離子液體催化合成維A酸維E酯

余 磊 ，徐 超 ，張 毅 ，金學(xué)平

(1.武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院環(huán)境與生化工程學(xué)院,湖北 武漢 430205；2.武漢市藥物増溶工程技術(shù)研究中心,湖北 武漢 430205)

維生素是生物生長(zhǎng)所必需的微量有機(jī)物，對(duì)生物體的新陳代謝起調(diào)節(jié)作用。維生素經(jīng)酯化后，在多種溶劑體系下其穩(wěn)定性顯著提高，同時(shí)具備原有和新增功能基團(tuán)的功能和活性，拓寬了其應(yīng)用范圍[1]。維A酸能有效的預(yù)防皺紋、治療痤瘡并修復(fù)皮膚，但是由于維A酸的刺激性，一般在化妝品中不能使用。維生素E是最常用的抗氧化劑，能夠有效捕獲自由基，在化妝品中廣泛應(yīng)用。維A酸維E酯是維生素A酸與維生素E生成的酯化產(chǎn)物。維A酸維E酯具有預(yù)防皮膚老化、修護(hù)皺紋等作用，同時(shí)沒(méi)有維A酸的刺激作用，還有維E的抗氧化作用。U Hoppe等人研究發(fā)現(xiàn)維A酸維E酯能預(yù)防痤瘡、祛斑、修復(fù)光照引發(fā)的皮膚受損，且沒(méi)有維A酸常見(jiàn)的副作用[2]。TAMURA HIROAKI報(bào)道了維A酸維E酯用于化妝品能改善皮膚粗糙、預(yù)防皮膚老化，不引起皮膚刺激性反應(yīng)[3]。雖然關(guān)于維A酸維E酯的使用有不少文獻(xiàn)報(bào)道，但是關(guān)于其合成的報(bào)道并不多，scifind檢索結(jié)果2015年之前只有一篇報(bào)道其合成路線，Toyoda等人以維A酸和維E為原料、三氟乙酸酐為催化劑、異丙醚為溶劑合成維A酸維E酯，再用氨水洗去過(guò)量的酸，得到純化的目標(biāo)產(chǎn)物[4]。本文以維A酸和維E為原料，離子液體為溶劑和催化劑，合成維A酸維E酯的工藝在國(guó)內(nèi)外均未見(jiàn)報(bào)道。

1 主要實(shí)驗(yàn)試劑和儀器

1.1 主要實(shí)驗(yàn)試劑

維A酸(含量98% 由武漢英納氏藥業(yè)有限公司提供)；維E(含量98% 由武漢英納氏藥業(yè)有限公司提供)；吡咯烷酮硫酸氫鹽離子液體(含量98% 由武漢市藥物増溶工程技術(shù)研究中心提供)；其他原料為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 主要儀器

集熱式磁力攪拌器(鞏義市裕華儀器有限公司)；循環(huán)水真空泵(鞏義市裕華儀器有限公司)；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮科技有限公司)；核磁共振儀(Bruker AV400)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

以維A酸和維E為原料，吡咯烷酮硫酸鹽為溶劑和催化劑，合成維A酸維E酯，高效液相色譜(HPLC)跟蹤反應(yīng)進(jìn)程，考察不同反應(yīng)條件下，目標(biāo)產(chǎn)物的收率，得到最佳工藝條件，最終產(chǎn)物用HNMR表征。

3 結(jié)果與討論

3.1 反應(yīng)溫度對(duì)結(jié)果的影響

取物料物質(zhì)的量比維A酸∶維E∶離子液體=1∶1∶10，反應(yīng)時(shí)間為24h，實(shí)驗(yàn)考察了不同反應(yīng)溫度下的目標(biāo)產(chǎn)物收率，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物收率的影響Tab.1 Effect of reaction temperature on the yield of the product

