香豆素-3-甲酸乙酯的合成及性能研究

杨文生

科研与开发

香豆素-3-甲酸乙酯的合成及性能研究

杨文生

（榆林学院化学与化工学院，陕西榆林719000）

本文研究了香豆素-3-甲酸乙酯的合成方法，对反应时间、反应温度、催化剂用量及反应物配比等进行了优化，并合成了香豆素-3-甲酸乙酯，对其结构进行了表征，最后研究了不同极性溶剂对荧光发射光谱及紫外吸收光谱的影响。

合成方法；表征；极性溶剂

香豆素（coumarin）是广泛存在于自然界中的一种内酯类有机杂环化合物，根据环上取代基及其位置的不同，香豆素可分为简单香豆素、吡喃香豆素、呋喃香豆素、与其他香豆素等[1]。香豆素类化合物具有抗HIV[2]、抗肿瘤[3]、抗氧化[4]、抗炎[5]、抗凝血[6]、降压等多方面生物活性，香豆素化合物广泛应用于荧光染料、激光染料、荧光增白剂[7]、发光材料、荧光探针及非线性光学材料[8]等领域。香豆素-3-甲酸乙酯是香豆素重要衍生物，本文合成了香豆素-3-甲酸乙酯，并研究了反应条件对产率的影响及其光谱性质。其合成路线如下：

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

水杨醛（阿拉丁化学试剂有限公司）；丙二酸二乙酯（国药集团化学试剂有限公司）；冰乙酸（天津市富宇精细化工有限公司）；无水乙醇（天津致远化学试剂有限公司）；二乙胺（天津科密欧化学试剂有限公司）；乙腈（天津市科密欧化学试剂厂）；石油醚（天津市富宇精细化工有限公司）；二氯甲烷（天津市科密欧化学试剂厂）；乙酸乙酯（天津市致远化学试剂有限公司）。以上试剂均为分析纯。

UV-2450紫外可见分光光度计（日本岛津公司）；Broker红外分光光度计（布鲁克光谱仪器公司）；970CRT荧光分光光度计（上海仪电分析仪器有限公司）；X-5显微熔点测定仪（北京泰克仪器有限公司）。

1.2 香豆素-3-甲酸乙酯的合成

在准备好的干燥的100mL圆底烧瓶中，逐一加入4.5mL水杨醛、8.7mL丙二酸二乙酯、1.5mL二乙胺、2D冰乙酸和25mL无水乙醇，安装回流冷凝装置，在冷凝管上口接一个无水CaCl2干燥管，调节温度至70℃左右，加热回流2.5h，待反应物冷却后转移至锥形瓶中，加入30mL水，于冰水浴中冷却，即有大量晶体析出，待结晶完全后，抽滤，每次用5mL的冰冷过50%的乙醇洗涤3～4次，干燥后得到白色晶体，产率83%，m.p.92.1～93.2℃（文献值：92～93℃）。IR（KBr），cm-1：3065（Ar-H）；1607，1564，1450（C=C）；1775（C=O）；1207，1130，1024（C-O）。元素分析，C12H10O4，实测值（计算值），%：C 66.16（66.06）；H 4.45（4.59）；O 29.43（29.36）。

2 结果与讨论

2.1 反应条件的优化

影响香豆素-3-甲酸乙酯合成的因素主要包括反应时间、反应温度、催化剂用量及反应物配比,下面分别讨论几种情况。

2.1.1 反应时间对产率的影响随着反应时间的增加，反应物分子可以充分反应，因而产率逐渐升高，但反应完全产率将不再增长，实验结果见图1。

图1 反应时间对产率的影响Fig.1Effect of reaction time on yield

由图1可见，表明2.5h之后产率维持恒定，故实验加热回流时间宜为2.5h。

2.1.2 反应温度对产率的影响温度较低时，产率由于反应温度的升高而增大，但反应温度如果超过70℃，接近乙醇的沸点，则溶剂乙醇挥发程度加大，损失溶剂的同时会产生副反应，降低产率，因而加热温度应控制在70℃左右。实验结果见图2。

图2 反应温度对产率的影响Fig.2Effect of reaction temperature on yield

2.1.3 催化剂用量对产率的影响实验采用二乙胺和冰乙酸替代六氢吡啶作为催化剂，冰乙酸主要提供质子，只需极少量即可，而二乙胺的加入量对产率影响较大，实验结果见图3。

