CAS: 24393-56-4
分子式: C12H14O3
分子量: 206.24
中文名称: 对甲氧基肉桂酸乙酯
4-甲氧基肉桂酸乙酯
英文名称: Ethyl 4-methoxycinnamate
性质描述: 白色晶体，熔点49～50 ℃，沸点187℃。
对甲氧基肉桂酸乙酯合成研究
[摘要]目的与方法，以对甲氧基苯甲醛为原料，醋酸铵为催化剂，经Knoevenagel反应，采用微波辐射技术合成了中间体对甲氧基肉桂酸，再以对甲苯磺酸为催化剂，经酯化反应得对甲氧基肉桂酸乙酯。 结果与结论 两步反应的产率分别为87.8%和91.0%，产品结构经IR和1HNMR（CDCl3）确证。
[关键词]对甲氧基肉桂酸 对甲氧基肉桂酸乙酯 Knoevenagel缩合 微波辐射 酯化
中图分类号：R181.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0400-01
280～320 nm区域的紫外线易使皮肤晒伤，产生红斑、水泡等 “日光皮炎”。对甲氧基肉桂酸酯类在280～320 nm区域有宽而强的吸收，对皮肤无刺激，安全性好，是一类理想的防晒剂，其中辛酯在美国、欧盟各国和中国用量都居首位或前列，乙酯在此区域也有良好的吸收，且吸收率高，是另一个常用防晒剂，同时它还具有广谱抗真菌作用，是莪术根茎中抗真菌的主要有效成分。对甲氧基肉桂酸乙酯的合成路线有多种，国内金继曙以对甲氧基苯甲醛为原料，按常规吡啶催化Knoevenagel反应制得中间体对甲氧基肉桂酸，产率70%；酸和乙醇的酯化用浓硫酸催化，回流6 h，酯产率78%。本文参照此路线，作了以下改进：①用价廉无毒无污染的醋酸铵代替常规的吡啶、苯胺等有机碱作催化剂催化Knoevenagel反应；采用微波辐射技术，在无溶剂条件下合成对甲氧基肉桂酸，产率87.8%。②酯化反应改用腐蚀性弱的对甲苯磺酸催化，反应时间由6 h减为2.5 h，而产率提高13%。本文方法操作方便、副反应少、产物易纯化、对环境污染小，符合绿色化学的要求。合成路线如下：
1 实验仪器和药品
MCLTr型通用微波化学实验仪（微波功率由外接调压器连续调节，上面有三个孔，可接冷凝管等），熔点测定管（温度计未校正），Bruker EQUINOX 55型傅里叶变换红外光谱仪，7501紫外可见分光光度计，Bruker AVANCE 400型核磁共振仪。
对甲氧基苯甲醛、丙二酸、醋酸铵、乙醇、对甲苯磺酸均为国产化学纯。
1.1 对甲氧基肉桂酸的制备
取5.6 g（0.04 mol）对甲氧基苯甲醛、4.6 g（0044 mol）丙二酸和3.2 g（0.04 mol）醋酸铵置100 mL锥形瓶中，摇匀后放进微波炉，装上回流冷凝管。火力键置“高火”，调节电流控制功率为400 W（由电表指示查功率校准曲线，确定微波输出功率），微波连续辐射7 min，反应混合物完全熔融并有CO2气体放出。稍冷，加入约80 mL冷水，产物即变为固体。将固体物搅碎，抽滤，用水充分浸润、洗涤两次，干燥即得对甲氧基肉桂酸（反式），产率87.8%。用乙醇重结晶得白色针状结晶，熔点为172～174 ℃（文献[2]：173～175 ℃），3 000（宽，缔合υO-H），1 685（υC=0），1 625（υC=C），1 598，1511（苯环υC-H），941（γ面外O-H），826（对二取代苯）。1HNMR（CDCl3，TMS为内标）：δ3.86（s，3H，-OCH3），δ6.33（d，1H，与羧基同碳烯氢），δ6.93（d，2H，�OCH3邻位H），δ7.51（d，2H，�OCH3间位H），δ7.75（d，1H，与苯环同碳烯氢）。
1.2 对甲氧基肉桂酸乙酯的制备
