以醋酸甲酯为原料合成肉桂酸甲酯

以醋酸甲酯为原料合成肉桂酸甲酯

摘要

肉桂酸甲酯又叫β-2苯基丙烯酸甲酯，具有樱桃似香气。是一种重要的合成香料，可用作制造香水香精、皂用香精的常用定香剂，也可用于食用香精，也是沙枣花挥发油和净油的主要成分之一。在香料产业中是一种常见的具有非常重要作用的物质。

本论文利用克莱森酯缩合，以上游工业生产副产物——醋酸甲酯为主要原料，在强碱性催化剂的作用下，将羰基的α-氢活化，形成碳负离子，然后与苯甲醛发生缩合反应，形成最终产物——肉桂酸甲酯。实验结果表明，采用苯甲醛与醋酸甲酯在常温（25℃），物质量比为1∶1.3 ,

反应时间4h,甲醇钠催化条件下制备肉桂酸甲酯，产率达43%。该方法工艺流程简单，副产物少，反应时间短，对环境污染小。经过检测产品纯度符合要求，并且改进合成条件后的反应适宜于规模化工业生产。

关键词：肉桂酸甲酯，醋酸甲酯，苯甲醛，克莱森酯合成

TO METHYL ACETATE SYNTHESIZED

METHYL CINNAMATE

ABSTRACT

Cinnamon β-2 known as methyl methacrylate phenyl, has cherry aroma. As one kind of important synthesis spice, it usually is used in making perfume essence, the essence of soap, can also be used for food flavor,one major component of Elaeagnus angustifolia Absolute Oil and volatile oil. In the spice industry, it plays an important role in the material.

In this paper Claisen Ester condensation was used, with travel-products of industrial production - methyl acetate as the main raw material, in strong alkaline catalyst , it will activate α- hydrogen of the carbonyl, forming carbon anion, and then with Benzophenone Aldehyde in condensation to form the final product - methyl cinnamon. Results showed that using formaldehyde and acetic acid methyl benzene at room temperature (25 ℃), the mole ratio of 1 :1.3 , after reacting 4h,with methanol sodium as catalyst ,methyl of cinnamon can be gained, the yield was 43 percent. The method had simple process, the short reaction time , less pollution. After testing ,the purity can meet the requirements,

and if improving the conditions of the reaction,it will appropriate to the scale of chemical industry.

KEY WORDS: methyl cinnamate，methyl acetate，benzaldehyde ，claisen condensation

目录

摘要 (Ⅰ)

ABSTRACT (Ⅱ)

第一章文献综述 (1)

1.1 课题背景 (1)

1.2 肉桂酸甲酯合成工艺的现状 (4)

1.2.1 无机酸催化酯化法合成肉桂酸甲酯 (4)

1.2.2采用微波辐射技术合成肉桂酸甲酯 (8)

1.2.3 其他反应途径合成肉桂酸甲酯 (8)

1.3 国内外合成工艺对比分析 (8)

1.4 合成方法分析与确定最终方案 (9)

1.4.1 合成方法分析 (9)

1.4.2 最终方案 (12)

第二章原理性状 (13)

2.1 克莱森肉桂酸酯反应原理 (13)

2.2 主要反应物，产物理化性质 (15)

2.2.1 肉桂酸甲酯性质，用途，功能 (15)

2.2.2 主要反应物性质，注意事项 (16)

2.3 副反应及消除方式 (17)

2.3.1 苯甲酸对反应影响 (17)

2.3.2 乙酰乙酸甲酯对反应影响 (17)

2.3.3 康尼查罗反应对反应影响 (18)

2.3.4 其他事项对反应影响 (19)

第三章实验部分 (20)

3.1 实验药品、试剂 (20)

3.2 实验仪器、设备 (20)

3.3 实验步骤 (21)

第四章结果讨论 (23)

4.1酯与醛摩尔比对产率影响 (23)

4.2反应温度对产率的影响 (24)

4.3反应时间对产率的影响 (25)

