肉桂酸合成方法研究进展

蒋卫华，崔爱军

(常州大学石油化工学院，常州 213264)

肉桂酸是一种微有桂皮味的香料［1］。在医药行业中肉桂酸可用于局部麻醉剂、抗炎、止痛、抗传染、抗癌、血管扩张剂、抗溃疡剂和低血糖等药物的制备［2－3］。农业上肉桂酸可用作长效杀菌剂、植物生长促进剂和除草剂、果蔬食品保鲜防腐剂等，最新研究还发现肉桂酸对铜绿微囊藻和斜生栅藻具有抑制作用，这为水华的生物治理找到一条安全有效的途径［4］。此外，肉桂酸还可用作测定铀和钒的试剂、分离钍的试剂、镀锌的缓蚀剂、聚氯乙烯的热稳定剂、聚氨基甲酸酯的交联剂、聚己内酰胺的阻燃剂、表面活性剂及负片型感光树脂的合成原料。肉桂酸及其衍生物的广泛应用使其具有广阔的市场前景［5－7］。

合成肉桂酸的方法有多种，如 Perkin法、Knoevenagel法、苯甲醛－丙酮法、苯甲醛－乙烯酮法、苯甲醛－醋酸法、苯乙烯－四氯化碳法、苯乙烯－一氧化碳法、苯乙烯－二氧化碳法、苯基氯甲烷－无水醋酸钠法、卤代苯－丙烯酸法、肉桂醛氧化法等。以上方法大部分因能耗大、污染重、成本高、产率低等因素而没有实际工业应用价值，或已经被淘汰。目前工业上生产肉桂酸的方法主要是Perkin法和苯乙烯－四氯化碳法。笔者以反应原料为分类依据，对肉桂酸的合成进展进行综述和评价。

1 以苯甲醛为原料

1.1 Perkin 法

Perkin法是工业和实验室中普遍采用的合成肉桂酸的一种方法，即以苯甲醛和醋酐为原料，在弱碱的作用下醛作为受体，乙酸酐的α－H被夺去后以负离子的形式作为给予体，进行亲核加成，最后生成肉桂酸。该法具有原料易得、操作简单、产物纯度高且不含氯离子等优点。反应式如下:

常用的催化剂为 K2CO3，Na2CO3，CH3COOK，CH3COONa，KF，K2O，γ － Al2O3等固体弱碱或其复合物，其中以无水 K2CO3和CH3COOK效果最佳。朱静［8］以醋酸钾为催化剂合成肉桂酸，醛酐物质的量比为1∶3，催化剂用量为6 g，反应时间为2 h，产率可达48.6%。滕业方［9］用氟化钠－碳酸钾(物质的量比为1∶2)复合催化合成肉桂酸，在n(苯甲醛)∶n(乙酸酐)=3∶8，反应温度为150～170℃，反应时间为50 min的条件下，产率达76.2%。但无论用单一的固体碱催化还是用复合碱催化，都存在乙酸酐的活性低、反应温度高、时间长、易聚合、产率低、催化剂难回收等缺点。

张海军等［10］以无水碳酸钾为催化剂，PEG－400为相转移催化剂，对羟基苯甲醚为阻聚剂合成肉桂酸。当 n(醛)∶n(酸酐)∶n(碳酸钾)∶n(PEG －400)∶n(阻聚剂)=1∶3∶1.1∶0.02∶0.02，180℃下回流1.5 h时，肉桂酸的产率达75.5%。此法虽然能适当提高反应的产率，克服其易聚合的缺点，但反应温度仍然很高，催化剂难以回收利用，且反应的成本增加，其工业应用价值有待研究。

张新兵等［11］以 KF/K2CO3为催化剂，通过微波辐射合成肉桂酸。当n(苯甲醛)∶n(乙酸酐)∶n(KF/K2CO3)=1∶3∶1.45，微波功率为 650 W ，反应时间为6 min时，产率达76%。微波或超声波反应具有反应时间短、产率高等优点，但目前离实际工业应用还有一定的距离。

陈新等［12］以固体超强酸SO42－/MoO3－TiO2为催化剂合成肉桂酸。醛酐物质的量比为1∶3，催化剂用量为4 g，140℃下加热回流1.5 h，产率为55.7%。此方法改变了碱催化的传统，适当降低了反应温度，但是催化剂制造较繁琐，产率也不高，尚不适合工业化生产。

