无溶剂微波辐射法合成对氯肉桂酸

王 松， 张跃文， 李海玲

（太原师范学院化学系，山西 太原 030031）

对氯肉桂酸（4-chloro-cinnamic acid）是常见的有机合成中间体，用于合成对氯苯丙酸、生产除草剂麦敌散等。此外，肉桂酸衍生物还在抗菌、抗肿瘤等方面有较好的作用［1-3］。Knoevenagel法是肉桂酸类衍生物常见的合成方法［4-5］。杨辉琼等［6］以六氢吡啶为缩合剂，在吡啶介质中通过Knoevenagel法合成肉桂酸。王磊等［7］以甲苯、吡啶为溶剂，苯胺和哌啶作催化剂，通过Knoevenagel法合成对羟基肉桂酸。以上反应过程中使用了吡啶、苯胺等有毒试剂，对环境造成了一定的污染。微波辐射技术能够促进有机反应，具有反应时间短、产率高、产品易纯化等优点，近年来，在有机合成中得到了广泛的应用［8］。林世静等［9］应用微波辐射技术，高效、安全、无污染地合成了对甲氧基肉桂酸。基于以上背景，本文采用微波辐射技术，无溶剂条件下，用廉价、无毒、无污染的醋酸铵作为催化剂，快速、高效地合成了对氯肉桂酸，并考察了催化剂种类和用量、原料配比、反应时间以及微波反应功率对反应产率的影响，最终确定了最佳合成条件。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

微电脑微波化学反应器 WBFY-201；X-5显微熔点测定仪；Nicolet is5红外光谱仪。

对氯苯甲醛、丙二酸、醋酸铵、碳酸钾、醋酸钠、氢氧化钠、浓盐酸、无水乙醇，以上均为分析纯试剂。

1.2 反应原理（见图1）

图1 反应原理

1.3 实验方法

向100mL三颈圆底烧瓶中加入1.41g（0.01mol）对氯苯甲醛、1.27g（0.011mol）丙二酸、0.77g（0.01mol）醋酸铵，混合均匀。连接温度计和球形冷凝管，放入微波反应器中进行反应。反应完成后，向烧瓶中加热水5mL，用水蒸气蒸馏除去未反应的对氯苯甲醛。加10%氢氧化钠溶液5mL～6mL，加活性炭除去颜色，抽滤，转移滤液到烧杯中，用浓盐酸酸化至刚果红试纸变蓝或pH＝3～4。冷却析出晶体，抽滤，用少量水洗涤沉淀，抽干，粗产品晾干。用水-乙醇（体积比1∶3）重结晶［8］，干燥。计算产率，并进行熔点和红外光谱测定。

2 结果与讨论

2.1 催化剂的选择

物料比n（对氯苯甲醛）∶n（丙二酸）＝1.0∶1.1，微波输出功率为800W，反应时间为13min，改变催化剂种类及用量，实验结果见表1。

表1 催化剂用量对反应产率的影响

在无溶剂的情况下，采用不同的催化剂来催化反应。碱性较强的K2CO3催化下，基本上无产物，可能是在固态时K2CO3优先和羧基反应的缘故；而碱性次之的醋酸钠催化下，产率也较低；当使用CH3COONH4时，催化效果最佳。在其他条件确定时，当CH3COONH4用量增加时，对氯肉桂酸的产率也随之增加，但当催化剂用量增加到一定程度时产率基本不变。表1可知，催化剂用量应控制在0.01mol。

2.2 反应时间

物料比n（对氯苯甲醛）∶n（丙二酸）＝1.0∶1.1，醋酸铵用量为0.1mol，微波输出功率为800W，改变反应时间，实验结果见表2。

表2 反应时间对反应产率的影响

实验结果表明，反应时间增加，有利于反应的进行。从表2可以看出，随着反应时间的增加，对氯肉桂酸的产率也随之增大，且13min时达到最大。但是，再延长时间，产率基本不变。随着辐射时间的增加，反应趋向于完全，产率增加。当辐射时间过长时，可能发生氧化、分解等副反应，从而使产率下降。因此最佳反应时间为13min。

