4-甲氧基肉桂酸的应用与制备

发布日期:2024/1/11 8:57:24

介绍

对甲氧基肉桂酸异辛酯(OMC)是目前世界上最常用的防晒剂之一，是UVB区紫外线的良好吸收剂，能有效防止280‑330nm的紫外线，且吸收率高，对皮肤无刺激，安全性好，并对油性原料的溶解性的溶解性很好，几乎是一种理想的防晒剂，因此广泛应用于日用化工、塑料、橡胶和涂料等领域。目前工业制备OMC路线之一为对甲氧基肉桂酸和异辛醇在酸性催化剂条件下经酯化制备，关键中间体4-甲氧基肉桂酸的合成是该路线能否实现工业化的关键所在。4-甲氧基肉桂酸，它为白色结晶体，熔点173.5℃，相对分子质量为178.18。

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4-甲氧基肉桂酸

应用

4-甲氧基肉桂酸主要应用于化妆品紫外线吸收剂对甲氧基肉桂酸异辛酯、烯诺沙酯和对甲氧基肉桂酸异戊酯等的合成。该产品也用作有机合成医药中间体，如可用来合成抗肾上腺素药艾司洛尔等。

合成

旧合成方法存在的缺点

有较多的方法合成对甲氧基肉桂酸。早期的制备方法是通过Perking反应制备，以对甲氧基苯甲醛和乙酸酐为原料，在等当量或过量的乙酸盐催化作用下，于180‑200℃缩合，然后用碳酸盐中和反应液，再用盐酸酸化得到4-甲氧基肉桂酸。该法有以下缺点，反应温度较高，需消耗较多的能量，在如此高的温度下，副产的乙酸对设备有较强的腐蚀性，对设备的设计将是一个很大的挑战，且在生产过程中存在较大的安全隐患。反应过程中要用到大量的乙酸盐、碳酸盐和无机酸，由此将产生大量的高盐、高COD值废水，将给污染治理带来严重的问题。最为重要的是，该法制备的对甲氧基肉桂酸收率较低，不到70％。

以对甲氧基苯甲醛和丙二酸为原料，哌啶为催化剂，芳香烃为溶剂进行缩合反应，反应过程中不断释放出二氧化碳，反应结束后，需酸水洗涤除去催化剂哌啶，这些操作无疑将产生大量废水和二氧化碳，将严重污染环境。哌啶价格昂贵，不适合本产品在工业化中使用。据文献报道，该法的合成收率在88‑92％。

以对甲氧基苯甲醛和丙二酸酯为原料，在乙酸铵或二级胺催化作用下，以甲苯为带水剂，合成4-甲氧基肉桂酸。该法具有以下缺点，原料丙二酸酯和催化剂二级铵类的价格都较高，且丙二酸酯的利用率不高，使得该法在成本上不会有优势；反应结束后，需用碱进行皂化反应生成钠盐，再用酸酸化、脱羧得到对甲氧基肉桂酸，会副产乙醇，分离回收乙醇将增加额外的制造成本，使用大量的碱和酸也将增加额外的成本，且产生大量的三废，污染环境；由于乙酸铵等的使用，在反应过程中将发生副反应生成对甲氧基肉桂酰胺，该物质难以从产品中除去，给分离提纯带来困难；此外，由于在生产过程中，不可避免为有胺类物质溢出，给生产环境和操作人员带来不利影响。不过，该法的收率可达80％以上。

霍纳尔－沃兹沃思－埃蒙斯反应制备4-甲氧基肉桂酸乙酯。以对甲氧基苯甲醛为原料，与膦酸酯试剂在有机强碱DBU及三氟甲烷磺酸锌的催化作用下，以98％的收率制得4-甲氧基肉桂酸。该法虽收率极高，但要使用昂贵且不易获得的膦试剂、有机强碱及催化剂，因而不适合工业化生产。

Witting反应制备4-甲氧基肉桂酸乙酯。三苯基膦首先与溴乙酸乙酯反应，在强碱作用下制得不太稳定的Witting试剂，在四氯化钛的催化下，与对甲氧基苯甲醛偶合制得4-甲氧基肉桂酸乙酯，经皂化反应及酸中和而得到对甲氧基肉桂酸，收率68％。该法反应步骤多，收率较低，成本较高，且三废严重，不适合工业化生产。

