β-乙酰丙烯酸的合成研究

第27卷第3期武汉科技大学学报(自然科学版)Vol. 27. No. 32004年9月I. of Wuhan Uni. of Sci. & Tech. Natural Science Edition)Sep.2004β-乙酰丙烯酸的合成研究吕早生,陈冬冬(武汉科技大学化工与资源环境学院,湖北武汉,430081)摘要:采用有机金属化合物二甲基镉与顺丁烯二酸酐的开环反应,合成原白头翁素的重要中间体β乙酰丙烯酸。通过FTIR和HNMR确证了产品的结构,采用正交实验系统研究反应的温度、时间、溶剂量和物料比对合成反应产率的影响,确定了最佳反应条件为反应时间90min,反应温度30℃,溶剂量50mL,反应物摩尔比1。结果表明,温度是影响该反应的最重要因素关键词:原白头瓮素;马来酸酐;β乙酰丙烯酸;二甲基镉中图分类号:TQ031.2文献标识码:A文章编号:1672-3090(2004)03-0250-04原白头翁素,学名4亚甲基-2-丁烯-4-内脂(4- methylenebut--2-en-4- glide),是来自植物的抗菌素,对微生物有毒,具有一定的生物生理活性。最近的研究表明,它是一些氯化物通过水解酶产生的有毒代谢物,会降低细胞的生命力3乙酰丙烯酸作为合成原自头翁素的重要中间体2:3,具有一定的研究降解机理的价值。自1891年L.Wolf首次通过溴代乙酰丙烯酸的脱溴制备了这个有机物后,已有不少的合成方图2电动搅拌的回流冷凝装置法4:。但它们都有不足之处,即存在如何控制—恒压滴液漏斗;2—三口烧瓶;顺式生成物、顺反异构体的分离等问题。本研究3—球形冷凝管;4一无水CaCl2;5—磁力搅拌器;利用顺丁烯二酸酐与二甲基镉开环反应直接生成6—电机;7—机械搅拌器3乙酰丙烯酸,以避免顺反异构体产生分离。1.2实验1实验装置与实验实验反应式如下实验装置CH, I-Mg+CH, Mg I Cdcl,ca(CH,)实验装置如图1、图2所示。cd(CH,)2CCH2.1制备d试剂所有玻璃仪器在实验前都在烘箱中干燥后(见图1),安装好磁力搅拌回流装置。将1.5g镁条剪成长条状细小的镁片和15mL的无水乙醚放入250mnL的三囗烧瓶,使乙醚浸没镁片,用磁力搅拌器搅拌。接好回流冷凝装置,将5mL.CH3I与20mL的乙醚混和液由恒压滴液漏斗滴入。先图1磁力搅拌的回流冷凝装置滴入几滴,并用手捂热烧瓶,观察烧瓶内有无反应1—恒压滴液漏斗;2—三口烧瓶;3—球形冷凝管中国煤化工入一小粒碘,此时溶液4—无水CaCl2;5—磁力搅拌器CNMHG混和液,滴入的速度控制在使乙醚保持轻微的沸腾状态,并保持回流。作者简禿肯數据1961-),男,武汉科技大学化工与资源环境学院副教授,博士2004年第3期吕早生,等:β乙酰丙烯酸的合成研究251滴加时间为30~40min。混合液滴加完毕后,用30℃的水浴回流加热约30min,使镁屑反应完全1.2.2制备二甲基镉在水浴中磁力搅拌下加入6.2g无水CdCl2。0.5次加料不能过多。当有气泡冒出时,即停止加料,并用空心塞塞好瓶口。直至无气泡时打开瓶塞继续加料。但加料时间必须控制在5min以波长/mm內。全部料加完后撤掉冰浴,改用30℃水浴加热回流45min。制得的二甲基镉溶液为灰白色并有图3β乙酰丙烯酸标准溶液(在三氯少量絮状沉淀甲烷中)的紫外吸收光谱1.2.3制备β乙酰丙烯酸制标准曲线,线性回归方程为A=0.00325+将磁力搅拌装置换成电动搅拌装置(见图0.0913C;线性相关系数r=0.9892)。称取一定量的酸酐在硏体中碾成粉末,溶解将反应产物用浓盐酸酸化至pH=1~2后,用于一定量的无水乙醚中。将溶液移至恒压滴液漏 mL CHCI3萃取3次(20ml,15ml,15mL),定容斗中。在冰浴下将酸酐的乙醚溶液滴入二甲基镉至10ml,移取2mL至50mL容量瓶中并稀释至溶液中。开始缓慢滴加,后来可以加快滴加速度。刻度,配制成溶液,测定该浴液的吸光度值A,依据滴加完毕后撒掉冰浴,在一定温度下水浴回流回归方程求出其相应的浓度C。产率P=2.5C定的时间。最后得到黄色粘稠液m×100%,其中m为产品的理论产量反应完毕后,将浓度为10%50mL的硫酸由2实验结果及讨论滴液漏斗滴入冰浴冷却下的烧瓶中,先慢后快,同为了研究反应条件对合成产率的影响,我们时充分搅拌。将酸解后的液体放入分液漏斗中萃进行了单因素实验和正交实验。所考虑的条件有取分离,酸层用50mL乙醚萃取三次(20m反应时间、反应温度、溶剂量、物料比(CH3:顺丁15mL,15mL),合并乙醚液,用40mL浓度为20%烯二酸酐)碳酸钾溶液洗涤醚液,再在分液漏斗中分离岀水2.1单因素实验结果层,过滤后得到橙黄色溶液如图4所示,反应时间在90min时产率达最2.4合成产物的分离与提纯大。反应时间为30~90min时,随着时间的增选用717型强碱性阴离子交换树脂,将所得加,产率随之提高。当反应进行一段时间后,反应的橙黄色溶液用盐酸调至pH=3配制成待交换时间增加,反而可能使反应物在长时间的温水浴液上柱,使交换液流经树脂柱,控制流速为5mL/加热下发生其它复杂的化学反应,导致产率降低。min。此后,随时检查流出液,待流出液呈明显的酸性时,停止上柱,用去离子水沖洗树脂柱,控制流速为10mL/min。当流出液达到pH时,停止水洗,用0.1mol的HCl洗脱,洗脱速度为5mL/min。当有碘仿反应现象时,开始接收洗脱液,碘仿现象消失时,停止洗脱。