4.4催化剂用量对产率的影响 (25)

4.5其他条件对产率的影响 (26)

第五章产物鉴定 (28)

5.1 常规方法简单检测 (28)

5.2 红外光谱检测 (28)

5.3 紫外光谱检测 (30)

5.3.1 肉桂酸甲酯紫外图谱 (30)

5.3.2 醋酸甲酯紫外图谱 (31)

5.3.3 苯甲醛紫外图谱 (31)

5.4 其他标准物图谱数据 (32)

第六章论文结论及其总结 (34)

参考文献 (35)

致谢 (38)

第一章文献综述

1.1 课题背景

1.1.1香精香料概况

肉桂酸甲酯是一种重要的合成香料，可用作制造香水香精、皂用香精的常用定香剂，也可用于食用香精[ 1 ] [ 2 ]，是沙枣花挥发油和净油的主要成分之一[ 3 ] [ 4 ] 。

香料香精工业是为加香产品配套的重要原料工业。香料是调配香精的原料；香精广泛配套于食品、饮料、酒类、卷烟、洗涤用品、化妆品、牙膏、医药、饲料、纺织及皮革等工业。除香水之外，香精在不同加香产品中的用量只有0.3-3%，但它对产品质量确起着优劣的重要作用，因此香精被称为加香产品的“灵魂”。香料香精的特点是：品种多，产量小，专用性、配套性强，用量少作用大，一地生产多地使用(包括国际)，既含精湛技术，又具高超艺术，故香料香精工业是非工业发达国家所不及的一个特殊的工业，是早已国际化的产业。

香料、香精制造是指具有香气和香味，用于调配香精的物质--香料的生产[ 2 ]；以及以多种天然香料和合成香料为主要原料，并与其他辅料一起按合理的配方和工艺调配制得的具有一定香型的复杂混合物，主要用于各类加香产品中的香精的生产。根据用途可分为日用香料、香精和食用香料香精两大类。

随着世界各国(尤其是发达国家)经济的发展，消费水平不断提高，人们对食品、日用品品质要求愈来愈高，工业的发展，消费品的需求量增加，加速了世界香料工业的发展。目前世界上香料品种约6000种，中国生产的香料就有1000种，我国也是世界上最大的天然香精香料生产国。

据统计，截至2006年底，全国共有规模以上香料香精企业346家，实现产品销售收入225亿元，同比增长20.66%；实现利润总值28亿元，同比增长24.16%[ 3 ]。目前我国香料香精企业主要为三资企业、民营企业和国有企业。三资企业以其技术和经济实力优势，在中国香料香精行业具有巨大潜力；民营企业在当前国家政策的鼓励下，发展十分迅猛，凭借其灵活的经营机制和周到的服务赢得了用户的好评，其市场份额正在不断扩大，占主导地位；国有老牌企业由于其历史悠久，品牌知名度高，质量稳定，价格低廉而受到用户的青睐。

全球对香料的需求年增长率为5.4%，这主要源于世界发展中国家和地区，如拉丁美洲和亚洲(不包括日本)。2005年全球调味料市场规模为48亿美元，2012年也许会增至62.2亿美元。2008年全球香料香精市场需求量预测：食品香精72.55亿美元，日化香精65.7亿美元，精油及天然提取物25.4亿美元，合成香料21.95亿美元，总计185.6亿美元。

