β-乙酰丙烯酸的合成研究

第27卷第3期武漢科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)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呂早生,陳冬冬(武漢科技大學(xué)化工與資源環(huán)境學(xué)院,湖北武漢,430081)摘要:采用有機金屬化合物二甲基鎘與順丁烯二酸酐的開(kāi)環(huán)反應,合成原白頭翁素的重要中間體β乙酰丙烯酸。通過(guò)FTIR和HNMR確證了產(chǎn)品的結構,采用正交實(shí)驗系統研究反應的溫度、時(shí)間、溶劑量和物料比對合成反應產(chǎn)率的影響,確定了最佳反應條件為反應時(shí)間90min,反應溫度30℃,溶劑量50mL,反應物摩爾比1。結果表明,溫度是影響該反應的最重要因素關(guān)鍵詞:原白頭甕素;馬來(lái)酸酐;β乙酰丙烯酸;二甲基鎘中圖分類(lèi)號:TQ031.2文獻標識碼:A文章編號:1672-3090(2004)03-0250-04原白頭翁素,學(xué)名4亞甲基-2-丁烯-4-內脂(4- methylenebut--2-en-4- glide),是來(lái)自植物的抗菌素,對微生物有毒,具有一定的生物生理活性。最近的研究表明,它是一些氯化物通過(guò)水解酶產(chǎn)生的有毒代謝物,會(huì )降低細胞的生命力3乙酰丙烯酸作為合成原自頭翁素的重要中間體2:3,具有一定的研究降解機理的價(jià)值。自1891年L.Wolf首次通過(guò)溴代乙酰丙烯酸的脫溴制備了這個(gè)有機物后,已有不少的合成方圖2電動(dòng)攪拌的回流冷凝裝置法4:。但它們都有不足之處,即存在如何控制—恒壓滴液漏斗;2—三口燒瓶;順式生成物、順?lè )串悩嬻w的分離等問(wèn)題。本研究3—球形冷凝管;4一無(wú)水CaCl2;5—磁力攪拌器;利用順丁烯二酸酐與二甲基鎘開(kāi)環(huán)反應直接生成6—電機;7—機械攪拌器3乙酰丙烯酸,以避免順?lè )串悩嬻w產(chǎn)生分離。1.2實(shí)驗1實(shí)驗裝置與實(shí)驗實(shí)驗反應式如下實(shí)驗裝置CH, I-Mg+CH, Mg I Cdcl,ca(CH,)實(shí)驗裝置如圖1、圖2所示。cd(CH,)2CCH2.1制備d試劑所有玻璃儀器在實(shí)驗前都在烘箱中干燥后(見(jiàn)圖1),安裝好磁力攪拌回流裝置。將1.5g鎂條剪成長(cháng)條狀細小的鎂片和15mL的無(wú)水乙醚放入250mnL的三囗燒瓶,使乙醚浸沒(méi)鎂片,用磁力攪拌器攪拌。接好回流冷凝裝置,將5mL.CH3I與20mL的乙醚混和液由恒壓滴液漏斗滴入。先圖1磁力攪拌的回流冷凝裝置滴入幾滴,并用手捂熱燒瓶,觀(guān)察燒瓶?jì)扔袩o(wú)反應1—恒壓滴液漏斗;2—三口燒瓶;3—球形冷凝管中國煤化工入一小粒碘,此時(shí)溶液4—無(wú)水CaCl2;5—磁力攪拌器CNMHG混和液,滴入的速度控制在使乙醚保持輕微的沸騰狀態(tài),并保持回流。作者簡(jiǎn)禿肯數據1961-),男,武漢科技大學(xué)化工與資源環(huán)境學(xué)院副教授,博士2004年第3期呂早生,等:β乙酰丙烯酸的合成研究251滴加時(shí)間為30~40min?；旌弦旱渭油戤吅?用30℃的水浴回流加熱約30min,使鎂屑反應完全1.2.2制備二甲基鎘在水浴中磁力攪拌下加入6.2g無(wú)水CdCl2。0.5次加料不能過(guò)多。當有氣泡冒出時(shí),即停止加料,并用空心塞塞好瓶口。直至無(wú)氣泡時(shí)打開(kāi)瓶塞繼續加料。但加料時(shí)間必須控制在5min以波長(cháng)/mm內。全部料加完后撤掉冰浴,改用30℃水浴加熱回流45min。