将收集到的洗反应时向/min脱液蒸发、冷却,结晶得β乙酰丙烯酸晶体,然后图4反应时间对产率的影响用热水重结晶如图5所示,反应温度在0~30C之间,产率1.3定量方法显著增加;在30C左右,产率达到最高值;温度高用U-3010型 HITACHI紫外光谱仪测定于30C以后,产率又有所降低。温度升至30C以乙酰丙烯酸标准溶液的紫外吸收,如图3所示。图3中最大吸收波长在240nm处(由于顺丁烯二中国煤化工酸酐的最大吸收波长也在240nm附近)。为避免CNMHG酸酐对测定结果的干扰,选取其特征吸收波长入max=273nm反应温测定稀释至不同浓度的β乙酰丙烯酸标准溶图5反应温度对产率的影响液的紫外砇辗据其在273mm处的吸光值绘252武汉科技大学学报(自然科学版)2004年第3期后,溶剂的挥发损失加快,反应物在搅拌过程中随表1中9次实验结果以第5号的收率最高着溶剂不断挥发而变得粘稠,反应物之间不能充达48.9%,相应的水平组合(反应时间90min,反分均匀接触,从而导致产率降低。应温度30℃,溶剂量50mL,反应物摩尔比1:2)如图6所示,溶剂体积小于30mL时,酸酐不为最好的水平搭配。计算各因素在每个水平下的能充分溶解,加入到烧瓶中后,反应物之间不能很平均收率,根据三个平均值的极差R=Rnx一R-i好地接触,导致产率偏低;当溶剂量大于30mL.的大小判断各个因素对收率的影响程度,由实验时,随着酸酐在乙醚中溶解量的增加,产率达到数据可得到:R温度>R时间>R溶剂量>R摩尔个最高值;当乙醚的体积大于50mL以后,在酸酐正交实验表明,影响收率的最重要因素是反充分溶解的前提下,溶剂量的增加意味着单位体应温度,反应物摩尔比对收率的影响最小;反应时积酸酐浓度降低,从而导致产率又有所下降间90min,反应温度30℃,溶剂量50mL,反应物摩尔比1:2为最好的水平搭配。2.3产物的傅立叶红外光谱图(FIIR)从图8可看出,谱图中主要有两个强峰:3264cm-处的宽强峰为缔和羟基的OH伸缩溶剂量/L振动吸收峰(3200~3400cm-1),1729cm1处的强峰是典型的羰基伸缩振动吸收峰;另外,在双键图6溶剂量对产率的影响的面外弯曲振动区(1000~700cm-1)可辨认出如图7所示,随着反应物摩尔比的增加(酸酐在767cm-处有一较弱的峰是双键的=C—H面的量减少),产率呈上升趋势。其原因是:①酸酐外弯曲振动吸收峰。上述特征吸收峰与文献[6]量的适当减少使其在二甲基镉的乙醚溶液中与中所叙述的一致甲基镉充分接触反应;②产率是以酸酐为基准计算的10悦反应物摩尔比图7反应物摩尔比对产率的影响300020001000波数/cm1单因素的实验结果表明,反应时间、反应温度、溶剂量和反应物摩尔比等因素都对实验结果图8合成产物的傅立叶红外光谱有影响,不同因素对产率的影响程度也不同。总2.4核磁共振氬谱(HNMR)体来说,当反应时间为60~90min,反应温度为20图9中δ:(2.0,s,CH3),(4.8,m,OH),(740℃,溶剂量为40~50mL,摩尔比为1:3时产率较高。2.2正交实验结果正交实验结果如表1所示。表1正交实验结果反应时间反应温溶剂量反应物序号水平组合度/C/mL摩尔比产率图9合成产物的核磁共振氢谱因素A因素B因素C因素DAl BI CI~8,s,HC=CH),与文献[7,8]所述有差别。产B C? D01:2.546.2101:343.84A2B1C2D3901:345.1TH中国煤化工化学平衡关系CN GOH5A2B2C3D19A2B3C1D290402.540.77A3B1C3D21202.545.38 A3 B CI DA3B1:241.52004年第3期吕早生,等:β乙酰丙烯酸的合成研究253of Cis-B-acetylacrylic Acid [J]. J Org Chem, 1968参考文献33:2708-2711[1] R Blasco,R M Wittich, M Mallavarapu. From Xe[5 Elliot Shaw. A Synthesis of Protoanemonie: Thenobiotic to Antibiotic, Formation of Protoanemoninfrom 4-chlorocatechol by Enzymes of the 3-oxoadi-id[J]. J Amer Chem Soc, 1946, 68:2510-2513pate Pathway[J]. J Biol Chem, 1995. 270: 29229- [61 E V Ellington, Jane Mellanby, D H WilliansonThe non-enzymic Condensation of Acetoacetate and[2 R Blasco, M Mallavarapu, D H Pieper. EvidenceGlyoxylate: An Explanation for the Antiketogenicthat Formation of protoanemonin from Metabolitesf Glycolaldehyde and Related Compoundof 4-Chlorobiphenyl Degradation Negatively Affects[J. Biocham J, 1964,91: 352the Survival of 4-Chlorobiphenyl-Cometabolizing