取7.2 g（0.04 mol）对甲氧基苯甲酸、24 mL（04 mol）乙醇和1 g对甲苯磺酸置100 mL锥形瓶中，装上回流冷凝管，开动磁力搅拌，水浴加热，回流反应2.5 h。稍冷，改蒸馏装置，在水浴上蒸出过量的乙醇（回收）。冷却，将反应物倒入冰水中，渐渐析出大块乳白色固体，将固体物研细抽滤，分别用水、Na2CO3溶液和水充分浸泡、洗涤，抽干，晾干，得75 g乳白色固体，产率91.0%。将固体物溶于适量乙醚进一步提纯，醚层经Na2CO3溶液充分洗涤后，用水洗至中性，Na2SO4干燥过夜，滤出Na2SO4，水浴上蒸除乙醚，残留物冷却慢慢析出白色晶体，熔点49～50 ℃（文献[2]值：49～50 ℃）；IR（KBr压片）（cm-1）：1 706（υC=0），1630（υC=C），1 602，1 512，1 443（苯环骨架），830（对二取代苯）。1HNMR（CDCl3，TMS为内标）：δ1.32（t，3H，�CH3），δ3.82（s，3H，-OCH3），δ4.24（m，2H，�CH2�），δ6.29（d，1H，羧基同碳烯氢），δ6.88（d，2H，�OCH3邻位H），δ7.46（d，2H，�OCH3间位H），δ7.62（d，1H，苯环同碳烯氢）。
上述Na2CO3溶液经HCl中和可析出少量对甲氧基肉桂酸，水洗、干燥后可回收并重复使用。
2 结果与讨论
2.1 对甲氧基肉桂酸的合成
对甲氧基肉桂酸的合成研究具体情况见文献。
2.2 对甲氧基肉桂酸乙酯的合成
2.2.1 催化剂用量对对甲氧基肉桂酸乙酯产率的影响 酯化反应选用对甲苯磺酸作催化剂，7.2 g（0.04 mol）对甲氧基肉桂酸、24 mL（0.4 mol）乙醇和不同用量的催化剂，回流反应2.5 h，结果见表1。
由表1可知，催化剂对甲苯磺酸用量多少对反应有明显影响。不加催化剂，反应难以进行；加入一定量的催化剂后，反应速度明显加快，对甲氧基肉桂酸乙酯产率增加。本实验以加入1.0 g（0.005 8 mol）对甲苯磺酸为宜。
2.2.2 反应时间对对甲氧基肉桂酸乙酯产率的影响 7.2 g（0.04 mol）对甲氧基肉桂酸、24 mL（0.4 mol）乙醇和1 g对甲苯磺酸，回流反应不同时间，结果见表2。
酯化反应较慢，需要一定时间才能达到平衡，由表2也可看出反应时间对酯产率的影响，反应时间加长，产率增加，太长则又略有降低。本实验以2.5 h为最佳反应时间。
2.2.3 乙醇用量对对甲氧基肉桂酸乙酯产率的影响 7.2 g（0.04 mol）对甲氧基肉桂酸、不同体积/摩尔数乙醇和1 g对甲苯磺酸，回流反应2.5 h，结果见表3。
酯化反应是个可逆反应，乙醇和水混溶，分水困难，笔者采取乙醇大大过量的方法，使反应向酯化方向进行（过量乙醇很容易通过水浴蒸馏回收）；乙醇还起溶剂的作用，若量太少，则溶解时间加长，反应变慢，产率降低，反应结束稍冷却就有未反应的对甲氧基苯甲酸固体析出。从表3可看出，随乙醇用量增加，对甲氧基肉桂酸乙酯产率大大提高，当乙醇用量为24 mL即n（乙醇）∶n（对甲氧基肉桂酸）= 10∶1时，对甲氧基肉桂酸乙酯产率最高。
2.3 产品构型及其紫外吸收
中间体对甲氧基肉桂酸为反式体，因反式体中苯基和羧基离得较远，比顺式体内能低，更稳定；酯化反应并未涉及双键，因此双键构型不改变，对甲氧基肉桂酸乙酯也是反式体。二者的核磁共振谱数据也证实产物为反式结构，双键氢的化学位移与经验规则算出的数据相符。
UV：λmax（EtOH）：310 nm，在UVB区域280～320 nm之间有宽而强的吸收，且吸收峰峰形极好，可在化妆品中作防晒剂。
3 结 论
无溶剂微波辐射醋酸铵催化Knoevenagel反应合成对甲氧基肉桂酸，按 n（丙二酸）∶n（醋酸铵）∶n（醛）=1.2∶1∶1，微波功率400 W辐射7 min，酸产率87.8%。本法与常规加热反应相比，大大缩短反应时间，且节省有机溶剂，对环境污染小。
酯化反应用对甲苯磺酸作催化剂，按n（乙醇）∶n（催化剂）∶n（酸）=10∶0.145∶1投料，磁力搅拌，回流反应2.5 h，对甲氧基肉桂酸乙酯的产率910%。
参考文献
[1] 张红，区国勇.防晒剂对甲氧基肉桂酸酯类的合成进展[J].香料香精化妆品，2001，（3）：18.
[2] 金继曙，都述虎.莪术抗真菌主要有效成分对甲氧基桂皮酸乙酯的合成[J].天然产物研究与开发，1994，6（1）：40.