1.1.2定向剂介绍及其应用

在肉桂酸的具体用途上，又是以做为定香剂为主存在的[ 6 ]。定香剂和食用香精占据了肉桂酸甲酯用途的绝大部分。

定香剂又叫保香剂。定香剂的作用主要是延长香精或香精中某些香料组分的挥发时间，同时使香精的香气特征或香型能保持较稳定而持久。化学合成的定香剂，品种很多，包括合成麝香、某些晶体、高沸点香料化合物，如多元酸、酯类等。合成麝香类是优良的定香剂，具有动物类天然香料的某些特征。常用的有二甲苯麝香、加乐麝香、麝香酮、莎利麝香、万山麝香、粉檀麝香等。从结构上讲，二甲苯麝香含有硝基，对光不稳定，易变色，但在碱性介质下较稳定，广泛应用于香皂、香粉、浴液等日用香精中。最新开发出来的人造麝香新品种，如佳乐麝香，在碱性介质中香气稳定，不改变颜色，香质佳，价格低廉，是很有发展前景的多环麝香，作为定香剂和协调剂，可以应用于金合欢、素心兰、紫罗兰、水仙、白兰、玫瑰、果香型等各种日用香精中. 麝香类香料具有优雅的花香和动物香，而且香味持久，在高级化妆品香精中只需加1 % ，就能起到优良的定香剂的作用。

晶体类定香剂有香豆素、香兰素、二苯甲酮等。如香兰素是重要香料之一，作粉底香料，几乎用于紫罗兰、葵花、玫瑰、茉莉等所有香型，在食品、烟酒中应用也很广泛，在香子兰、巧克力、太妃香型中是必不可少的香料. 再如二苯甲酮作为定香剂，主要用于玫瑰、香叶、铃兰、葵花、山楂等低档日用香精中。

高沸点化合物有肉桂酸苄酯、羟基香茅醛、苯甲酸苯甲酯、丁二酸二乙酯、苯甲酸丁酯、水杨酸苯甲酯等，有些香气很弱，对香气几乎没有贡献，除定香剂作用外，还能作香精溶剂及稀释剂。大部分酯类香料是高沸点化合物，在香料工业中，占有特别重要的地位，它们大多具有宜人的香味，如花香、果香、酒香、蜜香香气等。在配制化妆品香料、食品香料及烟酒香料中，酯类香料是不可缺少的。

1.1.3肉桂系列产品在各种领域的应用

肉桂香型香精香料在欧美国家流行[ 7 ]。肉桂醛作为羟酸类燕香化膈物，有良好的持香作用，在调香中作配香原料使用，使主香料香气更清香。因其沸点比分子结构相似的其他有机物高，因而常用作定香剂。常用于日化类香精，调制栀子、素馨、铃兰、玫瑰等香精，在食品香料中可用于苹果、樱桃、水果香精。肉桂酸甲酯，具有果香膏香，可作为制造香水香精、皂用香精的定香剂，也可作为食用香精被广泛使用。

肉桂香型在化妆品行业被众多消费者所广泛接受[ 8 ]。最近美国一家权威机构研究表明添加肉桂系列的化妆品有抑制形成黑色酪氨酸酶的作用，对紫外线有一定的隔绝作用，能使褐斑变浅、甚至消失，是高级防晒霜中必不可少的成分之一。因其具有促进血液循环，使皮肤回温，紧实皮肤组织、外用于按摩可使四肢、身体舒畅，对水分滞留的现象可以得到充分的改善，具有很强的脂肪分解作用。常用于美容休闲保健中，如按摩液，美体瘦身乳，祛疤液等产品中。对皮肤的疤痕、纤维瘤的软化与清除皆具效果。

肉桂香气。肉桂系列在食品中不紧能持久的保持香气而且对食品杀菌、防腐、保鲜有奇效，且能产生依赖效果。因此，对水果，食品有很好的防腐保鲜作用。在我国肉桂系列在食品工业中广泛用于槟榔加工、口香糖、糖果加工、面包、蛋糕、糕点、焙烤食品等等行业。

肉桂系列产品在药品、保健品行业已经被广泛应用。不仅具有杀菌消毒防腐，特别是对真菌有显著疗效。还可以抗溃疡、加强胃、肠道运动。此外有脂肪分解作用、抗病毒作用。对流感病毒，SV10病毒引起的肿瘤抑制作用强大。抗癌作用。可抑制肿瘤的发生，并具抗诱变作用和抗辐射作用。扩张血管及降压作用。对肾上腺皮质性高血压有降压作用。常用于外用药、合成药中。如红花油、清凉油。

