酸催化法直接酯化合成反式阿魏酸甲酯

李修剛，張玲鈺

(銅仁學院材料與化學工程學院，貴州 銅仁 554300)

阿魏酸甲酯是阿魏酸衍生物之一[1]，具有降低氧化活性的作用。由于其低毒性，能很好的應用于護膚品、化妝品、保健品、醫(yī)療、食品添加劑等多個領域[2-7]。天然合成的阿魏酸甲酯市場較少，且成本相對較高，所以在護膚品、化妝品、保健品、醫(yī)療、食品添加劑等領域的應用中以人工合成的阿魏酸甲酯居多[8]。

目前，人工合成阿魏酸甲酯的工藝路線主要有以下兩種：

一鍋綠色合成法：香蘭素、丙二酸二乙酯為主要原料，以甘氨酸為催化劑，無水甲醇為溶劑，經(jīng)水解、Knoevenagel縮合一鍋合成反應[9]。

陽離子交換樹脂合成法：甲醇、阿魏酸為主要原料，強酸性陽離子交換樹脂為催化劑進行合成[10]。

本文以濃硫酸為催化劑，反式阿魏酸為原料，通過酸催化法直接酯化合成阿魏酸甲酯，并考察醇酸物質的量比、反應時間、催化劑用量等因素對阿魏酸甲酯合成反應的影響。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

反式阿魏酸，食品級，曲阜弘利化工有限公司；甲醇，分析純，上海德榜化工有限公司；濃硫酸，分析純，成都金山化學試劑有限公司；乙酸乙酯，分析純，南昌市天邦化工有限公司；無水硫酸鈉，分析純，上海啟仁化工有限公司；氯化鈉，分析純，淄博鹽化有限公司。

RE-53AA旋轉蒸發(fā)器，上海興創(chuàng)科學儀器設備有限公司；101S集熱式磁力加熱攪拌儀，金壇市天竟實驗儀器有限公司；SHB-ⅢA循環(huán)水式多用真空泵，鄭州紫拓儀器有限公司；PQ001-01核磁共振分析儀，河北春機機械設備有限公司。

1.2 阿魏酸甲酯的合成工藝

阿魏酸甲酯的合成反應方程式為：

在圓底燒瓶中加入一定物質的量比的甲醇溶液及反式阿魏酸原料(6∶1、8∶1、10∶1、12∶1)，將甲醇溶液與反式阿魏酸混合物于冰水浴中冷卻至0 ℃，再滴加一定比例的濃硫酸(分別為反式阿魏酸質量的2%、4%、6%、8%)，在集熱式磁力加熱攪拌器中油浴加熱至回流(68 ℃)，開始計時并回流相應時間(6 h、8 h、10 h、12 h)，采用TLC檢測反式阿魏酸是否完全。

反應完成后，用旋轉蒸發(fā)器旋出甲醇，殘余物溶于乙酸乙酯中，并用質量分數(shù)5%Na2CO3水溶液洗滌3次，無水硫酸鈉干燥，旋出溶劑得到粗品。用質量分數(shù)50%乙醇-水重結晶，干燥得產(chǎn)品。

1.3 正交實驗設計

阿魏酸甲酯正交實驗水平表如表3所示。

表3 阿魏酸甲酯正交實驗水平表Table 3 Orthogonal experimental level of methyl ferulate

2 結果與分析

2.1 正交實驗結果

表4為阿魏酸甲酯正交實驗結果。由表4可知，反應時間中最大極差(85.013)與最小極差(82.733)之間的極差值R為2.280；甲醇與反式阿魏酸物質的量比中最大極差(87.395)與最小極差(79.650)之間的極差值R為7.745；催化劑用量最大極差(88.632)與最小極差(77.177)之間的極差值R為11.455。根據(jù)極差值的大小，可判斷各因素對實驗結果影響的大小為：11.455>7.745>2.280，極差值越大，所對應因素對反應的影響越大，因此，催化劑用量是最大的影響因素，C因素>B因素>A因素(即催化劑用量>甲醇與反式阿魏酸物質的量比>反應時間)。

阿魏酸甲酯方差分析結果見表5。

表4 阿魏酸甲酯正交實驗結果數(shù)據(jù)表Table 4 Data table of the orthogonal experimental results of methylferulate

表5 阿魏酸甲酯方差分析表Table 5 Variance analysis of methyl ferulate

由表4和表5可知，在反應時間、甲醇與反式阿魏酸物質的量比、催化劑用量3個影響因素中催化劑用量是主要影響因素，其次為甲醇與反式阿魏酸物質的量比，最后是反應時間。由此得出最佳的實驗方案：甲醇與反式阿魏酸物質量的量比為8∶1，濃硫酸用量為反式阿魏酸質量的6%，反應時間12 h，即實驗14方案最佳，阿魏酸甲酯轉化率大于90%。

相對一鍋綠色合成法及陽離子交換樹脂催化合成法，經(jīng)酸催化反應直接酯化合成阿魏酸甲酯操作簡單，產(chǎn)品收率高，可一步合成，工藝路線短，是一種理想的合成方法。

2.2 化合物的鑒定

將實驗得到的產(chǎn)物，通過核磁共振進行結構驗證(圖1)，確定產(chǎn)品為目標產(chǎn)物阿魏酸甲酯。對核磁共振氫譜圖分析如下：1H NMR(DMSO-d6，400 MHz).δ：3.70(s，3H，Ph-OCH3)，3.81(s，3H，-COOCH3)，6.45-6.49(d，1H，-CH-COO-)，6.78-6.80(d，1H，Ph-CH=)，7.11-7.58(m，3H，Ph-H)，9.60(s，1H，Ph-OH)。

圖1 阿魏酸甲酯核磁分析圖Figure 1 Nuclear magnetic analysis diagram of ferulic acid methyl ester

3 結 論

(1) 以甲醇和反式阿魏酸為原料，反應一定時間，濃硫酸做催化劑，經(jīng)酸催化反應直接酯化合成阿魏酸甲酯。此方案提高了阿魏酸甲酯收率，具有較強的實用性，而且可一步合成。

(2) 相對一鍋綠色合成法及陽離子交換樹脂催化合成法，經(jīng)酸催化反應直接酯化合成阿魏酸甲酯操作簡單，產(chǎn)品收率高，工藝路線短，是一種理想的合成方法。

(3) 較適宜的反應條件為甲醇與反式阿魏酸物質的量比為8∶1、反應時間12 h、濃硫酸用量為反式阿魏酸質量的6%，在此反應條件下，阿魏酸甲酯轉化率大于90%。