图3 二乙胺用量对产率的影响Fig.3Effect of dosage of diethylamine on yield

随着二乙胺的增加，碳负离子数目增大，产率也同时升高，但二乙胺过量时，会与目标产物发生反应，从而降低产率。因而催化剂二乙胺的最佳用量应为1.5mL。

2.1.4 反应物配比对产率的影响反应物水杨醛分子存在活性基团，容易发生氧化作用，应使化学性质较稳定的丙二酸二乙酯过量，实验结果见图4。

图4 反应物配比对产率的影响Fig.4Effect of reactant ratio on yield

随着丙二酸二乙酯比例的增加，产率增大，当n（水杨醛）：n（丙二酸二乙酯）=1.0:1.2时，产量达到最高值，故水杨醛与丙二酸二乙酯的物质的量比为1.0:1.2。

2.2 光谱分析

2.2.1 溶剂极性对荧光光谱的影响配制4× 10-5mol·L-1的香豆素-3-甲酸乙酯溶液，分别用乙腈、乙醇、乙酸乙酯、二氯甲烷和石油醚定容，用荧光分光光度计测其荧光发射光谱，实验结果见图5。

图5 不同极性溶剂对香豆素-3-甲酸乙酯的荧光光谱的影响Fig.5Effect of different polar solvents on fluorescence emission spectra of coumarin-3-ethyl formate

随着溶剂极性的增大（石油醚→二氯甲烷→乙酸乙酯→乙醇→乙腈），香豆素-3-甲酸乙酯的荧光强度依次增高，并伴有轻微的红移，这是由于香豆素-3-甲酸乙酯分子的基态与激发态和极性溶剂分子间产生相互作用，从而使基态与激发态间的能量差变小所致。因此，溶剂极性对其荧光发射光谱影响较大。

2.2.2 溶剂极性对紫外光谱的影响配制4×10-5mol· L-1的香豆素-3-甲酸乙酯溶液，分别用乙腈、乙醇、乙酸乙酯、二氯甲烷和石油醚定容，用紫外可见分光光度计测其紫外吸收光谱，实验结果见图6。

图6 不同极性溶剂对香豆素-3-甲酸乙酯紫外光谱的影响Fig.6Effect of different polar solvents on UV absorption spectra of coumarin-3-ethyl formate

随着溶剂极性的增加（石油醚→二氯甲烷→乙酸乙酯→乙醇→乙腈），香豆素-3-甲酸乙酯的紫外吸收会发生红移现象，这是由于溶剂分子与溶质分子间形成氢键，极性溶剂中π→π*跃迁的所需能量减小，导致吸收波长红移。

3 结论

本文研究了香豆素的重要衍生物香豆素-3-甲酸乙酯的合成方法及其荧光光谱和紫外光谱性质。对影响香豆素-3-甲酸乙酯合成的因素进行了分析和优化，确定了反应时间、反应温度、催化剂用量及反应物配比最佳条件。最后测试了不同极性溶剂对荧光光谱和紫外光谱的影响，发现随着溶剂极性的增加，荧光强度依次增大并伴有轻微红移，而紫外吸收则发生明显红移。

［1］孔令义.香豆素化学［M］.北京：化学工业出版社，2008.1-2.

［2］Spino C，Dodier M,Sotheeswaran S.Bioorg Med.［J］.Chem.Lett., 1998，（8）：3475-3478.

［3］Reddy NS，Mallireddigari MR，Cosenza S，Gumireddy K，Bell SC，Reddy EP，Reddy MVR.［J］.Bioorg Med Chem Lett，2004，14：4093-4097.

［4］Kalkhambkar RG，Kulkami GM，Kamanavalli CM，Premkumar N，Asdaq SMB，Sun CM.［J］.Eur J Med Chem，2008，43：2178-2188.

［5］Kontogiorgis CA，Hadjipavlou-Litina DJ.［J］.Bioorg Med Chem Lett，2004，14：611-614.

［6］Borges F，Roleira F，Milhazes N，Santana L，Uriarte E.［J］.Curr Med Chem，2005，12：887-906.

［7］Danko M，Szabo E，Hrdlovic P.［J］.Dyes Pigments，2011，90：129-138.

［8］Helal A，Rashid MHO，Choi C，Kim HS.［J］.Tetrahedron，2011，67：2794-2802.

Study on synthesis and performance of coumarin-3-ethyl formate

YANG Wen-sheng
（School of Chemistry and Chemical Engineering，Yulin University，Yulin 719000，China）

In this paper，the synthetic method of coumarin-3-ethyl formate was studied，the reaction time，reaction temperature，catalyst dosage and ratio of reactants，etc were optimized，and the coumarin-3-ethyl formate was synthesized，its structure was characterized，finally the different polar solvents on fluorescence emission spectrum and ultraviolet absorption spectrum were studied.

synthetic method；characterization；polar solvent

O625.5

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170218

2016-12-26

杨文生（1974-），男，汉族，河北行唐人，博士，讲师，主要从事荧光染料和荧光探针研究。