1.1.4本课题研究的市场前景与成本核算

目前，市场上肉桂酸甲酯的成交价在14000～15000元/吨。而醋酸甲酯的报价在6300～8500元/吨。应三维集团的需求，将上游生产的副产物醋酸甲酯做为下来的反应物加以再利用，可以在增加效益，使产品的销路更广的同时减少废弃物对环境的污染破坏。取得了利益与环境双赢的效果。与此同时，解决了三维集团厂内某些产品不好销售的问题，更加完善了厂内的循环生产线。具有良好的市场前景与成本发展效益。

1.2 肉桂酸甲酯合成工艺现状

目前合成肉桂酸甲酯方法有无机酸(如盐酸、硫酸) 催化酯化法[ 9 ]、有机酸催化酯化法[ 10 ]、多相催化酯化法[ 11 ] [ 12 ]和高压微波合成法[ 13 ]。除了酯化法合成肉桂酸甲酯外，也有利用Pd2Cu /C为催化剂，由苯乙烯、一氧化碳和氧催化甲醇合成产物的报道[ 14 ]。此外利用氯化钯和聚乙二醇催化由碘化苯和丙烯酸甲酯合成肉桂酸甲酯的文献被前人所提出与研究[ 15 ]。不过这些非酯化法方法中的催化剂昂贵，且反应条件要求严格，所以大部分仍在实验探索，未能进入工业化大规模生产实践阶段。

1.2.1无机酸催化酯化法合成肉桂酸甲酯

无机酸(如HCl、H

2SO

4

)催化酯化法是合成肉桂酸甲酯的主要方向[ 15 ][ 16 ]。近年来

已有不少化学工作者在这方面进行过研究，其反应式如下图1.1所示。

CH CH O

OH

H

3C OH

不同催化条件

CH CH

O

O CH3

H2O 图1.1 以肉桂酸和甲醇为原料制取肉桂酸甲酯反应式

Diagram 1.1 to cinnamic acid and methanol production of raw materials for the reaction of

methyl-cinnamon

照上反应式常见的酸醇各种催化方法如下所示：

（1）磺酸催化合成肉桂酸甲酯

○1对甲苯磺酸

对甲苯磺酸是一种固体强有机酸，催化活性高，保管、运输、使用方便，同时经济易得，是催化合成肉桂酸甲酯的良好催化剂。早在1991年靳通收就利用它催化合成了肉桂酸甲酯。利用7.17g肉桂酸、8mL甲醇，0.17g对甲苯磺酸催化下70～77℃回流5h，产品收率达84.10% [18]；后来王微宏等又重新报道了此方法，当使用3.10g (0.102mol)肉桂酸、5.10mL甲醇，在0.15g对甲苯磺酸催化下持续回流3h，得肉桂酸甲酯3.10g，收率可达92.16% [19]；许同也曾经桃报道过了利用3.10g(0.102mol)肉桂酸、0.115mol甲醇，0.15g对甲苯磺酸回流反应持续5h，肉桂酸甲酯收率可达90.12%[20]。

○2氨基磺酸(H2N - SO2OH)

氨基磺酸氨基磺酸也是一种价廉、易得的稳定固体，它不仅具有对甲苯磺酸的优点，而且反应后以结晶析出沉淀于反应液下方，易于与反应液分离，操作方便，分离出的催化剂仍具有重复催化性能，是合成肉桂酸乙酯的良好催化剂[21]。前人利用氨基磺酸也催化合成肉桂酸甲酯，发现当肉桂酸、甲醇和氨基磺酸的摩尔比为1∶10∶1，回流持续3h，肉桂酸甲酯收率可达到90.15%，并且催化剂重复催化性能良好。

