对甲氧基肉桂酸异辛酯的高效合成研究

林 栋,杨奇超,王玉芳,张明杰(.天津大学理学院化学系,天津30007;.南阳师范学院化学与制药工程学院,河南南阳47306)

对甲氧基肉桂酸异辛酯的高效合成研究

林 栋1,杨奇超2,王玉芳1,张明杰1
(1.天津大学理学院化学系,天津300072;2.南阳师范学院化学与制药工程学院,河南南阳473061)

采用钯炭催化对溴苯甲醚与丙烯酸异辛酯进行Heck反应合成了对甲氧基肉桂酸异辛酯,产率达99.0%,催化剂回收使用3次,活性无明显损失;反应副产物溴化钠可用于制备对溴苯甲醚。给出了一种高效、经济的对甲氧基肉桂酸异辛酯的合成方法。

对甲氧基肉桂酸异辛酯;Heck反应;钯炭催化剂

Heck反应作为有机合成中常用的碳碳偶联方法,被广泛用于烯烃的芳基化和烷基化[1]、药物的合成等[]。

钯作为Heck反应最普遍的催化剂,价格昂贵,并且对于低反应活性的芳基溴化物和芳基氯化物还需要添加配体,才能使反应不至于太慢[3]。因此,如何降低反应成本十分重要。钯炭作为一种可回收的非均相催化剂,性能稳定且相对便宜,已有文献[4～6]报道钯炭催化剂在Heck反应中的催化效果。

对甲氧基肉桂酸异辛酯是市场上最常用的紫外线吸收剂[7],能隔绝皮肤与阳光中紫外线的接触,避免损伤皮肤,预防皮肤癌。尽管关于对甲氧基肉桂酸异辛酯的合成已有很多报道[8～11],但普遍成本较高且产率不理想。作者采用钯炭(Pd/C)催化对溴苯甲醚与丙烯酸异辛酯进行Heck反应制备对甲氧基肉桂酸异辛酯,并将反应副产物溴化钠用于制备对溴苯甲醚,该反应过程不需要配体,催化剂和副产物溴化钠可回收,可用于工业生产。

合成反应式如下:

1 实验

1.1 试剂及仪器

Pd/C(含Pd 10%),Sigma-Aldrich化学试剂公司;其它试剂均为国产分析纯。

傅立叶变换红外光谱仪、AvanceⅢPlus 400型核磁共振仪(以CDCl3作为溶剂,TMS作为内标),德国Bruker;TRACE DTQ气质联用仪。

1.2 对甲氧基肉桂酸异辛酯的合成

将0.94 g(5 mmol)对溴苯甲醚、1.01 g (5.5 mmol)丙烯酸异辛酯、0.05 g(0.047 mmol)Pd/ C、0.27 g(2.5 mmol)碳酸钠和5 m L N-甲基吡咯烷酮(溶剂)依次加入到50 m L的圆底烧瓶中。在氮气保护下于180℃反应12 h,过滤,收集滤渣,滤液用15 m L饱和氯化钠溶液洗后通过柱层析(石油醚∶乙酸乙酯,体积比5∶1)纯化,得到1.32 g对甲氧基肉桂酸异辛酯,产率99.0%。IR(KBr),ν,cm-1:2960(m), 2870(m),1712(s),1605(s),1576(w),1513(s), 1463(w),1423(w),1254(s),1033(s),983(w),828 (s);1HNMR(400 MHz,CDCl3),δ:7.65(d,J=16 Hz, 1H,=CH),7.50(d,J=8.7 Hz,2H,Ar-H),6.92(d,J =8.7 Hz,2 H,Ar-H),6.34(d,J=16 Hz,1 H, =CH),4.18～4.08(m,2H,-OCH2),3.86(s,3H, -OCH3),1.66(q,J=5.9 Hz,1H,-CH),1.48～1.12(m,8 H,-CH2),0.94(q,7.1Hz,6 H);13CNMR(100 MHz,CDCl3),δ:167.55(C),161.32(C),144.14 (CH),129.69(CH),127.25(C),115.85(CH), 114.30(CH),66.83(CH2),55.36(CH3),38.90 (CH),30.49(CH2),28.98(CH2),23.87(CH2),22. 99(CH2),14.06(CH3),11.04(CH3)。