由表1可知，溫度在0℃左右，反應(yīng)收率為0，這可能是因?yàn)闇囟容^低，反應(yīng)物的分子比較大，很難發(fā)生分子間的有效碰撞，說(shuō)明該酯化反應(yīng)需要一定的活化能。反應(yīng)溫度在室溫左右，收率比較高。當(dāng)溫度在40℃以上，反應(yīng)收率明顯下降，從HPLC譜圖上明顯可以看到雜質(zhì)峰增多，說(shuō)明溫度高了，副反應(yīng)增多，這是由于維A酸和維E都具有一定的熱敏性，高溫不穩(wěn)定。所以選取室溫反應(yīng)較為合適。

3.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)結(jié)果的影響

取物料物質(zhì)的量比維A酸∶維E∶離子液體=1∶1∶10，反應(yīng)溫度為室溫，實(shí)驗(yàn)考察了不同反應(yīng)時(shí)間下的目標(biāo)產(chǎn)物收率，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物收率的影響Tab.2 Effect of reaction time on the yield of the product

由表2可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，目標(biāo)產(chǎn)物的收率逐漸提高，在30h左右，收率達(dá)到最高值，繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，收率不會(huì)增加，所以選30h的反應(yīng)時(shí)間比較合適。

3.3 物料比對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響

反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時(shí)間為24h，實(shí)驗(yàn)考察了不同物料比對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 物料比對(duì)產(chǎn)物收率的影響Tab.3 Effect of material ratio on the yield of the product

由表3可知，維A酸∶維E=1∶1左右，無(wú)論哪個(gè)反應(yīng)物過(guò)量，對(duì)整個(gè)反應(yīng)的影響都不大。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，要考慮到維A酸具有一定的刺激性，最好選擇維E過(guò)量。離子液體作為溶劑和催化劑，其用量對(duì)反應(yīng)影響并不大，但是如果用量過(guò)少，在實(shí)驗(yàn)中明顯發(fā)現(xiàn)反應(yīng)物溶解比較困難，不利于反應(yīng)的進(jìn)行，但是如果用量過(guò)大，又不利于離子液體的回收再利用，所以選擇物料物質(zhì)的量比維A酸∶維E∶離子液體=1∶1.1∶10。

3.4 壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響

取物料物質(zhì)的量比維A酸∶維E∶離子液體=1∶1∶10，反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時(shí)間為24h，實(shí)驗(yàn)考察了不同壓強(qiáng)下的反應(yīng)，結(jié)果見(jiàn)表4。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該反應(yīng)對(duì)壓強(qiáng)的變化比較敏感，隨著真空度的增加，目標(biāo)產(chǎn)物的收率明顯提高。這可能是因?yàn)轷セ磻?yīng)是一個(gè)生成水的可逆反應(yīng)，低壓狀態(tài)下，水更容易揮發(fā)，直接被真空泵抽走，導(dǎo)致平衡右移，產(chǎn)率提高。酯化反應(yīng)脫水的方式很多，比如用有機(jī)溶劑共沸帶水，或者使用化學(xué)脫水劑，但是有機(jī)溶劑的揮發(fā)，化學(xué)脫水劑的不可再生，都不符合綠色化學(xué)生產(chǎn)要求，離子液體做溶劑時(shí)，由于其飽和蒸汽壓幾乎為0，不會(huì)揮發(fā)，可以不加入其它化學(xué)試劑，直接抽真空，利用負(fù)壓把水帶走，與其他脫水方法比，明顯具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。

表4 壓強(qiáng)對(duì)產(chǎn)物收率的影響Tab.4 Effect of pressure on the yield of the product

3.5 產(chǎn)物的表征

產(chǎn)物以二氯甲烷為洗脫劑，柱層析提純以后，溶于氘代氯仿，做核磁共振氫譜。結(jié)果如圖1所示。由于產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不詳細(xì)論述每個(gè)峰對(duì)應(yīng)的H原子。在圖1中的結(jié)構(gòu)式中標(biāo)注每一個(gè)氫的化學(xué)位移。

