納米固體超強酸催化合成苯乙酮酸冰片酯的研究

摘要：以納米固體超強酸為催化劑合成苯乙酮酸冰片酯，在比較了不同的溫度、酸醇比、反應時間對該反應酯化率的影響后，確定了在此催化劑存在的條件下，酸醇比為1∶6時，溫度為90 ℃的條件下反應2 h，得到其酯化率最高達78.5%。

關鍵詞：納米固體超強酸；苯乙酮酸；冰片；金屬催化；酯化反應

中圖分類號：O625.4；TQ031.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）12-3171-02

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.12.042

Abstract：This experiment is the synthesis of benzoylformic acid borneol ester by the catalyst of nanometer solid super acid as esterification reaction. The effects of different temperature， ratio of acid to alcohol and reaction time on esterification rate were cpmpared， the results showed that the existing conditions the presence of this catalyst， molar ratio of 6∶1， the temperature was 90 ℃， under the condition of reaction 2 hours， the esterification rate reached the highest of 78.5%.

Key words：nanometer solid superacid；phenylglyoxylic acid；borneol；metal catalysis；esterification

苯乙酮酸冰片酯是有機合成的重要中間體，已廣泛用于藥物及雜環化合物的合成[1-3]。苯乙酮酸酯中羰基碳是潛手性碳，經不對稱還原或加成可得到含手性叔羥基醫藥中間體，用于環扁桃酯膠囊、M受體拮抗劑奧昔布寧等重要藥物合成，在世界上具有很重要的使用價值[4-7]。因此，探索苯乙酮酸冰片酯的合成具有重要意義。本試驗以苯乙酮酸和冰片為原料，制得轉化率最高的苯乙酮酸冰片酯，以期為苯乙酮酸冰片酯的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗儀器：磁力加熱攪拌器，燒杯，三頸燒瓶，溫度計，烘箱，馬沸爐，球形回流冷凝管，分析天平，25 mL堿式滴定管，真空泵，氣相色譜儀， 瑞士Bruker Vance400 MHz型核磁共振儀。

藥品：氯化亞錫、苯乙酮酸、冰片、氧氯化鈉。

1.2 方法

1.2.1 納米固體超強酸S2O82-/ZrO2的制備 用蒸餾水配制1 mol/L ZrOCl2溶液100 mL，在冰水浴和攪拌下，慢慢滴入130 mL 6 mol/L NH3·H2O，直至溶液pH達到10左右，溶液陳化12 h后抽濾，洗滌沉淀至無Cl-為止（用0.1 mol/L硝酸銀溶液檢驗），將沉淀放在烘箱中于110 ℃烘12 h，研細，然后用0.5 mol/L （NH4）2S2O8溶液浸泡12 h，抽濾，紅外燈干燥，研細，置于馬沸爐中于600 ℃焙燒3 h即得到納米固體超強酸S2O82-/ZrO2催化劑。

1.2.2 手性酯的合成 在50 mL插好溫度計和回流冷凝管及干燥器的三頸燒瓶中，加入一定量的苯乙酮酸、一定量的冰片和少量的氯化亞錫，在一定反應溫度下反應一定時間，待到反應完全后，用標定好的氫氧化鈉溶液測定其酸度值，計算其酯化率[5]。

酯化率=（1-反應后溶液中酸的量/反應前溶液中酸的量）×100%

1.3 酯化反應原理

苯乙酮酸與冰片的酯化反應原理如下。

2 結果與分析

2.1 時間對反應的影響

由于酯化反應是可逆反應，反應達到平衡后，繼續增加反應時間對酯化率沒有明顯改變，因此確定反應時間后可以有效提高試驗效率。表1為相同條件下不同反應時間與酯化率之間的關系。由表1可知，當反應時間達到2 h后繼續增加反應時間對酯化率影響不大，可見該反應的最佳反應時間為2 h。

2.2 溫度對反應的影響

反應溫度的改變會影響酯化反應的平衡，不同溫度下反應平衡的條件也有所不同。確定反應溫度對酯化率的提高尤為重要，表2為以氯化亞錫為催化劑時相同條件下不同溫度對酯化率的影響。由表2可知，該反應的酯化率會隨著溫度的升高而增加，但是當溫度達到90 ℃時，酯化率達到最高。因此，90 ℃為該反應的最佳溫度。

2.3 醇酸體積比對反應的影響

由于酯化反應是可逆反應，增加乙醇的用量有利于向正方向進行。表3為反應時間為2 h和反應溫度為90 ℃條件下不同的酸醇體積比對酯化反應的影響。由表3可知，當酸醇體積比達到1∶6后繼續增加冰片的用量對酯化率的改變不大，而且會造成浪費。因此，用酸醇比為1∶6是最佳的選擇。

2.4 苯乙酮酸冰片酯性狀

用IR、1HNMR、13C NMR確認了合成物苯乙酮酸冰片的結構：

IR γ：2 940，1 740，1 685，1 612，1 445，1 350， 1 221，1 025。

1HNMR（400 MHz，CDCl3，TMS為內標）δ：7.85，（d，J=7.2 Hz，2H）7.70（t，J=6.0 Hz，1H），7.61（t，J=6.0 Hz，2H）， 5.42（d，J=9.6 Hz，1H）2.45（m，2H）， 1.78-1.90（m，1H）1.20-1.40（m，4H），0.85（s，3H），0.88（s，3H），0.87（s，3H）。

13C NMR（400 MHz， CDCl3）δ： 185.58， 163.781， 140.32， 131.45， 127.96， 126.76， 83.11， 56.11， 49.85， 37.63，28.87，24.89，18.98，12.39。

3 結論

根據試驗得到以氯化亞錫為催化劑時合成苯乙酮酸冰片酯的最佳條件是在90 ℃時，酸醇體積比為1∶6的回流條件下反應2 h。在此條件下得到苯乙酮酸冰片酯的酯化率高達78.5%。

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