阿魏酸的合成及抗氧化性能的研究

梁紅冬

(廣東石油化工學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，廣東 茂名 525000)

阿魏酸是植物界普遍存在的一種酚酸，在植物中主要與細(xì)胞壁多糖和木質(zhì)素交聯(lián)構(gòu)成細(xì)胞壁的一部分，是當(dāng)歸、川芎等中藥的有效成分之一[1]。阿魏酸具有抗氧化活性和抑菌作用，且毒性較低,因而在醫(yī)藥、保健品、化妝品原料和食品添加劑等方面有著廣泛的用途[2]。阿魏酸的制取方法比較多，主要有化學(xué)有機(jī)合成、生物工程轉(zhuǎn)化、從中藥材提取或是直接以谷維素為生產(chǎn)原料制取等。

作者在前人基礎(chǔ)上，改變催化劑和溶劑的種類，通過(guò)香草醛與丙二酸發(fā)生Knoevenagel 反應(yīng)合成阿魏酸，并對(duì)阿魏酸的抗氧化能力進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑及儀器

丙二酸、香草醛、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙酸銨、苯、甲醇、三氯甲烷、冰乙酸、2,6-二叔丁基苯酚、2,6-二叔丁基對(duì)甲酚、維生素E等，均為分析純。花生油脂，市售。

JB50-D型增力電動(dòng)攪拌機(jī)，101A-2B型電熱鼓風(fēng)干燥箱，RY-1型熔點(diǎn)測(cè)定儀，722S型可見分光光度計(jì)，Afinity-1型傅立葉變換紅外光譜儀，恒溫烘箱。

1.2 合成方法

以香草醛和丙二酸為原料、乙酸銨為催化劑、DMF為溶劑、苯為帶水劑，進(jìn)行Knoevenagel縮合反應(yīng)制得阿魏酸。反應(yīng)方程式如下：

在帶有分水器的四口燒瓶中，依次加入6.16 g香草醛、5.58 g丙二酸、40 mL苯、20 mL DMF和0.38 g乙酸銨，攪拌回流反應(yīng)4 h。反應(yīng)完畢后，冷卻至室溫，加入飽和NaHCO3溶液攪拌15 min，靜置，分出水層。水層用6.0 mol·L-1鹽酸調(diào)pH值2～3，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾，在40～50 ℃下烘干，得淡黃色針狀結(jié)晶阿魏酸。

以V(苯)∶V(DMF)、催化劑用量(以香草醛質(zhì)量計(jì)，下同)、n(香草醛)∶n(丙二酸)、反應(yīng)時(shí)間為考察因素，采用L9(34)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化阿魏酸的合成工藝條件。正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)的因素和水平

所得阿魏酸產(chǎn)品采用顯微熔點(diǎn)儀、薄層層析、紅外光譜(KBr壓片)進(jìn)行分析。

1.3 抗氧化實(shí)驗(yàn)

過(guò)氧化物是油脂在自動(dòng)氧化過(guò)程中所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外一直采用過(guò)氧化值(POV)作為食用油脂氧化型酸敗的指標(biāo)。過(guò)氧化值表示油脂在自動(dòng)氧化初期所形成的過(guò)氧化物的數(shù)量，單位為meq·kg-1。過(guò)氧化值越高，表明脂肪酸進(jìn)行氧化的程度越強(qiáng)，油脂的穩(wěn)定性越低，脂肪酸越易發(fā)生酸敗[3]。實(shí)驗(yàn)采用分光光度法測(cè)定油脂樣品的吸光度，通過(guò)碘的工作曲線，確定樣品的過(guò)氧化值[4]。

1.3.1 樣品的制取

稱取約20 g左右花生油樣品放入具塞錐形瓶中，分別加入0.2%的阿魏酸、2,6-二叔丁基苯酚、2,6-二叔丁基對(duì)甲酚和維生素E。在(65±3) ℃下避光儲(chǔ)存。每隔24 h搖勻攪拌2 min，并交換它們?cè)诤銣睾嫦渲械奈恢谩６ㄆ诓捎梅止夤舛确y(cè)量各樣品的過(guò)氧化值。

1.3.2 碘工作曲線的繪制

參照文獻(xiàn)[4]進(jìn)行。

1.3.3 樣品測(cè)定與POV的計(jì)算

稱取油樣(m1，g)0.1 g于50 mL具塞比色管中。加入5 mL氯仿-冰醋酸混合溶劑(體積比40∶60)、0.50 mL飽和KI溶液，輕輕搖勻，置于暗處反應(yīng)3 min，加入1 mL淀粉溶液，用水稀釋至刻度，搖勻后靜置，取上層清液，用1 cm比色皿于吸收波長(zhǎng)585 nm處測(cè)定其吸光度(A)，以空白為參比。根據(jù)吸光度，從碘的工作曲線中找出該吸光度下相應(yīng)的碘的質(zhì)量(m，mg)，按下式計(jì)算油脂樣品的過(guò)氧化值(POV)。

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)品分析

所制備產(chǎn)品為淡黃色針狀晶體，測(cè)定其熔點(diǎn)為172～173.5 ℃。與文獻(xiàn)[5]報(bào)道基本相符(m.p. 174 ℃);產(chǎn)品和阿魏酸標(biāo)準(zhǔn)品經(jīng)過(guò)薄層層析分析，以石油醚∶乙酸乙酯∶甲酸=10∶1∶0.01為展開劑，在紫外燈下觀察紫藍(lán)色的斑點(diǎn)，測(cè)得Rf均為0.206。由此可知，兩者為同一種物質(zhì)。