2.3 反应物物质的量比

微波输出功率为800W，醋酸铵用量为0.1mol，反应时间为10min，改变反应物对氯苯甲醛与丙二酸的摩尔比，实验结果见表3。

表3 反应物摩尔比对反应产率的影响

反应物的物料比会影响产率。实验结果表明，随着丙二酸用量的增加，反应产率也随之增加；但用量增大到一定值后，产率反而下降。当丙二酸适当过量时，会促进反应进行；但过量太多，可能导致副反应发生，从而使产率降低。从表3可以看出，在该实验条件下，较佳的原料摩尔比为1.0∶1.1。

2.4 微波功率比

物料比n（对氯苯甲醛）∶n（丙二酸）＝1.0∶1.1，醋酸铵用量为0.1mol，反应时间为13min，改变微波输出功率，实验结果见表4。

表4 反应功率对反应产率的影响

实验表明，功率越大，反应越快，产率越高。原因可能是，功率越大，反应温度越高，反应越快；功率减小，温度不够高，即使延长反应时间，产率也较低。实验结果表明，功率为800W是最佳反应条件。

3 产物分析

对产物进行红外光谱分析，红外谱图如图2。IR（KBr）cm-1：3 413.49，3 475.10，3 550.31（O—H）；3 235.37（Ar—H）；1 698.22（C=O）；1 625.65（C=C）；983.52，941.27（=C—H反式双取代）；1 591.76，1 569.46，1 490.12，1 428.07（苯环骨架振动）；1 085.37～656（C=C—H，Ar—H的面外弯曲振动）；874.32，845.49，820.79（对位二取代两相邻H的面外弯曲振动）。

图2 对氯肉桂酸的红外图谱

用X-5显微熔点测定仪测得产物的熔点为248.9℃～250.1℃，熔程较窄，产品纯度较高。

通过红外光谱和熔点测定，可以确定产物为反式对氯肉桂酸。

4 结论

微波辐射下，以对氯苯甲醛和丙二酸为原料，无溶剂条件下，使用醋酸铵催化合成对氯肉桂酸，工艺简单，副反应少，对环境无污染。通过熔点测定和红外光谱分析，产物纯度较高，为反式对氯肉桂酸。通过实验得到最佳合成条件为：物料比为n（对氯苯甲醛）∶n（丙二酸）∶n（醋酸铵）＝1.0∶1.1∶1.0，反应时间为13min，功率为800W，此条件下产率为85.67%。与常规加热反应相比，反应时间大大缩短，环境污染减少，是典型的绿色化学反应，且操作简便、副反应少、选择性高、产物易纯化，有较好的应用前景。

［1］ 王国宏，郭直岳，石松林，等.肉桂酸对人骨肉瘤 MG-63细胞增殖和分化的影响［J］.中国药理学通报，2012，28（9）：1262-1266.

［2］ 梁盛年，段志芳，付莉，等.几种肉桂酸衍生物与肉桂酸的抑菌作用比较研究［J］.食品科技，2005（9）：71-73.

［3］ 许卷卷，吴玉彬，何意林.肉桂酸的合成与应用［J］.甘肃石油和化工，2008（4）：15-16.

［4］ 蒋卫华，崔爱军.肉桂酸合成方法研究进展［J］.精细石油化工进展，2013，14（2）：34-37.

［5］ 周汉芬，李建芬.有机碱催化Knoevenagel法合成肉桂酸及其工艺优化［J］.化学工程师，2007（7）：1-3.

［6］ 杨辉琼，易翔，苏娇莲.肉桂酸合成研究［J］.化学世界，2005（1）：38-40.

［7］ 王磊，谢益民，刘洋.对羟基肉桂酸的合成及工艺条件优化［J］.化学试剂，2009，31（2）：131-134.

［8］ 李莉，许洪胤.微波在合成中的应用［J］.有色冶金设计与研究，2008，28（4）：20-22.

［9］ 林世静，佟拉嘎，丁虹，等.微波辐射合成对甲氧基肉桂酸的研究［J］.北京石油化工学院学报，2009，17（3）：14-16.