對甲氧基肉桂酸異辛酯的高效合成研究

林 棟,楊奇超,王玉芳,張明杰(.天津大學理學院化學系,天津30007;.南陽師范學院化學與制藥工程學院,河南南陽47306)

對甲氧基肉桂酸異辛酯的高效合成研究

林 棟1,楊奇超2,王玉芳1,張明杰1
(1.天津大學理學院化學系,天津300072;2.南陽師范學院化學與制藥工程學院,河南南陽473061)

采用鈀炭催化對溴苯甲醚與丙烯酸異辛酯進行Heck反應合成了對甲氧基肉桂酸異辛酯,產率達99.0%,催化劑回收使用3次,活性無明顯損失;反應副產物溴化鈉可用于制備對溴苯甲醚。給出了一種高效、經濟的對甲氧基肉桂酸異辛酯的合成方法。

對甲氧基肉桂酸異辛酯;Heck反應;鈀炭催化劑

Heck反應作為有機合成中常用的碳碳偶聯方法,被廣泛用于烯烴的芳基化和烷基化[1]、藥物的合成等[]。

鈀作為Heck反應最普遍的催化劑,價格昂貴,并且對于低反應活性的芳基溴化物和芳基氯化物還需要添加配體,才能使反應不至于太慢[3]。因此,如何降低反應成本十分重要。鈀炭作為一種可回收的非均相催化劑,性能穩定且相對便宜,已有文獻[4～6]報道鈀炭催化劑在Heck反應中的催化效果。

對甲氧基肉桂酸異辛酯是市場上最常用的紫外線吸收劑[7],能隔絕皮膚與陽光中紫外線的接觸,避免損傷皮膚,預防皮膚癌。盡管關于對甲氧基肉桂酸異辛酯的合成已有很多報道[8～11],但普遍成本較高且產率不理想。作者采用鈀炭(Pd/C)催化對溴苯甲醚與丙烯酸異辛酯進行Heck反應制備對甲氧基肉桂酸異辛酯,并將反應副產物溴化鈉用于制備對溴苯甲醚,該反應過程不需要配體,催化劑和副產物溴化鈉可回收,可用于工業生產。

合成反應式如下:

1 實驗

1.1 試劑及儀器

Pd/C(含Pd 10%),Sigma-Aldrich化學試劑公司;其它試劑均為國產分析純。

傅立葉變換紅外光譜儀、AvanceⅢPlus 400型核磁共振儀(以CDCl3作為溶劑,TMS作為內標),德國Bruker;TRACE DTQ氣質聯用儀。

1.2 對甲氧基肉桂酸異辛酯的合成

將0.94 g(5 mmol)對溴苯甲醚、1.01 g (5.5 mmol)丙烯酸異辛酯、0.05 g(0.047 mmol)Pd/ C、0.27 g(2.5 mmol)碳酸鈉和5 m L N-甲基吡咯烷酮(溶劑)依次加入到50 m L的圓底燒瓶中。在氮氣保護下于180℃反應12 h,過濾,收集濾渣,濾液用15 m L飽和氯化鈉溶液洗后通過柱層析(石油醚∶乙酸乙酯,體積比5∶1)純化,得到1.32 g對甲氧基肉桂酸異辛酯,產率99.0%。IR(KBr),ν,cm-1:2960(m), 2870(m),1712(s),1605(s),1576(w),1513(s), 1463(w),1423(w),1254(s),1033(s),983(w),828 (s);1HNMR(400 MHz,CDCl3),δ:7.65(d,J=16 Hz, 1H,=CH),7.50(d,J=8.7 Hz,2H,Ar-H),6.92(d,J =8.7 Hz,2 H,Ar-H),6.34(d,J=16 Hz,1 H, =CH),4.18～4.08(m,2H,-OCH2),3.86(s,3H, -OCH3),1.66(q,J=5.9 Hz,1H,-CH),1.48～1.12(m,8 H,-CH2),0.94(q,7.1Hz,6 H);13CNMR(100 MHz,CDCl3),δ:167.55(C),161.32(C),144.14 (CH),129.69(CH),127.25(C),115.85(CH), 114.30(CH),66.83(CH2),55.36(CH3),38.90 (CH),30.49(CH2),28.98(CH2),23.87(CH2),22. 99(CH2),14.06(CH3),11.04(CH3)。

將濾渣水洗后真空干燥,回收得到Pd/C,收集洗液即為溴化鈉溶液。

1.3 對溴苯甲醚的合成

向0.47 g(4.5 mmol)苯甲醚的冰醋酸溶液中攪拌加入0.09 g(0.07 mmol)鉬酸銨和溴化鈉溶液(回收得到),滴加1 m L30%雙氧水。室溫下攪拌反應30 min后加入飽和碳酸氫鈉溶液,用乙醚(3×10 m L)萃取。合并萃取相用無水硫酸鈉干燥,過濾旋干乙醚得到0.84 g對溴苯甲醚,產率99%。IR(KBr),ν, cm-1:2939(w),2837(w),1579(w),1489(s),1247 (s),1032(s),821(s);1HNMR(400 MHz,CDCl3), δ:7.41(d,J=6.0 Hz,2H,Ar-H),6.82(d,J= 6.0 Hz,2H,Ar-H),3.80(s,3H,OCH3);13CNMR (100 MHz,CDCl3),δ:158.75(C),132.24(CH), 115.76(CH),112.83(C),55.42(CH3)。

2 結果與討論

2.1 Pd/C用量對對甲氧基肉桂酸異辛酯產率的影響(表

表1 Pd/C用量對對甲氧基肉桂酸異辛酯產率的影響Tab.1 Influence of Pd/C dosage on the yield of octyl 4-methoxy cinnamate