用羟醛缩合反应制备。以对甲氧基苯甲醛和乙酸甲酯、乙酸乙酯或乙酸异辛酯为原料，在醇钠如甲醇钠、甲醇钾等的作用下发生羟醛缩合反应制得相应的对甲氧基肉桂酸酯，再经皂化反应和酸中和而制得4-甲氧基肉桂酸。然而，上述工艺从生产实际看来，有如下弊病。反应原料乙酸酯类利用率仅30％，乙酸酯类在碱性条件下约66.6％分解造成原料损耗，缩合反应和皂化反应产生较多的副反应，粗品成分复杂，需多次结晶提纯产品，给分离产品带来困难，反应完成后，需用大量的水对物料进行洗涤，如此产生的高盐，高COD废水给环保处理带来压力，给周边环境造成污染。

用重氮化‑偶联反应制备，先将对甲氧基苯胺通过重氮化反应制得重氮盐，重氮盐再和丙烯酸在铜盐、钯盐及有机膦配体的催化作用下进行偶联反应，可以67％的产率制得4-甲氧基肉桂酸。该法使用的原料对甲氧基苯胺不易获得，使用的催化剂钯盐、有机膦配体价格较贵，且该法在制备重氮盐过程中具有潜在的危险和将产生大量的三废而难以实现工业化生产。

新合成方法

刘启发等人[3]采用了成盐、酸化、析晶、溶剂如异辛醇溶解、重结晶、淋洗等手段，最终可低成本地制得高品质的4-甲氧基肉桂酸，具体步骤如下：

成盐反应：于0.5L洁净的配料釜内加入19.1g(0.18mol)Na2CO3，150g自来水，开启搅拌，缓慢加入26g(0.36mol)丙烯酸，加料完毕后，维持搅拌至釜内无气泡(大约产生7.94g CO2气体)，澄清透明。

偶联反应：将配制好的丙烯酸钠溶液加入1L洁净的高压反应釜内，加入11.87mg Cu2(OH)2CO3(179.33ppm rel.to BA)，维持搅拌10min。于高压反釜内分别加入19.1g(0.18mol)Na2CO3，250g自来水，维持搅拌10min。于高压反应釜内加入56g(0.30mol)4‑甲氧基溴苯(BA)和3.8mg(17.2×10‑6mol)BHT，关闭高压反应釜投料口，用N2置换5次，升温至150℃，保温反应至压力不再增加时为止(最高压力1.5MPa)，大约需要2h。反应过程中伴随搅拌，搅拌速度保持1200r/min。关闭加热装置，开启冷凝水将温度降温至90℃，排空反应釜内压力(大约产生6.59g CO2气体)，开启出料口，加入100g自来水，维持搅拌20min，将釜内物料抽出(抽出物料呈透明状，无分层，BA转化率大于99％)。

析晶：将反应物料转至四口烧瓶内，加入1g活性炭，升温至80℃，保温维持搅拌30min，过滤，得3.5g滤饼和602.4g滤液。滤液转入酸化釜内，开启搅拌，将39.4g55％H2SO4酸化至体系pH＝1‑2，维持搅拌30min，抽滤，得84.4g滤饼，对甲氧基肉桂酸(7.243min)95.9077％和557.4g滤液，滤液交由环保处理或用于回收溴素(即用于BA合成)。

重结晶：于干燥洁净的四口烧瓶中加入84.4g滤饼和200g异辛醇，升温至140℃，待对甲氧基肉桂酸粗品完全溶解后，缓慢降温至100℃，析出晶体，并育晶1h。降温至30℃，并保温1h。过滤，得62.7g滤饼(HPLC，4-甲氧基肉桂酸(7.094min)98.2114％，IP2(14.793min)0.999％)，如图2所示，和220.2g滤液，滤液用于回收异辛醇(其中含6.7g馏底)。滤饼用100g异辛醇(10℃)淋洗，得61.5g滤饼，4-甲氧基肉桂酸和99.7g滤液，滤液用于下批重结晶套用。滤饼烘干至恒重，得成品4-甲氧基肉桂酸46.04g，收率86.3％