○3强酸性阳离子交换树脂

强酸性阳离子交换树脂是一种高分子磺酸，很早就有催化酯化的报道，其优点为: 催化剂易得，不腐蚀反应设备，不污染环境，不会引起副反应，反应温和，操作方便，催化剂能够分离回收并重复连续使用，活性高，极有工业使用价值。靳通收等将3.17g( 0.1025mol)肉桂酸， 2.10g磺化苯乙烯树脂(732型) 、3mL甲醇，于65 .75℃环境下持续回流反应6h，蒸去多余甲醇，用二氯甲烷提取，在用碳酸钠溶液洗涤，干燥蒸去二氯甲烷后得最终产品3.185g，收率95.11% ，催化剂重复使用10 次之后收率仍可以达到92.16% [ 22 ]。其后杨英杰、韩宝成和赵银等也分别报道了利用离子交换树脂催化合成肉桂酸甲酯，收率均大于95% ，而且树脂的重复催化效果良好[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]。

（2）无机氯化物催化合成肉桂酸甲酯

○1结晶三氯化铁及聚氯乙烯三氯化铁树脂

由于Fe3+的空轨道能与羧酸中羰基氧配位而引起酯化反应的发生。因而促使人们研究其催化酯化性能。结晶三氯化铁是一种价廉、易得的Lewis酸，利用它催化合成肉桂酸甲酯操作方便，对设备腐蚀小，副反应少，催化剂用量少，是一种值得重视的反应催化剂[ 26 ]。使用 3.10g (0.102mol)肉桂酸、8mL (0.120mol)甲醇、1.10g(0.10037mol)结晶三氯化铁一起回流反应5h以上，产品收率大于80%[ 27 ]，比同样条件下硫酸催化合成的产品收率高。此方法中唯一缺点是结晶三氯化铁易吸潮。为改进此弊端，作者将它与易得的高分子载体聚氯乙烯( PVC)作用制成聚氯乙烯固载的三氯化铁树脂( PVC - FeCl3)，并成功催化合成了肉桂酸甲酯，当0.102mol肉桂酸、0.110mol (4mL)甲醇，在1.15g PVC- FeCl3作用下回流7h，产品收率达84.14% ，同时该树脂能够重复使用[ 28 ]。

○2结晶氯化锡

同结晶氯化铁一样，结晶四氯化锡( SnCl4 ·5H2O)也是一种具有外层空轨道的Lewis

酸，具有催化酯化性能。作者利用结晶四氯化锡成功地合成了肉桂酸甲酯: 0.102mol ( 3.10g) 肉桂酸、0.115mol (6mL)甲醇，在0.1006mol ( 2.10g)结晶四氯化锡作用下回流3h，产品收率达89.12% [ 29 ]。它不仅具有结晶三氯化铁的优点，而且其产品颜色较好(白色) 不需重结晶，也是一种优良的合成反应催化剂。

（3）硫酸盐催化合成肉桂酸甲酯

○1硫酸铁铵

由于结晶三氯化铁( FeCl3 ·6H2O)易于吸潮，难于保管和使用，同时溶于反应体系，给产品的分离提纯带来一定麻烦，而十二水合硫酸铁铵(铁铵矾)是一种稳定的晶体，除具有氯化铁的优点外，它不易吸潮，不溶于反应体系，而且反应后将结成疏松的固体，易于分离，操作方便，不腐蚀反应设备，反应液颜色很浅，是一种良好的催化剂。使用0.102mol(3.10g) 肉桂酸、0.120mol ( 8mL ) 甲醇，在0.101mol(5.10g)十二水合硫酸铁铵作用下回流反应7h，产品收率达87.15%[ 30 ] [ 31 ]。为了加速反应进程，凌绍明等采用了微波辐射方法合成了肉桂酸甲酯，当0.102mol肉桂酸、0.110mol甲醇，0.100455mol (2.10g)硫酸铁铵为催化剂，利用功率为729W的微波辐射3min，产品收率可达93.18%[ 32 ]，反应速度大大加快。

○2结晶硫酸氢钠(钾)