将滤渣水洗后真空干燥,回收得到Pd/C,收集洗液即为溴化钠溶液。

1.3 对溴苯甲醚的合成

向0.47 g(4.5 mmol)苯甲醚的冰醋酸溶液中搅拌加入0.09 g(0.07 mmol)钼酸铵和溴化钠溶液(回收得到),滴加1 m L30%双氧水。室温下搅拌反应30 min后加入饱和碳酸氢钠溶液,用乙醚(3×10 m L)萃取。合并萃取相用无水硫酸钠干燥,过滤旋干乙醚得到0.84 g对溴苯甲醚,产率99%。IR(KBr),ν, cm-1:2939(w),2837(w),1579(w),1489(s),1247 (s),1032(s),821(s);1HNMR(400 MHz,CDCl3), δ:7.41(d,J=6.0 Hz,2H,Ar-H),6.82(d,J= 6.0 Hz,2H,Ar-H),3.80(s,3H,OCH3);13CNMR (100 MHz,CDCl3),δ:158.75(C),132.24(CH), 115.76(CH),112.83(C),55.42(CH3)。

2 结果与讨论

2.1 Pd/C用量对对甲氧基肉桂酸异辛酯产率的影响(表

表1 Pd/C用量对对甲氧基肉桂酸异辛酯产率的影响Tab.1 Influence of Pd/C dosage on the yield of octyl 4-methoxy cinnamate

由表1可知,随着Pd/C用量的增加,对甲氧基肉桂酸异辛酯的产率增大;当Pd/C用量为1.0%时,产率达99.0%;进一步增加Pd/C用量,产率不再提高。

2.2 反应条件的优化(表2)

由表2可知,使用碳酸钾的产率低于使用碳酸钠的;在相同条件下,将反应温度降至150℃,即使反应时间延长至20 h,产率也只有65.8%;在180℃下反应5 h,产率即达89.8%,反应12 h产率可达99.0%。因此,确定Heck反应在180℃下反应12 h。

表2 反应条件的优化Tab.2 Optimization of reaction conditions

2.3 利用副产物溴化钠制备对溴苯甲醚

回收Heck反应中副产物溴化钠的反应是受Choudary方法[12]的启发(图1),溴盐在区域选择性溴代中的作用见表3。

图1 Choudary法合成对溴苯甲醚Fig.1 Synthesis of 4-bromoanisole by Choudary method

表3 溴盐在区域选择性溴代中的作用Tab.3 The effect of bromide salts on regioselective bromination

由表3可知,以溴化钠代替溴化钾,获得了较高的对溴苯甲醚产率;使用回收的溴化钠,也获得了同样高的产率。

2.4 Pd/C催化剂的重复使用性

测试回收Pd/C的催化活性,结果见表4。

表4 Pd/C催化剂的回收活性Tab.4 Recyclability of Pd/C catalyst

由表4可知,Pd/C催化剂回收3次以后并未失活,表明其重复使用性较好。

3 结论

采用对溴苯甲醚与丙烯酸异辛酯进行Heck反应合成了对甲氧基肉桂酸异辛酯,产率高达99.0%。反应过程使用无配体的Pd/C催化剂,Pd/C回收使用3次,活性几乎无损失;将反应副产物溴化钠用于制备对溴苯甲醚,具有较高的产率,可循环使用。实现了环境友好、经济、高效地合成对甲氧基肉桂酸异辛酯,可用于工业生产。

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Study on High Efficient Synthesis of Octyl 4-Methoxy Cinnamate

LIN Dong1,YANG Qi-chao2,WANG Yu-fang1,ZHANG Ming-jie1
(1.Chemistry Department of Science School,Tianjin University,Tianjin 300072,China; 2.School of Chemistry and Pharmacy Engineering,Nanyang Normal University,Nanyang 473061,China)

Octyl 4-methoxy cinnamate was synthesized with a yield of 99.0%through Heck reaction of 4-bromoanisole and isooctyl acrylate catalyzed by Pd/C.The catalyst could be reused for three times without obvious activity loss,and the reaction byproduct,NaBr,could be utilized to prepare 4-bromoanisole.An economical and efficient way for synthesis of octyl 4-methoxy cinnamate was given.

octyl 4-methoxy cinnamate;Heck reaction;Pd/C catalyst

TQ 225.241

A

1672-5425(2012)11-0047-03

10.3969/j.issn.1672-5425.2012.11.013

2012-08-06

林栋(1988-),男,河南温县人,硕士研究生,研究方向:金属催化下的有机合成,E-mail:conan198817@163.com;通讯作者:张明杰,教授,E-mail:mjzhangtju@163.com。