圖1 產(chǎn)物的氫譜
Fig.1 The HNMR of the Product

4 結(jié)論與展望

本文以維A酸和維生素E為原料，以吡咯烷酮硫酸氫鹽離子液體為溶劑和催化劑，合成了維A酸維E酯。得到該反應(yīng)的最佳工藝條件是物質(zhì)的量比維A酸∶維E∶離子液體=1∶1.1∶10，反應(yīng)時(shí)間為24h，反應(yīng)溫度為室溫，在低壓下反應(yīng)，能得到較高的收率。

關(guān)于離子液體催化酯化反應(yīng)，有很多文獻(xiàn)報(bào)道，關(guān)于維生素的酯化反應(yīng)也有很多報(bào)道，維A、維C、維D跟不同的酸酯化后都有著廣泛的應(yīng)用。但是關(guān)于離子液體催化維生素的酯化所見(jiàn)報(bào)道不多，SCIFIND檢索結(jié)果，2017年以前，只有兩篇相關(guān)文獻(xiàn)。一篇是關(guān)于維E的純化[5]，一篇是關(guān)于離子液體中合成聚乙二醇維生素E琥珀酸酯[6]。維生素酯化反應(yīng)中離子的應(yīng)用，絕對(duì)是維生素酯化反應(yīng)的一個(gè)重要方向。目前維生素酯化主要用一些特殊的催化劑或者使用一些特殊的方法，比如二環(huán)己基碳酰亞胺(DCC)為脫水劑，4-二甲氨基吡啶(DMAP)為催化劑的酯化方法，不僅后處理麻煩，而且脫水劑和催化劑不能回收利用；或者用三氟乙酸酐為催化劑的酯化方法，催化劑成本高，不能重復(fù)利用；或者把酸做成酰氯提高反應(yīng)活性進(jìn)行酯化，這樣會(huì)帶來(lái)大量的廢酸污染；或者利用酯交換反應(yīng)，這樣要引入新的基團(tuán)，不符合原子經(jīng)濟(jì)學(xué)。而且傳統(tǒng)的維生素酯化工藝都要使用揮發(fā)性有機(jī)溶劑，不符合環(huán)境友好的綠色化學(xué)要求。

本文報(bào)道的維A酸維E酯的工藝，為工業(yè)化合成維A酸維E酯奠定理論基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)離子液體催化維生素的酯化提供一定的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。未來(lái)還有很多工作要做，比如將離子液體用在其他的維生素酯化反應(yīng)上面，而且針對(duì)每一個(gè)酯化反應(yīng)，要設(shè)計(jì)篩選最合適的離子液體，還要研究在維生素酯的工業(yè)化生產(chǎn)中循環(huán)使用離子液體的方法。就本實(shí)驗(yàn)而言，維A酸維E酯的收率并不高，也需要針對(duì)它設(shè)計(jì)篩選更理想的離子液體作為該反應(yīng)的溶劑和催化劑。

[1] 趙紅霞，崔鳳杰，李云虹,等，維生素酯化衍生物的合成研究進(jìn)展[J].中國(guó)食品添加劑，2013(6):176-183.

[2] Hoppe U， Schreiner V， St?b F.Skin care agents containing combinations of active agents consisting of vitamin a derivatives and UBI- or plastoquinones:US,6503523[P].2003-01-07.

[3] TAMURA HIROAKI.Oetic or an external preparation for skin formulated with δ-TOCOPHERYL RETINOATE:P,005-015388[P].2005-01-20.

[4] Toyoda,Hitoshi,et al.Preparation of high-purity tocopheryl retinoate:JP，05202020[P].1993-08-10.

[5] 邢華斌,劉獻(xiàn)獻(xiàn),楊啟煒.一種溶致液晶萃取分離制備高含量混合生育酚的方法:CN, 104803963 A[P].2015-07-29.

[6] Gong Kai,Wang Liguo,Chen Jinghua.Synthesis of polyethylene glycol vitamin E succinate in ionic liquid[J].Chinese Journal of Applied Chemistry,2015,32(6):652-657.

(本文文獻(xiàn)格式：余磊，徐超，張毅，等.離子液體催化合成維A酸維E酯[J].山東化工，2018，47(02)：45-47.)