结晶硫酸氢钠(NaHSO4·H2O)同样是一种价廉、易得、稳定的无机晶体，由于在水溶液中HSO4-能电离出H+，所以其水溶液呈强酸性，因而能催化发生酯化反应。但由于其难溶于有机反应体系，因而对设备腐蚀较小，且易于从反应体系中分离，残留下的催化剂仍有一定催化性能。利用它成功地催化合成了肉桂酸甲酯，当0.102mol (3.10g)肉桂酸、0.115mol(6mL)甲醇，在0.1007mol ( 1.10g)结晶硫酸氢钠作用下回流反应3h，产品收率达98.18% ，其催化效果均比前述的各种催化剂强，同时其重复催化效果也比PVC - FeCl3好，是一种很好的催化剂[ 33 ]。使用0.102mol肉桂酸、0.110mol甲醇，在0.100435mol(0.16g)结晶硫酸氢钠催化下，利用功率为729W 的微波辐射5min，产品收率可达98.18% ，反应速度会大大加快，催化剂重复试验效果良好[34]。硫酸氢钾与硫酸氢钠是同类型物质，只是成本稍贵一些。也同样证实可催化合成肉桂酸甲酯，使用0.102mol肉桂酸、0.110mol甲醇，0.10074mol(1.10g)硫酸氢钾为催化剂，利用功率为729W的微波辐射5min，产品收率达97.13%，此催化剂同样可重复催化[35]。

（4）硼酸催化合成肉桂酸甲酯

硼酸是一种无机弱酸，但能催化合成肉桂酸甲酯，隆金桥利用酸醇摩尔比为1∶6，催化剂2.10g，在729W功率的微波辐射8min，肉桂酸甲酯最终收率可以达到73.14%[ 36 ]。硼酸也是价廉易得的固体，对设备腐蚀小，污染低，是一种新的催化剂。

（5）固体超强酸催化合成肉桂酸甲酯

超强酸是酸强度比100%硫酸更强的酸。固体超强酸具有不腐蚀反应设备，不污染环境，不怕水，耐高温，反应活性高，选择性好，制备容易，在反应体系中易分离，能够重复使用与再生，不易中毒等优点，具有一定的工业使用价值。勒通收等利用固体超强酸ZrO2 /S2O2 -8 催化合成肉桂酸甲酯:当0.101mol ( 1.148g)肉桂酸、0.110mol ( 4mL )甲醇、0.15g催化剂，95- 100℃回流5h，薄层色谱跟踪得产品收率95.17% ，此催化剂重复催化活性很好，重复催化6次，收率仍达到了92.14%[ 37 ]，是合成肉桂酸甲酯的良好催化剂。

（6）杂多酸催化合成肉桂酸甲酯

杂多酸是一类含有氧桥的多核配合物，兼有酸性和氧化性、具有分子筛的笼状结构特征，可用作酸性，氧化还原性或双功能催化剂，对许多反应表现出很强的催化活性和选择性。作为酸性催化剂，杂多酸具有活性高，不腐蚀设备，不污染环境，能够回收、重复使用和再生等众多优点，是一类很有使用价值的催化剂。张秀媚等利用0.103mol肉桂酸、0.118mol甲醇， 0.135g磷钨酸和硅钨酸为催化剂。回流反应持续5h，比较了它们的催化活性，发现磷钨酸的活性比硅钨酸强，前者能使合成肉桂酸甲酯中肉桂酸酯化率达72.131% ，后者为62.18%[ 38 ]。固载型杂多酸是近年来研究者热衷的环境友好催化剂[ 39 ]。陆丹梅等将硅钨酸固载于TiO2上制成固载杂多酸盐TiSiW12O40/TiO2并应用高压微波辐射技术催化合成了肉桂酸甲酯:其最佳反应条件为:甲醇与肉桂酸摩尔比为5 ∶1，催化剂为反应物总量的2.10% ，微波功率为729W 辐射3min，产品收率达97.14% ，在上述反应条件下催化剂重复使用 4 次，产品收率为97.16% ，平均为97.14% 。因此是一种非常好的催化剂[ 40 ]。由于无机酸的强腐蚀性，易引起副反应(如磺化、氧化、加成、炭化)而影响酯的收率和质量，也不符合当今环境保护的要求。

