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Y微波輻射下合成香料水楊酸芐酯的研究
摘要:在微波輻射下,以水楊酸和氯化芐為原料,NaHCO,作堿劑,四丁基氯化氨(TBAc)為相轉(zhuǎn)移催化劑,碘化鉀為催化劑合成了水楊酸芐酯。研究了水楊酸、NaHCO,、氯化芐和TBAC的摩爾比,堿濃度、微波功率、輻射時間等對產(chǎn)物收率的影響。實驗結(jié)果表明:n(水楊酸):n(NaHCO3):n(氯化芐):n(TBAC):n(KI)=l:1.2:1.0:0.05:0.06,堿濃度為20%,微波功率為320 W,輻射時間為4 min,水楊酸芐酯的收率可達83.6%。
關(guān)鍵詞:微波輻射;水楊酸;氯化芐;合成;水楊酸芐酯
水楊酸芐酯學(xué)名鄰羥基苯甲酸苯甲酯,它是一種用途廣泛的人工合成香料,有似龍涎香、琥珀香、麝香氣息。香氣雖弱,但極為持久,廣泛用作香精的稀釋劑和定香劑,如用于茉莉、鈴蘭、紫丁香等日用香精的定香劑,微量用于杏、香蕉等食用香精中,硝基麝香的溶劑。同時它又是一種具有吸收紫外線活性的化妝品添加劑??墒谷梭w皮膚免受紫外線傷害。目前,文獻報道的合成方法主要有以下四種,*種方法是在酸(硫酸,磷酸等)催化下以水楊酸和苯甲醇經(jīng)酯化反應(yīng)而制得圓,此法雖然工藝成熟,所用的催化劑價廉易得,但存在著設(shè)備易腐蝕,產(chǎn)生的廢水污染環(huán)境等問題。第二種方法是通過水楊酸甲酯與苯甲醇進行酯交換反應(yīng)來合成水楊酸芐酯,該法的生產(chǎn)成本高,產(chǎn)品的市場競爭力不強。第三種方法是在乙二胺催化下由水楊酸鈉和氯化芐在無水條件下經(jīng)親核取代反應(yīng)制得,這種方法反應(yīng)周期長,耗能大,產(chǎn)生的廢水多,原料毒性強,刺激性大,很難形成生產(chǎn)能力。第四種方法是由水楊酸酸鈉與氯化芐在相轉(zhuǎn)移催化下經(jīng)親核取代反應(yīng)制得。該法的產(chǎn)率雖然較高(80%~83%),但仍存在著反應(yīng)周期長(4 h~5 h),操作步驟復(fù)雜等不足嗍。本文在第四種合成方法的基礎(chǔ)上,采用微波輻射技術(shù)目,以水楊酸、NaHCO痢廉 ,芐為原料,以rBAC為相轉(zhuǎn)移催化劑,碘化鉀為催化劑合成了水楊酸芐酯。研究結(jié)果表明,該法具有反應(yīng)陜速、操作簡便產(chǎn)物收率高等特 。
1 實驗部分
1.1 合成原理
1.2 藥品與儀器
水楊酸:AR,天津市化學(xué)試劑六廠三分廠;氯化芐:AR,北京化工廠;碳酸氫鈉:AR,天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心;TBAC:AR,天津市科密歐化學(xué)試劑
開發(fā)中心;碘化鉀:CR,天津天鋒化學(xué)品有限公司。WD800B格蘭仕微波爐:佛山市順德區(qū)格蘭仕微波爐電器有限公司:XL型氣相色譜分析儀:美國PE公司;WYA一2S數(shù)字阿貝折射儀:上海光學(xué)儀器廠;JJ500型精密電子天平:美國雙杰兄弟渫團)有限公司。
1.3 合成方法
在250 mL錐型瓶中加入3.32 g(0.024 mo1)水楊酸,在攪拌下滴加20%的NaHCO,溶液[2.42 g(O.029 mo1)NaHCO 和9.68 g水],待反應(yīng)液無氣泡后加入0.33 g f0.001 2 mo1)TBAC,然后在劇烈攪拌下滴JJ1]3.02 g(O.024 mo1)氯化芐和0.25 g(0.001 5 too1)碘化鉀,加完并混勻后在微波輻射功率為320 W 的條件下輻射反應(yīng)4 min。然后讓其冷至室溫并分出有機層,水層用20 mL苯萃取兩次。將有機相合并后,再用鹽水洗滌一次,zui后用無水Na sO4干燥。水
相經(jīng)HC1酸化回收水楊酸。干燥后的有機相經(jīng)常壓蒸餾回收苯后。再減壓精緩收集205%-208 3 465 Pa產(chǎn)品4.59 g,收率83.8%。產(chǎn)品經(jīng)wAY一2s數(shù)字阿貝折射儀測得折光率nD25=1.579 獻值=1.579~1.580)。經(jīng)XL型氣相色譜分析:含量I>98%。
2 結(jié)果與討論