L7 Dietmar H Pieper, Bernardo Gonzalez, VictorMicroorganisms [JI. Appl Environ MicrobiolWray. Monitoring Key reactions in Degradation of1997,63:427-434Chloroaromatics by In Situ H Nuclear Magnetic[3 Markus Br ckmann, Rafael Blasco. Detoxification oflution Structures of metabolitesProtoanemonin by Dienelactone Hydrolase [J]Formed from cis-Dienelactone[J]. J Bacteriol, 2002Bacteriol,1998,180:400—40184:1466—1470[4 Stanley Seltze, Kenneth D Stevens. The PreparationSynthesis of Cis-B-acetylacrylic AcidLU Zao-sheng, CHEN Dong-dongCollege of Chemical Engineering, Resources and Environment, WuhanUniversity of Science and Technology, Wuhan 430081, China)Abstract: Organometallic compound dimethylcadmium is used to react with maleic anhydride to prelcis-B-acetylacrylic acid, which is an important intermediate to the synthesis of the protoanemonin.product is confirmed by FTIR and HNMR as cis-B-acetylacrylic acid. A systematic study, which useorthogonal experiment, on the influence of several factors such as reaction time, reaction temperaturesolvent volume and component ratio on the yield has been made; and the optimum reaction time isfound to be 90 min, the optimum reaction temperature 30C, the optimum solvent volume 50mL andthe optimum reactant molar ratio 1:The results show that the reaction temperature is the mostimportant factor influencing reactionKeywords: protoanemonin; maleic anhydride; cis-B-acetylacrylic acid dimethylcadmium责任编辑徐前进](上接第238页)Research of belt grinder on Compound materialCold Continuous rolling Production LineLIU Hai-chang, WANG Jian-chun, GAO Quan-jie, LIU Kang-giang, XU Chun-mingCollege of Machinery and Automation. Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China)Abstract Belt grinder is used for surface treatment before the cold continuous rolling of compound material. It is one of the key equipments on the production.Id-continuous-rolled com-pound material. In a certain company of Wuhan, there alTHe中国煤化工 Delt grinding. As a result, belt grinding of material surface is not complete. ICNMH G help of field test, thealtitude of pressure roller and the relative position of pressure roller against belt grinder have beenregulated with belt grinding significantly improvedKeywords: compound material; belt grinder; cold continuous rolling责任编辑郑淑芳]