1.2.2采用微波辐射技术合成肉桂酸甲酯

(1)采用微波辐射技术，以TiSiW 12O 40/TiO 2为催化剂，可以快速地合成肉桂酸

甲酯，其最佳反应条件为: 醇酸物质的量比为5∶1，催化剂用量为反应物总质量的2.10% ，微波功率为729W ，辐射时间为3min，产品的平均收率为97.14%。与传统的方法相比，该方法大大缩短了反应时间，催化剂用量少，醇酸物质的量比低，是快速合成肉桂酸甲酯的有效方法。

(2)采用超声波辐射技术，以NaHSO4 ·H2O 为催化剂，合成肉桂酸甲酯的最佳反应条件为:醇酸物质的量比为8 ∶1 ，催化剂用量为反应物总质量的10. 0 % ，超声波功率为120W ，辐射时间为2. 5h ，产品平均收率为96. 3 %。该法简便，产品收率高，有工业应用价值。

(3)硫酸钛是微波辐射合成肉桂酸甲酯的良好催化剂，最优反应条件为:肉桂酸与甲醇物质的量比为1∶12. 5，催化剂硫酸钛用量占反应物料总质量的3. 2% ，微波辐射25min，肉桂酸酯收率可达91. 2%。使用硫酸钛微波辐射合成肉桂酸甲酯克服了用浓硫酸作催化剂所带来的诸多问题，且硫酸钛可重复多次使用，缩短了反应时间。

1.2.3 其他反应途径合成肉桂酸甲酯

以醋酸、甲醇为原料，以浓硫酸为催化剂，利用实验室小型反应精馏装置，对反应精馏法制备醋酸甲酯的工艺条件进行了实验研究，结果表明：

反应精馏法制备醋酸甲酯是可行的一种合成方式，其中醋酸既是反应物又作为了甲醇的萃取剂；在实验条件范围内，最佳的操作条件为：醇酸进料物质的量比为1：2，回流比为2，醋酸进料口在反应精馏塔的上部，且塔板数越大分离效果会越好。

1.3 国内外合成工艺对比分析

对以上多种合成肉桂酸甲酯方法的分析与比较后可以得到以下几点结论：

（1）使用传统无机酸(如HCl、H2SO4)催化酯化法。由于无机酸的强腐蚀性，易引起副反应(如磺化、氧化、加成、炭化)比较多。有反应时间长，产品收率低，设备腐蚀严重，后处理产生的废水等缺点。此会响酯的收率和质量，也不符合当今环境保护的要求。

（2）探讨新型催化剂则主要集中在固体超强酸、路易斯酸和取代苯磺酸等方面，而且它们均采用常规的加热回流方法。这些方法虽然能克服无机酸催化法的缺点，但是它们的反应时间一般比较长(3～4h ) ，醇酸物质的量比一般较高(6∶1～10∶1) ，

而且催化剂用量较高(占反应物料总质量的4% 以上) ， 产品收率不够高(72%～ 87.15% )。因此， 不可避免地存在原料利用率低和能耗高等不良因素。

（3）相催化酯化法反应时间长，产品收率不高(72 %～87 %) 。

（4）催化酯化法反应时间短，产品收率高，不利因素在于反应成本高。

（5）高压微波合成法虽然能克服以上前几种方法的缺点，但是此方法的限制在于生产成本比较高，对于生产条件和外部因素要求比较高，所以难以实现大型工业化生产。

（6）除了酯化法合成肉桂酸甲酯外，也有利用Pd 2Cu /C 为催化剂，由苯乙烯、一氧化碳和氧催化甲醇合成肉桂酸甲酯和利用氯化钯和聚乙二醇催化由碘化苯和丙烯酸甲酯合成肉桂酸甲酯的报道，不过这种方法中使用的催化剂昂贵，所以仍在实验探索阶段。

1.4合成方法分析与最终方案确定

1.4.1合成方法分析

以醋酸甲酯为原理合成肉桂酸甲酯，我们可以通过以下四种反应途径：例如Claisen 缩合，Wittig 反应，Knoevenagel 反应和Reformastsky 反应。现在逐一对各种方法叙述分析[ 41 ]：

