科研开发 SCIENCE&TECHNOI OGY化工科技, IN CHEMI20C11A,I 19I(N6D)U:3S4T ̄3RY6 离子液体催化香豆素一3一羧酸的合成研究* 王潇,韩相恩 (中国矿业大学化工学院,江苏徐州221008) 摘要:在乙醇中,以[Bmim]BF4为催化剂,通过水杨醛与米氏酸的Knoevenagel缩合反应合成了 香豆素一3一羧酸,对影响香豆素一3一羧酸产率的各反应条件进行了研究,得出最佳工艺条件为”(米氏酸): T/(水杨醛)一1.2:1.0,EBmim]BF4 0.4 mI ,乙醇15 mI (均对2.4 g水杨醛),反应时间1.5h,香豆素3 羧酸的收率达到95 以上。 关键词:香豆素一3一羧酸;合成;离子液体;Knoevenagel缩合 中图分类号:O 626.31 文献标识码:A 文章编号:1008—0511(2011)06 0034 03 香豆素广泛分布于高等植物中,尤其是芸香 科和伞型科,在豆科、兰科、木樨科和菊科植物中 豆素一3一羧酸进行了改进,但依旧采用六氢吡啶作 为反应催化剂,其气味难闻,具有一定毒性,而且 六氢吡啶不易于产物分离,后虽改用二乙胺作催 也广泛存在,少数发现于动物和微生物中。香豆 素类化合物作为一大类重要的天然产物,在自然 界中广泛存在,由于具有分子量小,合成相对简 单,生物利用率高等特点,在医药、香料、农业、染 料等领域都有重要的应用。香豆素类化合物的功 能很大程度上取决于香豆素环各位置上取代基的 性质,尤其是3一位上取代基的作用更为明显_1],但 化剂,但其也有一定毒性,且所需设备较复杂,路 线三虽反应简单,但反应时间较长。 离子液体由于具有独特的物理化学性质,近 年来受到了广泛的关注,在替代传统的溶剂、催化 剂等方面的研究得到了很大的进展l7、。 。离子 液体具有与传统介质截然不同的物理化学性质, 又有着可以忽略的蒸汽压,是一类新型的绿色催 有关3一位取代的香豆素的研究较少。香豆素一3一 羧酸是香豆素的重要衍生物,也是合成香豆素的 个重要中间体[2]。但是其各种合成工艺存在反 一化剂体系和反应介质 。近年来,离子液体用 作催化反应的介质的重要性与日俱增,许多催化 反应都可以在离子液体中或者在离子液体的催化 下进行,而且通过选择合适的离子液体可以获得 较普通有机催化剂更高的反应速率和产率。 作者在原有合成路线三的基础上,采用新的 合成方法利用离子液体作为催化剂“一锅法”合成 了香豆素一3一羧酸,操作简单,反应时问短,且产率 得以提高,该法目前未见文献报道,并且对比实验 了离子液体与普通有机催化剂的催化效果,利用 水杨醛和米氏酸在有机溶剂乙醇中缩合反应合成 香豆素一3一羧酸,通过对催化剂的选择、原料配比、 应时间长、原料用量大、不环保等诸多问题,新方 法的研发刻不容缓。现阶段香豆素一3一羧酸的合 成路线主要有3种。 路线一[3]:传统的合成路线以水杨醛和苯胺 为原料,再与丙二酸反应得到香豆素一3一羧酸。 路线二l_4]:经水杨醛和丙二酸二乙酯反应,二 乙胺作催化剂,生成香豆素一3一羧酸乙酯,再与碱 作用经内酯皂化,最后与酸作用脱水闭环得到香 豆素一3一羧酸。 路线三 J:以水杨醛和米氏酸为原料,哌啶乙酸 盐作催化剂,室温下回流两小时得到香豆素一3一羧酸。 路线一中传统的合成方法产率较低,路线二 刘秀娟l6 等对经典的Knoevenagel缩合法制备香 收稿日期:2011 08—15 反应时间、催化剂重复使用次数等因素的分析对 合成工艺进行了优化,该工艺具有污染少、效率 高、条件温和等特点。 1 实验部分 1.1主要仪器与试剂 作者简介:王潇(1985一),女,陕西西安人,中国矿业大 学硕士研究生,研究方向为精细化工品的合成。 *基金项目:中国矿业大学大型仪器设备开放共享基金 项目。 试剂:水杨醛、米氏酸、乙醇、DMF、吡啶、三 第6期 下_潇,等.离子液体催化香豆素3一羧酸的合成研究 ・35・ 乙胺:均为分析纯,市售;1一丁基~3一甲基咪唑四氟 硼酸(EBmim ̄BF ):自制。 仪器:X-4型显微熔点仪:上海精密科学仪器 有限公司,温度计未经校正;IR-560型傅里叶变 换红外吸收光谱仪:KBr压片,美国Nicolet mag— na公司;AM400(400MHz)型核磁共振仪:德国 Bruker公司。 1.2香豆素一3一羧酸的合成 香豆素一3一羧酸的合成反应式如下。 OH O}n .COOH 骂 。 。 