反式-2，4-二氟肉桂酸的制备

发布日期:2022/6/1 10:11:17

背景及概述

反式-2，4-二氟肉桂酸是有机合成工业的重要中间体，广泛应用于香精香料、食品添加剂、医药工业、美容、农药、有机合成等领域。目前反式-2，4-二氟肉桂酸的合成主要采用Knoevenagel缩合法，所用催化剂有哌啶、三乙胺、乙酸钠、三乙烯二胺、乙二胺以及苯胺等碱类。这些催化剂均为均相催化剂，普遍存在着腐蚀设备、分离困难以及环境污染的问题。因此开发一种无腐蚀、无环境污染且可重复使用的固体碱催化剂具有重要的意义。

多孔有机材料（POFs）是一种由共价键连接形成的新型多孔材料，它具有比表面积高、稳定性好、骨架可修饰和孔道可调节等优点，在气体吸附与分离、污染物吸附、异相催化、质子传导及能量储存与转化等方面展现了良好的性能。通过将适宜的基团官引入POFs材料的表面和孔内，可以获得不同功能的多孔材料。PZ-POF是以三聚氯氧和哌嗪为原料经溶剂热聚合得到的一种多孔有机材料，其结构中含有重复的三嗪环和哌嗪环，因而具有较多的碱性位点。PZ-POF首次被报道用于药物的释放，后来被广泛用于制备氮掺杂的多孔碳，以及作为载体制备负载型金属纳米催化剂，而直接以PZ-POF本身为固体碱催化剂还未见报道。

制备

本工作将PZ-POF作为固体碱催化剂，应用于反式-2，4-二氟肉桂酸的合成，考察了催化剂用量、反应物配比，以及助催化剂用量对Knoevenagel缩合反应的影响[1]。反式-2，4-二氟肉桂酸的合成反应式如下图：

图1 反式-2，4-二氟肉桂酸的合成反应式

材料与仪器

三聚氯氧，无水哌嗪，2，4-苯甲醛，丙二酸，吡啶和苯均为分析纯，实验用水为蒸馏水。ZEISS SUPRA 40型扫描电镜；JEM-2100型透射电镜；Thermo Nicolet 870型傅里叶变换红外光谱仪；Rigaku RINT-2200型X射线衍射仪；BELSORP-mini型物理吸附仪；ESCALAB250XI型X射线光电子能谱仪。

催化剂的制备

采用溶剂热聚合法制备。将哌嗪（36mmol）、碳酸钾（72mmol）和溶剂1，4-二氧六环（100mL）加入到250mL三口瓶中，置于冷水浴中搅拌15min使哌嗪完全溶解，然后滴加三聚氯氧（24mmol）的1，4-二氧六环溶液，滴加完成后于110℃回流反应24h。反应完成后冷却至室温，抽滤得到白色固体粗品，分别用1，4-二氧六环、水和乙醇洗涤，40℃真空干燥12h得到白色粉末状PZ-POF为4.26g，摩尔收率约87%（以哌嗪和三聚氯氧完全转化为框架计）。

反式-2，4-二氟肉桂酸的合成

采用Knoevenagel法合成。将原料2，4-苯甲醛10g以及计量的丙二酸置于250mL三颈烧瓶中，加入苯50mL和DMF约50mL作为溶剂，然后加入适量的PZ-POF固体碱和助催化剂吡啶，110℃油浴回流分水约7-8h（TLC监控反应完成）。冷却至室温，过滤回收固体碱PZ-POF，减压蒸除苯和DMF得到反式-2，4-二氟肉桂酸粗品，然后用70%乙醇（质量比1.5）重结晶，85℃干燥3h得到反式-2，4-二氟肉桂酸，称重并计算摩尔收率（以2，4-苯甲醛计）。

结果与讨论

反应物料配比对反应的影响

在丙二酸、2，4-苯甲醛、PZ-POF固体碱、苯50mL和DMF约50mL作溶剂，90℃下反应2.5小时的条件下，2，4-苯甲醛采用边滴加边反应方式，考察了丙二酸与2，4-苯甲醛物质的量比对反应的影响。反应物物料配比对产品收率的影响也比较大，若2，4-苯甲醛过量，则过量的2，4-苯甲醛可能发生自身聚合、氧化等副反应，从而影响产品的质量，故一般以丙二酸适当过量为宜。2，4-苯甲醛采用边滴加边反应的方式，其目的也是为了保持丙二酸在反应过程中大大过量，不仅能减少丙二酸的用量，而且能提高品的质量。增大丙二酸的用量，反应的产率也随之增大，丙二酸增大1.2倍以后，进一步增大丙二酸的用量，反而使产品收率降低了。其主要原因是丙二酸比例增大，会降低碱性催化剂的催化效果。同时丙二酸用量增加也造成了丙二酸的浪费。因此，丙二酸用量1.2倍比较合适。

反应温度对反应的影响

在丙二酸、2，4-苯甲醛、PZ-POF固体碱、苯50mL和DMF约50mL作溶剂，反应2.5小时的条件下，考察了不同反应温度对反应的影响，随着反应温度的升高开始产品收率也快速提高，达到90℃左右，反应比较完全，且产品收率也比较高。但进一步升高温度，产品收率就略有下降了，这是因为温度过高，尤其是在回流下反应，发生的副反应也增多，从而导致产品质量和产量都降低。因此，反应温度定在90℃左右比较合适。

反应时间对反应的影响

在丙二酸、2，4-苯甲醛、PZ-POF固体碱、苯50mL和DMF约50mL作溶剂，在90℃的条件下，考察了反应时间对产品收率的影响，开始随着反应时间增加，产品收率也不断提高，当反应时间大于2.5小时后，产品收率变化比较小且程略微下降的趋势。这可能是由于反应时间延长，导致副反应增加所致。因此，比较合适的反应时间为2.5小时。

结论

合成了一种基于有机框架的固体碱催化剂PZ-POF，并将其成功应用于反式-2，4-二氟肉桂酸的合成反应，获得了良好的收率和循环稳定性，明显优于液体碱催化的反应，具有较大的工业化应用价值。PZ-POF催化剂合成原料易得，工艺操作简单，并具有大的比表面积和合理的孔结构，是一种理想的固体碱催化剂。反应温度、反应时间等对反应的影响，综合分析得出合成反式-2，4-二氟肉桂酸比较合适的条件为：n（丙二酸）／n（2，4-苯甲醛）为1.2、n（吡啶）／n（2，4-苯甲醛）为0.3、反应温度90℃、反应时间2.5小时。