用Perkin法合成肉桂酸，在选择或制备经济适用的绿色催化材料、降低反应温度、减少反应的成本、提高产品收率等方面仍需深入研究和探讨［13］。

1.2 Knoevenagel法

此类反应是以苯甲醛－丙二酸为原料，在催化剂作用下合成肉桂酸。反应式如下:

常用的催化剂为吡啶、苯胺等有机碱。杨辉琼等［14］以六氢吡啶为缩合剂，在吡啶介质中，通过苯甲醛与丙二酸发生缩合反应合成肉桂酸，其最佳的工艺条件是:n(苯甲醛)∶n(丙二酸)=1∶1.2，n(苯甲醛)∶n(吡啶)∶n(六氢吡啶)=1∶2.4∶0.025，在95℃下回流2 h。在此条件下产率达89.2%。侯敏等［15］研究了微波辐射下合成肉桂酸。以苯甲醛为反应底物，丙二酸为试剂，吡啶为溶剂，苯胺为催化剂，最佳反应条件为:丙二酸用量为2.5 g，n(丙二酸)∶n(苯甲醛)=1∶2，苯胺用量0.26 mol，微波功率 464 W，反应时间 19 min。在此条件下产率为67.2%。该方法具有工艺简单、操作方便、反应温度低、产物纯度和收率较高等优点，但所使用的催化剂六氢吡啶具有难闻气味，不易回收且有一定毒性，此外所使用的原料丙二酸价格也较高，给工业化应用带来一定的限制。

罗志臣［16］以苯甲醛和丙二酸为原料，KF/K2CO3/γ－AI2O3为催化剂，经Knoevenagel反应，在无溶剂条件下催化合成了肉桂酸。其较佳工艺条件为:n(苯甲醛)∶n(丙二酸)=1∶1.15，催化剂用量2.5 g(含 KF 4.68 mmol)，反应时间60 min。在此条件下收率达到92%以上。用γ－Al2O3负载复合固体无机碱催化，克服了六氢吡啶作催化剂具有难闻气味的弊端，且用γ－Al2O3负载催化剂可以回收利用，此法具有一定的工业应用价值，不过KF的腐蚀性较强，且催化剂制造也稍繁琐。

1.3 苯甲醛－丙酮法

以苯甲醛和丙酮为原料［17］，经强碱条件下缩合、次氯酸钠氧化及硫酸酸化后得到肉桂酸。反应式如下:

这条合成路线曾用于生产，有原料易得、反应条件简单等优点，但因工艺流程长、操作复杂、能耗大、转化率和产率低等问题而被淘汰。

1.4 苯甲醛－乙烯酮法

在锌盐和C6－8脂肪族羧酸催化下，以甲苯为溶剂，在苯甲醛中通入乙烯酮气体制得肉桂酸［18］。其反应机理可能是加成重排，反应式如下:

该方法工艺简单，不需要特殊的催化剂，有较好的工业化前景。但乙烯酮价格较高，是剧毒气体，且其化学性质活泼，反应不易控制，副产物多，难分离，因此目前不宜用于工业化生产。

1.5 苯甲醛－醋酸法

在350℃将苯甲醛和60%的醋酸的气体，通过装有铝硅酸盐、SiO2－Al2O3或硅胶等碱性催化剂的反应器，合成肉桂酸［19］。反应式如下:

该反应原料来源广泛，但反应的能耗较高，对反应设备要求也高，且反应的选择性和转化率较低。

2 以苯乙烯为原料

2.1 苯乙烯 －四氯化碳法［20－22］

该法分两步进行:第一步是在一价铜配合物催化下苯乙烯和四氯化碳发生自由基加成;第二步是上述中间物在酸性介质中发生水解、消去反应生成肉桂酸。反应式如下:

高扬等［23］将氯化亚铜负载在纳米炭上作为催化剂，以二乙胺为助催化剂，苯乙烯和四氯化碳发生加成反应生成1，3，3，3－四氯丙烯苯中间体，其收率为96%，中间体在酸性体系中于115～125℃下水解12 h，结晶，过滤得到产物肉桂酸，产率84.9%。该法反应条件温和，产率高，而且使用的催化剂也常见，该路线具有一定的开发和推广价值。但是该工艺中要使用大量的水洗、酸洗，不仅增加了工艺程序和难度，而且产生大量有色废水，需增加环保投资;此外，蒸馏中间体的环节能耗大等问题有待进一步解决。近年来由于苯甲醛和醋酐价格大幅上涨，使得Perkin法生产肉桂酸成本上升，而苯乙烯和四氯化碳都是大吨位廉价化工产品，且根据保护大气臭氧层的国际蒙特利尔条约，将逐步限制对四氯化碳的使用，将四氯化碳转化成其他产品已成为迫切需要解决的问题。

2.2 苯乙烯－一氧化碳法［24］

此法是由日本首先开发成功的一条以苯乙烯－一氧化碳为原料的新合成路线，其反应式如下所示。该法原料价廉，产率较高，但反应条件苛刻，工艺操作复杂，且所用的钯催化剂昂贵。

2.3 苯乙烯－二氧化碳法

苯乙烯和二氧化碳在Ni(COO)2和1，8－二氮双环［5，4，0］十一碳 －7－烯的存在下反应生成肉桂酸。该反应所需要的催化剂特殊，不适合大规模的生产。

3 以苯基氯甲烷－无水醋酸钠为原料

苯基二氯甲烷和无水醋酸钠在吡啶为溶剂的条件下［25］，170～180℃下反应生成肉桂酸。二氯苄可作为苯甲醛的前体，该法可认为是Perkin反应的改进。反应式如下:

该法线路较短，原料价廉易得，反应条件温和，但存在转化率低、副产物多、产物易含氯离子等缺点。此法也曾被以苯基二氯甲烷为副产物的生产苄氯的厂家采用，但已趋淘汰。

4 以卤代苯和丙烯酸为原料

在(聚4－乙烯基吡啶)钯(0)催化下，芳基碘苯与丙烯酸反应生成取代肉桂酸。反应式如下:

李三华等［26］用壳聚糖席夫碱钯作为催化剂，以碘代苯(PhI)与丙烯酸(AA)偶联生成肉桂酸为模型反应，确定该催化反应的最佳反应条件为:PhI用量 10 mmol，n(PhI)∶n(AA)=1∶1.5，三乙胺用量27 mmol，催化剂用量0.1 g(Pd质量分数为2%)，以二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，N2保护下70℃反应7 h，产率达90.7%。该催化剂经过滤分离、溶剂洗涤，重复使用6次仍有较高的催化活性。

目前以卤代芳烃制备肉桂酸虽不具有工业化生产意义，但对于制备某些昂贵的肉桂酸衍生物却具有极高的理论和实际意义。

5 以肉桂醛为原料

此类反应一般以Ag/C为催化剂［27］，采用氧气催化氧化肉桂醛合成肉桂酸，其反应式如下:

汪敦佳等［28］以醋酸钴、醋酸镍、醋酸铜等过渡金属盐和自制的Ag/C为催化剂，分别用空气和氧气氧化肉桂醛的方法来合成肉桂酸，反应温度40～45℃，反应时间1.5 h，肉桂酸收率可达93.5%。

罗晓燕等［29］以吸附在碳上的银作触媒，采用空气氧化法将肉桂醛转化为肉桂酸，最佳反应温度为40～50℃，空气压力为0.3 MPa，Ag－C触媒量为水量的3%，收率为95.8%。

此类反应产率较高且催化剂可以回收利用，反应条件温和，反应时间短，但是反应的原料价格较高，不适合工业化生产。

6 结论与展望

随着新型保健甜味剂阿斯巴甜在国内的兴起，以及肉桂酸及其衍生物在医药、农药、食品、材料、香精香料化妆品等行业中应用的拓展，肉桂酸的市场前景将会更加广阔。目前工业上制备肉桂酸以Perkin法、苯乙烯－四氯化碳法为主，但是Perkin法产率低，能耗高，苯乙烯－四氯化碳法的成本和环境等问题有待进一步解决。更加经济高效、绿色环保的合成方法将是未来肉桂酸合成发展的必然趋势，其中生物酶法合成将是一个理想的发展方向。

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