在干燥的50 mL圆底烧瓶中,加入2.4 g (O.02 too1)的水杨醛、3.46 g(O.024 mo1)米氏酸、 15 mL乙醇和0.4 mLEBmim ̄BF ,室温搅拌20 min,加热回流反应1.5 h,混合物冷却至室温,随 后冰浴下冷却1h,晶体过滤,乙醇洗涤3次,真空 干燥,得白色针状晶体,产物收率95 以上。 2结果与讨论 2.1 反应物配比对产物收率的影响 将2.4 g(0.02 mo1)的水杨醛与不同量的米氏 酸溶于15 mL乙醇中,加入EBmim ̄BF,室温搅拌 20 min,加热回流反应1.5 h,混合物冷却到室温,随 后冰浴冷却1 h,晶体过滤,乙醇洗涤3次,真空干 燥。反应物配比与羧酸的收率关系见表1。 表1 反应物配比对产物收率的影响 实验显示,随着反应物配比 (米氏酸): (水 杨醛)的增大,香豆素一3一羧酸的收率增大,当咒(米 氏酸): (水杨醛)一1.2:1.0时,羧酸的收率较高 且晶体的色泽较好,配料比继续增大,收率反而降 低,实验数据发现,选用 (米氏酸): (水杨醛)一 1.2:1.0(即水杨醛2.4 g,米氏酸3.46 g)。 2.2催化剂的种类对产物收率的影响 理论上,有机碱如胺类化合物都可以作为此反 应的催化剂,这里分别用吡啶、三乙胺、N,N_二甲 基甲酰胺,离子液体[B m]BF4作催化剂,考察它 们对反应的影响,实验条件为:水杨醛一2.4 g,米 氏酸一3.46 gE (米氏酸):/'/(水杨醛)一1.2: 1.O],反应时间为1.5 h,催化剂用量0.4 lnL,实验 结果见表2,不同的催化剂对产品的质量和收率都 有影响,EBmim ̄BF4的催化性能最好,收率较高, 晶型、色泽较好;吡啶次之。最后选用EBrnim?BF ̄ 为催化剂。 表2催化剂对产物收率的影响 2.3催化剂用量对产物收率的影响 将水杨醛一2.4 g,米氏酸一3.46 gE (米氏 酸): (水杨醛)一1.2:1.0]溶于15 mL乙醇 中,通过改变催化剂EBmim ̄BF 的用量,加热回 流反应1.5h。得出催化剂用量与产物收率的关 系,实验结果见表3。 表3催化剂用量对产物收率的影响 V(催化剂)/mL 0.2 0.3 0.4 0.5 收率/%80.2 91.1 95.1 94.2 93.8 由表3可知,随着催化剂用量的增大,香豆 素一3一羧酸的收率明显增大,当催化剂用量大于 0.4 mL时,羧酸的产量变化不明显,得出离子液 的最佳用量是0.4 mL。 2.4催化剂重复使用次数对产物收率的影响 水杨醛一2.4 g,米氏酸一3.46 gE n(米氏酸) : (水杨醛)=l-2:l-O],催化剂[Bmim]B 用 量0.4 mL,反应时问1.5 h,回收离子液体用于循 环使用,考察催化剂重复使用次数对产物收率的 影响,确定催化剂的稳定性。结果见表4。 表4催化剂重复使用次数对产物收率的影响 催化剂使用次数 1 2 3 4 收率/% 95.1 95.1 95.O 94.7 从表4可以看出,催化剂在重复使用4次后 酯化率的降低程度很小,说明催化剂EBmim ̄BF 的稳定性很好,至少重复使用4次而催化活性基 本不降低,是一种可重复使用的绿色环保催化剂。 2.5反应时间对产物收率的影响 为了找到最佳的反应时间,将水杨醛2.4 g,米 氏酸3.46 g溶于15 n 乙醇中,通过改变反应时 间,考察反应时间对产品收率的影响,结果见表5。 表5反应时间对产物收率的影响 ・ 36 ・ 化T科技 第19卷 缩合反应的时间比较重要,时间过短,反应不 完全,但如果反应时问过长,会增加反应的副产 物,同时也影响羧酸的最终收率,增加实验后处理 的难度,实验发现,反应时间为1.5 h为最佳反应 时问。 3产品的物性测试及结构表征 产品经提纯后,利用显微熔点测定仪、红外光 谱、核磁氢谱对目标产物进行了熔点测定和结构 表征。香豆素一3一羧酸的熔点为190~191℃(文 献E93值190 ̄193℃)。 产品的傅立叶红外光谱图见图1。 4000 3000 2000 1 000 6|cm 图1 香豆素一3一羧酸红外图谱 IR(KBr压片):[ (卜}{]3 415 cm~.[vc_IH( ] 3 056 cm一 ;[ c一()]1 744、1 685 cin一 ;[ c—c] 1 567、1 613、1 421 cm;[ 卜H]770 cm。 核磁氢谱图见图2。 4 l6 l4 12 lO 8 6 4 2 0 图2香豆素一3一羧酸核磁图 HNMR(DMS()_d ,400 MHz) :13.00(S, 1H,一C()()H),7.41~7.89(m,4H,ArH),8.76 (S,1H,一CH)。 