制得的二甲基鎘溶液為灰白色并有圖3β乙酰丙烯酸標準溶液(在三氯少量絮狀沉淀甲烷中)的紫外吸收光譜1.2.3制備β乙酰丙烯酸制標準曲線(xiàn),線(xiàn)性回歸方程為A=0.00325+將磁力攪拌裝置換成電動(dòng)攪拌裝置(見(jiàn)圖0.0913C;線(xiàn)性相關(guān)系數r=0.9892)。稱(chēng)取一定量的酸酐在硏體中碾成粉末,溶解將反應產(chǎn)物用濃鹽酸酸化至pH=1~2后,用于一定量的無(wú)水乙醚中。將溶液移至恒壓滴液漏 mL CHCI3萃取3次(20ml,15ml,15mL),定容斗中。在冰浴下將酸酐的乙醚溶液滴入二甲基鎘至10ml,移取2mL至50mL容量瓶中并稀釋至溶液中。開(kāi)始緩慢滴加,后來(lái)可以加快滴加速度?？潭?配制成溶液,測定該浴液的吸光度值A,依據滴加完畢后撒掉冰浴,在一定溫度下水浴回流回歸方程求出其相應的濃度C。產(chǎn)率P=2.5C定的時(shí)間。最后得到黃色粘稠液m×100%,其中m為產(chǎn)品的理論產(chǎn)量反應完畢后,將濃度為10%50mL的硫酸由2實(shí)驗結果及討論滴液漏斗滴入冰浴冷卻下的燒瓶中,先慢后快,同為了研究反應條件對合成產(chǎn)率的影響,我們時(shí)充分攪拌。將酸解后的液體放入分液漏斗中萃進(jìn)行了單因素實(shí)驗和正交實(shí)驗。所考慮的條件有取分離,酸層用50mL乙醚萃取三次(20m反應時(shí)間、反應溫度、溶劑量、物料比(CH3:順丁15mL,15mL),合并乙醚液,用40mL濃度為20%烯二酸酐)碳酸鉀溶液洗滌醚液,再在分液漏斗中分離岀水2.1單因素實(shí)驗結果層,過(guò)濾后得到橙黃色溶液如圖4所示,反應時(shí)間在90min時(shí)產(chǎn)率達最2.4合成產(chǎn)物的分離與提純大。反應時(shí)間為30~90min時(shí),隨著(zhù)時(shí)間的增選用717型強堿性陰離子交換樹(shù)脂,將所得加,產(chǎn)率隨之提高。當反應進(jìn)行一段時(shí)間后,反應的橙黃色溶液用鹽酸調至pH=3配制成待交換時(shí)間增加,反而可能使反應物在長(cháng)時(shí)間的溫水浴液上柱,使交換液流經(jīng)樹(shù)脂柱,控制流速為5mL/加熱下發(fā)生其它復雜的化學(xué)反應,導致產(chǎn)率降低。min。此后,隨時(shí)檢查流出液,待流出液呈明顯的酸性時(shí),停止上柱,用去離子水沖洗樹(shù)脂柱,控制流速為10mL/min。當流出液達到pH時(shí),停止水洗,用0.1mol的HCl洗脫,洗脫速度為5mL/min。當有碘仿反應現象時(shí),開(kāi)始接收洗脫液,碘仿現象消失時(shí),停止洗脫。將收集到的洗反應時(shí)向/min脫液蒸發(fā)、冷卻,結晶得β乙酰丙烯酸晶體,然后圖4反應時(shí)間對產(chǎn)率的影響用熱水重結晶如圖5所示,反應溫度在0~30C之間,產(chǎn)率1.3定量方法顯著(zhù)增加;在30C左右,產(chǎn)率達到最高值;溫度高用U-3010型 HITACHI紫外光譜儀測定于30C以后,產(chǎn)率又有所降低。溫度升至30C以乙酰丙烯酸標準溶液的紫外吸收,如圖3所示。圖3中最大吸收波長(cháng)在240nm處(由于順丁烯二中國煤化工酸酐的最大吸收波長(cháng)也在240nm附近)。為避免CNMHG酸酐對測定結果的干擾,選取其特征吸收波長(cháng)入max=273nm反應溫測定稀釋至不同濃度的β乙酰丙烯酸標準溶圖5反應溫度對產(chǎn)率的影響液的紫外砇輾據其在273mm處的吸光值繪252武漢科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2004年第3期后,溶劑的揮發(fā)損失加快,反應物在攪拌過(guò)程中隨表1中9次實(shí)驗結果以第5號的收率最高著(zhù)溶劑不斷揮發(fā)而變得粘稠,反應物之間不能充達48.9%,相應的水平組合(反應時(shí)間90min,反分均勻接觸,從而導致產(chǎn)率降低。