（1）Claisen 缩合：

根据克莱森酯缩合原理：含有α-氢的酯在醇钠等碱性缩合剂作用下，失去一分子醇最终得到β-酮酸酯。

实际上，对于含有α-氢的酯基本上都可以发生自身缩合。根据其反应机理（后加以详细叙述），含有α-氢的酯也可以与苯甲醛反应生成β-羟基羧酸酯，然后再脱水就可以得到α，β-不饱和羧酸酯。 O O CH 3H 3C CH O CH

CH O

O CH 3

NaO CH 3

（2）Wittig 反应：

磷叶立德与醛、酮作用生成烯烃和氧化三苯基磷的反应称为Wittig 反应或羰基烯化反应。通式为：

33H

R1R3R1R3\/\/PPh O C C C Ph P O C /\/\R2R4R2R4∣-+=??→=+=

设计路线如下：

（3）Knoevenagel 反应：

其反应通式为：

-OH 2OH

R X R X \/\/O+H C CH C /\/\H R'Y H R'Y =???→

-（）（）

+

2H H O R

X \/ C C /\H R'Y -???→=（）

其中，X 、Y 为CHO ，COR ，COOR ，CN ，NO 2，SOR ，SO 2R ，SO 2OR 或类似的

原子团。

设计路线如下：

（1） Reformastsky 反应：

用α-卤代羧酸酯在锌的作用下与醛或酮反应，生成β-羟基羧酸酯，或脱水生成α，β-不饱和羧酸酯。

反应中的α-卤代羧酸酯以α-溴代羧酸酯最为常用。

该反应一般在有机溶剂中进行，常用的有机溶剂有乙醚、四氢呋喃、苯、二甲亚砜等。

设计反应路线如下：

C COOCH 3H 3PBr Br CH 2COOCH 3PhCHO,Zn

苯/乙醚；H +CH 3HO CH 2

O

O CH 3CH CH O O CH 3

H 2SO 4

1.4.2最终方案确定

比较上面四条反应路线，可以很明显看出，第一种方案反应路线最短，条件要求最低。由于后三种方案反应的产率均不是太高且存在分离困难，副反应多等诸多不利因素。而且从实验室实际条件分析，最终决定用第一条路线。根据俞凌羽在文献记载的《克莱森（Claisen ）肉桂酸甲酯合成》内容[ 42 ]：

芳香醛及羧酸酯用金属钠处理得到α，β-不饱和酸。这个反应不能离析醇醛缩合产物。最好用羧酸甲酯。将钠丝加入酯中，然后冷却和搅拌下滴入醛。反应式为： CH

O R CH 2COOR'Na CH C R COOR'

例如由苯甲醛及乙酸乙酯在乙醇钠存在下作用得到肉桂酸乙酯，产率74%。O OC 2H 5NaO C 2H 5CH

O H 3C CH O OC 2H 5+H 2O CH 3+

就本实验方案来讲，即用醋酸甲酯同苯甲醛在甲醇钠的催化作用下，用克莱森酯缩合的原理生成肉桂酸甲酯。

第二章原理性状

2.1 克莱森肉桂酸酯反应原理

2.1.1克莱森反应机理

克莱森缩合反应的核心步骤是一个亲核取代反应，它的具体步骤如下[ 43 ]：

（1）如图2.1所示一分子羧酸酯在强碱的进攻下失去酰基的一个α-氢原子，这是一个E2消除反应，并得到碳负离子A。

图 2.1

（2）如图2.2所示，A对另一分子羧酸酯的羰基进行亲核进攻，得到中间体B，B随后脱去醇负离子而得到产物β-羰基羧酸酯。

图 2.2

（3）如图2.3所示，产物的α-氢与两个羰基邻近，因而有较强的酸性，会与反应物中的强碱反应而以共轭碱的形式存在。

图 2.3