產(chǎn)品經(jīng)紅外光譜分析(KBr壓片)，結(jié)果如下：νO-H3435.22 cm-1；νC-H2839.22 cm-1；νCH32841.15 cm-1；νC=O1689.64 cm-1，2507.46 cm-1；νC=C1516.05 cm-1，1433.11 cm-1；νAR-O1176.58 cm-1，1203.58 cm-1，1274.95 cm-1，即產(chǎn)品分子式可能含有的基團(tuán)是-OH、ph-O-CH3、COOH、C=CH、苯環(huán)，與阿魏酸結(jié)構(gòu)中所含基團(tuán)基本相符。

2.2 阿魏酸合成條件的優(yōu)化

正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析見表2。

表2 正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析

由表2可知，各因素對(duì)阿魏酸產(chǎn)率的影響大小依次為：V(苯)∶V(DMF)>n(香草醛)∶n(丙二酸)>催化劑用量>反應(yīng)時(shí)間，最佳工藝條件為A3B2C3D2，即合成阿魏酸最適宜的反應(yīng)條件為：V(苯)∶V(DMF)=2∶1，催化劑乙酸銨用量占香草醛質(zhì)量的6%，n(香草醛)∶n(丙二酸)=1∶1.4，反應(yīng)時(shí)間4 h。

在最佳合成條件下進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，阿魏酸的產(chǎn)率為71.02%，高于正交實(shí)驗(yàn)的阿魏酸產(chǎn)率，且重現(xiàn)性比較好，證實(shí)所確定優(yōu)化條件有效。

2.3 阿魏酸抗氧化實(shí)驗(yàn)

2.3.1 阿魏酸劑量對(duì)油脂POV的影響

添加不同劑量的阿魏酸對(duì)儲(chǔ)存在65 ℃下油脂樣品POV的影響見圖1。

圖1 阿魏酸劑量對(duì)油脂POV的影響

由圖1可知，65 ℃下儲(chǔ)存的各個(gè)油脂樣品，在前5 d，添加與未添加阿魏酸的油脂樣品的POV都較小，這可能是由于氧化反應(yīng)處于引導(dǎo)階段，過(guò)氧化物逐漸生成，而不同劑量阿魏酸的抗油脂氧化效果尚不明顯；隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)，過(guò)氧化物逐漸增加，阿魏酸的抗油脂氧化作用越來(lái)越明顯；第12 d，添加0.2%阿魏酸的油脂樣品的抗氧化效果最為突出。

2.3.2 抗氧化劑類型對(duì)油脂POV的影響

不同抗氧化劑的抗氧化能力有所不同。考察在(65±3) ℃下不同抗氧化劑對(duì)油脂POV的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 抗氧化劑類型對(duì)油脂POV的影響

從圖2可知，相同劑量的不同抗氧化劑的抗油脂氧化效果各不相同。在前2 d，不同抗氧化劑的抗油脂氧化效果大致相同；6 d后，2,6-二叔丁基對(duì)甲酚與2,6-二叔丁基苯酚的抗油脂氧化效果較阿魏酸與維生素E的好；第12 d，抗油脂氧化效果的強(qiáng)弱順序?yàn)椋?,6-二叔丁基苯酚 > 2,6-二叔丁基對(duì)甲酚>阿魏酸>維生素E。阿魏酸對(duì)食用油脂有一定的抗氧化能力， 在油脂中的抗氧化能力優(yōu)于維生素E。這是因?yàn)椋⑽核岱肿又型闊N較短且含有雙鍵、親水性強(qiáng)，難以深入脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)中發(fā)揮抗氧化作用[6]，導(dǎo)致阿魏酸在油脂中的抗氧化效果并不十分顯著。

3 結(jié)論

(1)以香草醛和丙二酸為原料、乙酸銨為催化劑、DMF為溶劑、苯為帶水劑合成阿魏酸，在V(苯)∶V(DMF)=2∶1、乙酸銨催化劑用量為6%(以香草醛質(zhì)量計(jì))、n(香草醛)∶n(丙二酸)=1∶1.4、反應(yīng)時(shí)間為4 h的最佳反應(yīng)條件下，阿魏酸的產(chǎn)率達(dá)到71.02%，經(jīng)過(guò)熔點(diǎn)儀、薄層層析和紅外光譜分析，確證合成產(chǎn)品為阿魏酸。

(2)抗氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，阿魏酸對(duì)食用油脂有一定的抗氧化能力，在油脂中的抗氧化能力優(yōu)于維生素E。

(3)研究表明，將阿魏酸經(jīng)過(guò)分子改造得到的阿魏酸衍生物比阿魏酸有著更強(qiáng)的抗氧化性和較低的毒性，因此，阿魏酸具有較好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 趙琳,張英鋒,馬子川.阿魏酸的合成和應(yīng)用[J].化學(xué)教育,2009,(7):5-7.

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[4] 李遂勤.可見分光光度法與碘量法測(cè)定食用植物油過(guò)氧化值的比較[J].河南預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志,2001,12(3):147-148.

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[6] 李東明,呂彤,陳晶,等.合成阿魏酸乙酯方法的研究[J].當(dāng)代化工,2005,34(5):318-320.