2.1 水楊酸與NaHCO 的摩爾比對產(chǎn)物收率的影響采用1.3法,在3.32 g(0.024 mo1)水楊酸,4.7 g水,0.278 gf0.001 mo1)TBAC,2.54 g(0.02 mo1)氯化芐,0225 g(O.O01 5mo1)碘化鉀,微波輻射功率為320 W,輻射時間為3 min的條件下,通過改變NaHCO 的量考察了水楊酸與NaHCO 的摩爾比對產(chǎn)物收率的影響。實驗結(jié)果見表1。
從表1中看出,隨著NaHCO,用量的增加,產(chǎn)物收增高后降低。當n(水楊酸)/n(NaHC03)=1:1.2時,產(chǎn)物收率達zui高點(77.0% o若NaHCO 的量再增大時,產(chǎn)率反而下降,這可能是因為NaHCO的用量太大后,氯化芐的水解速度加快所造成的。因此,水楊酸與NaHCO 的摩爾比選用1:1.2較為適宜。
2.2 碳酸氫鈉濃度對產(chǎn)物收率的影響
在NaHCO 用量為2.42 g(0.029 too1),其他條件與2.1相同的情況下,通過改變加水量考察了NaHCO 的濃度對產(chǎn)物收率的影響,實驗結(jié)果見表2。從表2看出,NaHCO 的濃度為20%,l~P;bn水量為9.68 mL時,水楊酸芐酯的收率zui高。所以,NaHCO 的濃度應(yīng)選為20%f即NaHCO3為2.42 gf0.029 too1),才(為9.68 mE]。
2.3 水楊酸與氯化芐的摩爾比對產(chǎn)物收率的影響
在加水量為9.68 mL,其他條件與2.2相同的情況下,通過改變氯化芐的量考察了水楊酸與氯化芐的摩爾比對產(chǎn)物收率的影響。實驗結(jié)果見表3。
實驗結(jié)果表明,隨著氯化芐的量增大,產(chǎn)物收增高后降低。當n(水楊酸):n(氯化芐)=1:1時。產(chǎn)物收率達到zui高點;若繼續(xù)增大氯化芐的用量時產(chǎn)物收率則明顯降低。因此,水楊酸與氯化芐的摩爾比1:1為適宜。
2.4 水楊酸與TBAC的摩爾比對產(chǎn)率的影響
在氯化芐的用量為3.02 g(0.024 too1),其他條件與2.3相同的情況下,通過改變TBAC的量考察了水楊酸與TBAC的摩爾比對產(chǎn)物收率的影響。實驗結(jié)果見表4。
從表4可以看出,當水楊酸與TBAC的摩爾比為1:0.05時水楊酸芐酯的收率zui高;若再增加TBAC的用量將會使后處理過程中的產(chǎn)物損耗率增大,導(dǎo)致產(chǎn)物收率降低。所以水楊酸與TBAC的摩爾比為1:0.05時比較適宜,即TBAC的適宜用量為0.33 g(0.001 2 mo1)。
2.5 微波輻射功率對產(chǎn)率的影響
在微波輻射時間為3 min,其他均為*條件的情況下,通過改變微波輻射功率考察了輻射功率對產(chǎn)物收率的影響。實驗結(jié)果見表5。
由表5可知,隨著微波輻射功率的逐漸增大,產(chǎn)物收增高后降低。當微波輻射功率為320 W時產(chǎn)物收率zui高;但當功率大于320 W時,由于體系溫度太高,導(dǎo)致氯化芐的水解等副反應(yīng)加劇,氯化芐和溶劑的揮發(fā)量也隨之增大,致使產(chǎn)物收率下降。因此,微波輻射功率以320 W為宜。
2.6 微波輻射時間對產(chǎn)率的影響
在上述優(yōu)選條件不變的情況下,通過改變微波輻射時間考察了輻射時間對產(chǎn)物收率的影響。結(jié)果見表6。
表6的實驗結(jié)果表明,當微波輻射時間為4 min時產(chǎn)物收率zui高;若微波輻射時間超過4 min,產(chǎn)物收率反而下降,這可能因為氯化芐的揮發(fā)量增大、副反應(yīng)增多造成的。所以,微波輻射時間以4 min為宜。
2.7 重現(xiàn)性實驗
為了考察微波合成法的穩(wěn)定性,采用以上優(yōu)化條件進行了4次重復(fù)性試驗,結(jié)果見表7。
從表7可以看出,該合成方法的重珊眭好,平均產(chǎn)率達83.6%。
3 結(jié)論
微波輻射合成水楊酸芐酯的較佳條件為:n(水楊酸):n(NaHCO ):n(氯化芐)n(TBAC):n(KI)=1:1.2:1:0.05:0.06,堿濃度為20%,微波功率為
320 W,輻射時間為4 min,水楊酸芐酯的收率可達83.6%。該合成方法反應(yīng)迅速,操作簡單,產(chǎn)率高,具有潛在的工業(yè)應(yīng)用價值。
參考文獻:
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