4结论 以水杨醛为原料,与有活泼亚甲基的米氏酸 发生Knoevenagel反应,以离子液体作为催化剂, 采用“一锅法”得到了目标化合物香豆素一3一羧酸。 与传统方法先缩合成香豆素一3一羧酸乙酯再生成 香豆素一3一羧酸相比,一步合成产物,具有原料易 得、毒性小、无污染、易于操作,后处理方便,且催 化剂EBmim]BF 合成较容易,操作简单,比较经 济,具有多次重复使用的优点,不仅缩短了反应时 间,而且提高了产物收率。 [参考文献] [12 Griffiths J,millar V.The influence of chain length and elec tron acceptor residues in 3 substitued 7 N,N dithylamin ocoumarin dyes[J].Dyes Pigments,1995,28(5):327--339. 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Effects of j erusalem artichoke pretreatment process on the p0lysaccharide content LI Xiao—guang ,GUAN Li—hua ,CHANG Sheng (1.Jilin Medical College of Pharmacy,Jilin 132013,China;2.Calcium Carbide Factory of Ji lin Petrochemical Co.Ltd.,PetroChina,Jilin 132022,China) Abstract:Several methods of drying and storage of fresh j erusalem have been studied in this paper,an optimum method suitable for industrial drying,storage,extraction and purification of polysaccharides from j erusalem artichoke was identified which laid the foundation for the further industrialization. Key words:Jerusalem artichoke;Pretreatment;Extraction of polysaccharides;Determination of content ◆_◆¨◆一◆*◆一◆一.● 一◆一◆ ◆一◆一◆一◆_.-¨一◆_◆一◆ -・● 一◆一◆_◆ ◆一◆一◆_◆ ◆一◆一◆一◆ ◆一 卜一 卜一・● 一 m。‘ 一‘‘卜・ (上接第36页】 Studies on catalysis and synthesis of coumarin。・3-‘carboxylic acid in ionic liquid WANG Xiao,HAN Xiang-en (School oy’Chemical Engineering and Technology,China University of Mining and Technolo gY,Xuzhou 221008,China) Abstract:Coumarin一3一carboxylic acid was synthesized from saIicyla1dehyde and Meldrum S acid in eth— anol by Knoevenagel condensation reaction using[Bmim]BF4 as the catalyst.The effects of reaction condition were investigated.The optimum reaction conditions were obtained as follows:salicyIaldehyde 一2.4 g,Meldrum S acid一3.46 g,[-Bmim]BF4—0.4 mL,ethanol一15 mL and reaction time一1.5 h. The yield of coumarin一3一carboxylic acid reached higher than 9 5 . Key words:Coumarin-3一carboxylic acid;Synthesis;Ionic liquid;Knoevenagel condensation reaction