應溫度30℃,溶劑量50mL,反應物摩爾比1:2)如圖6所示,溶劑體積小于30mL時(shí),酸酐不為最好的水平搭配。計算各因素在每個(gè)水平下的能充分溶解,加入到燒瓶中后,反應物之間不能很平均收率,根據三個(gè)平均值的極差R=Rnx一R-i好地接觸,導致產(chǎn)率偏低;當溶劑量大于30mL.的大小判斷各個(gè)因素對收率的影響程度,由實(shí)驗時(shí),隨著(zhù)酸酐在乙醚中溶解量的增加,產(chǎn)率達到數據可得到:R溫度>R時(shí)間>R溶劑量>R摩爾個(gè)最高值;當乙醚的體積大于50mL以后,在酸酐正交實(shí)驗表明,影響收率的最重要因素是反充分溶解的前提下,溶劑量的增加意味著(zhù)單位體應溫度,反應物摩爾比對收率的影響最小;反應時(shí)積酸酐濃度降低,從而導致產(chǎn)率又有所下降間90min,反應溫度30℃,溶劑量50mL,反應物摩爾比1:2為最好的水平搭配。2.3產(chǎn)物的傅立葉紅外光譜圖(FIIR)從圖8可看出,譜圖中主要有兩個(gè)強峰:3264cm-處的寬強峰為締和羥基的OH伸縮溶劑量/L振動(dòng)吸收峰(3200~3400cm-1),1729cm1處的強峰是典型的羰基伸縮振動(dòng)吸收峰;另外,在雙鍵圖6溶劑量對產(chǎn)率的影響的面外彎曲振動(dòng)區(1000~700cm-1)可辨認出如圖7所示,隨著(zhù)反應物摩爾比的增加(酸酐在767cm-處有一較弱的峰是雙鍵的=C—H面的量減少),產(chǎn)率呈上升趨勢。其原因是:①酸酐外彎曲振動(dòng)吸收峰。上述特征吸收峰與文獻[6]量的適當減少使其在二甲基鎘的乙醚溶液中與中所敘述的一致甲基鎘充分接觸反應;②產(chǎn)率是以酸酐為基準計算的10悅反應物摩爾比圖7反應物摩爾比對產(chǎn)率的影響300020001000波數/cm1單因素的實(shí)驗結果表明,反應時(shí)間、反應溫度、溶劑量和反應物摩爾比等因素都對實(shí)驗結果圖8合成產(chǎn)物的傅立葉紅外光譜有影響,不同因素對產(chǎn)率的影響程度也不同?？?.4核磁共振氬譜(HNMR)體來(lái)說(shuō),當反應時(shí)間為60~90min,反應溫度為20圖9中δ:(2.0,s,CH3),(4.8,m,OH),(740℃,溶劑量為40~50mL,摩爾比為1:3時(shí)產(chǎn)率較高。2.2正交實(shí)驗結果正交實(shí)驗結果如表1所示。表1正交實(shí)驗結果反應時(shí)間反應溫溶劑量反應物序號水平組合度/C/mL摩爾比產(chǎn)率圖9合成產(chǎn)物的核磁共振氫譜因素A因素B因素C因素DAl BI CI~8,s,HC=CH),與文獻[7,8]所述有差別。產(chǎn)B C? D01:2.546.2101:343.84A2B1C2D3901:345.1TH中國煤化工化學(xué)平衡關(guān)系CN GOH5A2B2C3D19A2B3C1D290402.540.77A3B1C3D21202.545.38 A3 B CI DA3B1:241.52004年第3期呂早生,等:β乙酰丙烯酸的合成研究253of Cis-B-acetylacrylic Acid [J]. J Org Chem, 1968參考文獻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責任編輯徐前進(jìn)](上接第238頁(yè))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中國煤化工 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責任編輯鄭淑芳]