重排的歷程進(jìn)行的。該工藝由于過程簡單, 無須特殊催化劑,只要在降低合成成本上下好功夫, 就有較好的工業(yè)化前景。6 以二氯芐和醋酸鉀為原料美國專利報道了以二氯芐和醋酸鉀為原料、 吡啶為溶劑制備肉桂酸,收率為 45%。二氯芐可作為苯甲醛的前體,該制備方法可認(rèn)為是Perkin 反應(yīng)的進(jìn)一步改進(jìn)。如果能降低醋酸鉀的消耗, 進(jìn)一步提高肉桂酸的收率,此法具有一定工業(yè)化前景。7 苯甲醛- 丙酮法 12這條合成路線曾經(jīng)用于生產(chǎn)，但由于工藝流程長，操作復(fù)雜，能耗大，轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率底等問題而被淘汰。8 苯甲醛-醋酸法這

17、是一個氣相反應(yīng)合成的方法。堿性催化劑固載于鋁硅酸鹽、SiO2-Al2O3或硅腔等上，將苯甲醛和60%的醋酸于350氣化通過裝有催化劑的反應(yīng)器，苯甲醛的轉(zhuǎn)化率為90%，對于肉桂酸的選擇性為70%。11 苯乙烯- 二氧化碳法苯乙烯和CO2 在Ni2O 和1, 8- 二氮雙環(huán) 5, 4, 0 十一碳- 7- 烯的存在下反應(yīng)生成肉桂酸,收率為70%。12 肉桂醛氧化法最新研究表明, 以Ag/ C 為催化劑, 采用氧氣催化氧化肉桂醛合成肉桂酸是一條較好的工藝路線;且催化劑可多次重復(fù)使用,其最佳工藝條件為: Ag/ C 催化劑與肉桂醛的質(zhì)量比為035, 反應(yīng)溫度40 45 , 反應(yīng)時間1. 5 h,此時收

18、率可達(dá)93. 5%。武漢化工的羅小燕等以吸附在碳上的銀作催化劑,采用空氣氧化法將肉桂醛轉(zhuǎn)化為肉桂酸, 最佳反應(yīng)溫度為 40 50 ,空氣壓力為03 MPa, Ag/ C催化劑量為水量的3%。該法反應(yīng)條件溫和, 時間短,收率高, 原料易得,催化劑可重復(fù)使用, 易于工業(yè)化生產(chǎn)。綜上，本人認(rèn)為實驗室制取產(chǎn)品可以使用第一種方法，Perkin 法具有原料易得、 操作簡單、 工藝流程短、 條件溫和、 分離簡單,同時副產(chǎn)物少且純度較高等優(yōu)點。反應(yīng)式為：反應(yīng)機(jī)理五、儀器裝置實驗儀器：150 mL三口燒瓶，球形冷凝管，直形冷凝管，支管接引管，錐形瓶，量筒，燒杯，布氏漏斗，吸濾瓶，表面皿，溫度計實驗裝置圖 實驗步驟在裝有回流冷凝管和干燥管的250 mL 三口燒瓶中裝入5 mL( 0. 05 mol) 苯甲醛、 一定量的所需的其他四種原料( 乙酸酐、 無水碳酸鉀、 相轉(zhuǎn)移催化劑PEG -400、 阻聚劑對羥基苯甲醚) 和電磁攪拌子, 在180 加熱回流一定時間; 回流反應(yīng)結(jié)束后, 加水130 mL,用飽和碳酸鈉水溶液調(diào)節(jié)pH 至 8,用水蒸氣蒸餾至餾出液中無油珠為