由表1可知,隨著Pd/C用量的增加,對甲氧基肉桂酸異辛酯的產率增大;當Pd/C用量為1.0%時,產率達99.0%;進一步增加Pd/C用量,產率不再提高。

2.2 反應條件的優化(表2)

由表2可知,使用碳酸鉀的產率低于使用碳酸鈉的;在相同條件下,將反應溫度降至150℃,即使反應時間延長至20 h,產率也只有65.8%;在180℃下反應5 h,產率即達89.8%,反應12 h產率可達99.0%。因此,確定Heck反應在180℃下反應12 h。

表2 反應條件的優化Tab.2 Optimization of reaction conditions

2.3 利用副產物溴化鈉制備對溴苯甲醚

回收Heck反應中副產物溴化鈉的反應是受Choudary方法[12]的啟發(圖1),溴鹽在區域選擇性溴代中的作用見表3。

圖1 Choudary法合成對溴苯甲醚Fig.1 Synthesis of 4-bromoanisole by Choudary method

表3 溴鹽在區域選擇性溴代中的作用Tab.3 The effect of bromide salts on regioselective bromination

由表3可知,以溴化鈉代替溴化鉀,獲得了較高的對溴苯甲醚產率;使用回收的溴化鈉,也獲得了同樣高的產率。

2.4 Pd/C催化劑的重復使用性

測試回收Pd/C的催化活性,結果見表4。

表4 Pd/C催化劑的回收活性Tab.4 Recyclability of Pd/C catalyst

由表4可知,Pd/C催化劑回收3次以后并未失活,表明其重復使用性較好。

3 結論

采用對溴苯甲醚與丙烯酸異辛酯進行Heck反應合成了對甲氧基肉桂酸異辛酯,產率高達99.0%。反應過程使用無配體的Pd/C催化劑,Pd/C回收使用3次,活性幾乎無損失;將反應副產物溴化鈉用于制備對溴苯甲醚,具有較高的產率,可循環使用。實現了環境友好、經濟、高效地合成對甲氧基肉桂酸異辛酯,可用于工業生產。

[1] LászlóK,Barbara C.In Stratgic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis[M].Elsevier:University of Pennsylvania, 2005:196-197.

[2] Johannes S,Wu Xiao-Feng.Palladium-catalyzed carbonylative Heck reaction of aryl bromides with vinyl ethers to 3-alkoxy alkenones and pyrazoles[J].Chem Eur J,2012,18(16):4827-4831.

[3] Chuluo Y,Hon M L,Steven P N.Highly efficient Heck reactions of aryl bromides with n-butyl acrylate mediated by a palladium/ phosphine-imidazolium salt system[J].Org Lett,2001,3(10): 1511-1514.

[4] Hisahiro H,Yumiko S,Takashi H.Heterogeneous Heck reaction catalyzed by Pd/C in ionic liquid[J].Tetrahedron Lett,2001,42 (26):4349-4351.

[5] Welton T.Room-temperature ionic liquids.Solvents for synthesis and catalysis[J].Chem Rev,1999,99(8):2071-2083.

[6] Wassersheid P,Kein W.Ionic liquids—New"solutions"for transition metal catalysis[J].Angew Chem Int Ed Engl,2000,39 (21):3773-3789.

[7] Eisenstadt A.In Catalysis of Organic Reaction[M].New York: Marcel Dekker,1998.

[8] Benjamin L,Arno D.A practical efficient,and atom economic alternative to the Wittig and Horner-Wadsworth-Emmons reactions for the synthesis of(E)-α,β-unsaturated esters from aldehydes [J].Tetrahedron,2006,62(3):476-482.

[9] Douglas C.Process for producing 2-ethylhexyl-p-methoxy-cinnamate[P].USP 4 970 332,1990-11-13.

[10] Heiko B,Nathalie L C,Jean P G.Synthesis and properties a novel electron acceptor derived from p-benzoquinone[J].Tetrahedron Letters,1999,40(26):4815-4818.

[11] Anatoly A,Ratan C.Process for preparation of cinnamate sunscreen agents[P].USP 5 527 947,1996-06-18.

[12] Choudary B M,Sudha Y,Reddy P N.Regioselective oxybromination of actived aromatic compounds catalysed by ammonium molybdate[J].Synlett,1994,(6):450.

Study on High Efficient Synthesis of Octyl 4-Methoxy Cinnamate

LIN Dong1,YANG Qi-chao2,WANG Yu-fang1,ZHANG Ming-jie1
(1.Chemistry Department of Science School,Tianjin University,Tianjin 300072,China; 2.School of Chemistry and Pharmacy Engineering,Nanyang Normal University,Nanyang 473061,China)

Octyl 4-methoxy cinnamate was synthesized with a yield of 99.0%through Heck reaction of 4-bromoanisole and isooctyl acrylate catalyzed by Pd/C.The catalyst could be reused for three times without obvious activity loss,and the reaction byproduct,NaBr,could be utilized to prepare 4-bromoanisole.An economical and efficient way for synthesis of octyl 4-methoxy cinnamate was given.

octyl 4-methoxy cinnamate;Heck reaction;Pd/C catalyst

TQ 225.241

A

1672-5425(2012)11-0047-03

10.3969/j.issn.1672-5425.2012.11.013

2012-08-06

林棟(1988-),男,河南溫縣人,碩士研究生,研究方向:金屬催化下的有機合成,E-mail:conan198817@163.com;通訊作者:張明杰,教授,E-mail:mjzhangtju@163.com。