酸催化法直接酯化合成反式阿魏酸甲酯

李修刚，张玲钰

(铜仁学院材料与化学工程学院，贵州 铜仁 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，能很好的应用于护肤品、化妆品、保健品、医疗、食品添加剂等多个领域[2-7]。天然合成的阿魏酸甲酯市场较少，且成本相对较高，所以在护肤品、化妆品、保健品、医疗、食品添加剂等领域的应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艺路线主要有以下两种：

一锅绿色合成法：香兰素、丙二酸二乙酯为主要原料，以甘氨酸为催化剂，无水甲醇为溶剂，经水解、Knoevenagel缩合一锅合成反应[9]。

阳离子交换树脂合成法：甲醇、阿魏酸为主要原料，强酸性阳离子交换树脂为催化剂进行合成[10]。

本文以浓硫酸为催化剂，反式阿魏酸为原料，通过酸催化法直接酯化合成阿魏酸甲酯，并考察醇酸物质的量比、反应时间、催化剂用量等因素对阿魏酸甲酯合成反应的影响。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

反式阿魏酸，食品级，曲阜弘利化工有限公司；甲醇，分析纯，上海德榜化工有限公司；浓硫酸，分析纯，成都金山化学试剂有限公司；乙酸乙酯，分析纯，南昌市天邦化工有限公司；无水硫酸钠，分析纯，上海启仁化工有限公司；氯化钠，分析纯，淄博盐化有限公司。

RE-53AA旋转蒸发器，上海兴创科学仪器设备有限公司；101S集热式磁力加热搅拌仪，金坛市天竟实验仪器有限公司；SHB-ⅢA循环水式多用真空泵，郑州紫拓仪器有限公司；PQ001-01核磁共振分析仪，河北春机机械设备有限公司。

1.2 阿魏酸甲酯的合成工艺

阿魏酸甲酯的合成反应方程式为：

在圆底烧瓶中加入一定物质的量比的甲醇溶液及反式阿魏酸原料(6∶1、8∶1、10∶1、12∶1)，将甲醇溶液与反式阿魏酸混合物于冰水浴中冷却至0 ℃，再滴加一定比例的浓硫酸(分别为反式阿魏酸质量的2%、4%、6%、8%)，在集热式磁力加热搅拌器中油浴加热至回流(68 ℃)，开始计时并回流相应时间(6 h、8 h、10 h、12 h)，采用TLC检测反式阿魏酸是否完全。

反应完成后，用旋转蒸发器旋出甲醇，残余物溶于乙酸乙酯中，并用质量分数5%Na2CO3水溶液洗涤3次，无水硫酸钠干燥，旋出溶剂得到粗品。用质量分数50%乙醇-水重结晶，干燥得产品。

1.3 正交实验设计

阿魏酸甲酯正交实验水平表如表3所示。

表3 阿魏酸甲酯正交实验水平表Table 3 Orthogonal experimental level of methyl ferulate

2 结果与分析

2.1 正交实验结果

表4为阿魏酸甲酯正交实验结果。由表4可知，反应时间中最大极差(85.013)与最小极差(82.733)之间的极差值R为2.280；甲醇与反式阿魏酸物质的量比中最大极差(87.395)与最小极差(79.650)之间的极差值R为7.745；催化剂用量最大极差(88.632)与最小极差(77.177)之间的极差值R为11.455。根据极差值的大小，可判断各因素对实验结果影响的大小为：11.455>7.745>2.280，极差值越大，所对应因素对反应的影响越大，因此，催化剂用量是最大的影响因素，C因素>B因素>A因素(即催化剂用量>甲醇与反式阿魏酸物质的量比>反应时间)。

阿魏酸甲酯方差分析结果见表5。

表4 阿魏酸甲酯正交实验结果数据表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，在反应时间、甲醇与反式阿魏酸物质的量比、催化剂用量3个影响因素中催化剂用量是主要影响因素，其次为甲醇与反式阿魏酸物质的量比，最后是反应时间。由此得出最佳的实验方案：甲醇与反式阿魏酸物质量的量比为8∶1，浓硫酸用量为反式阿魏酸质量的6%，反应时间12 h，即实验14方案最佳，阿魏酸甲酯转化率大于90%。

相对一锅绿色合成法及阳离子交换树脂催化合成法，经酸催化反应直接酯化合成阿魏酸甲酯操作简单，产品收率高，可一步合成，工艺路线短，是一种理想的合成方法。

2.2 化合物的鉴定

将实验得到的产物，通过核磁共振进行结构验证(图1)，确定产品为目标产物阿魏酸甲酯。对核磁共振氢谱图分析如下：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)。

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

3 结 论

(1) 以甲醇和反式阿魏酸为原料，反应一定时间，浓硫酸做催化剂，经酸催化反应直接酯化合成阿魏酸甲酯。此方案提高了阿魏酸甲酯收率，具有较强的实用性，而且可一步合成。

(2) 相对一锅绿色合成法及阳离子交换树脂催化合成法，经酸催化反应直接酯化合成阿魏酸甲酯操作简单，产品收率高，工艺路线短，是一种理想的合成方法。

(3) 较适宜的反应条件为甲醇与反式阿魏酸物质的量比为8∶1、反应时间12 h、浓硫酸用量为反式阿魏酸质量的6%，在此反应条件下，阿魏酸甲酯转化率大于90%。