稀土复合固体超强酸SO42/ ZrO2CeO2催化合成冰片

【摘要】 目的：研究一种合成冰片的新方法。方法：在纳米稀土复合固体超强酸SO42/ ZrO2CeO2催化下，通过α蒎烯与无水草酸酯化皂化法合成冰片。结果：酯化反应能顺利进行生成草酸冰片酯，草酸冰片酯和NaOH发生皂化反应后得到冰片。当酯化反应的温度为80 ℃，反应时间为6 h，催化剂的用量为α蒎烯质量的6%时，冰片的产率为68.7% ，产品中正、异冰片含量比约为5∶1。结论：该合成方法具有反应条件温和，污染小，产率高，产品质量好等优点。

【关键词】 稀土复合固体超强酸;SO42/ ZrO2CeO2;酯化皂化法;α蒎烯;冰片

　　[ABSTRACT] Objective: To find a new way of synthesizing borneol. Methods: Trying to synthesize borneol from apinene and anhydrous oxalic acid by esterificationsaponification under the catalysis of rare earth composite solid superacid S2O82/ZrO2CeO2. Results: Reaction of apinene and anhydrous oxalic acid afforded bornyl oxalate smoothly and borneol was obtained from bornyl oxalate by saponification with NaOH solution. After 6h reaction in presence of catalyst weighed 6% of the mass of apinene， the yield of borneol could reach 68.7% under 80℃， with a ratio of borneol to isoborneol being about 5∶1. Conclusion: The above mentioned synthesis method is productive， environmental friendly， mild and safe.

　　[KEY WORDS] Rare earth composite solid superacid; SO42/ZrO2CeO2; Esterificationsaponification; Apinene; Bomeol

　　冰片为无色透明或白色的片状结晶，外观晶莹如玉而得名。中医认为冰片味辛、苦，微寒，归心、脾、肺经，具有开窍醒神，清热止痛之功效[1]。《本草纲目》中记载，能“通诸窍，散郁火”。冰片在抗菌、抗炎、止痛、抗生育等许多方面都有显著的作用[25]，许多名贵的中成药都把它作为主要组成药物之一，如冰硼散、吼症丸、六神丸、六应丸、牛黄解毒丸、安宫牛黄丸、牛黄上清丸、苏合香丸、以及宽心贴、麝香保心丸和健心片等。冰片也是使用历史最悠久的香料之一。天然冰片价格昂贵，资源越来越稀缺。故目前医药上普遍使用的是合成冰片。合成冰片中存在着正冰片和异冰片2个差向异构体，二者在抗菌消炎、止痛、抗生育等方面效果相似，但医药上一般认为异冰片的不良反应比正冰片大[6，7]，而且异冰片香味不如正冰片。故冰片中以正冰片含量高者为质优。目前普遍采用以硼酸酐催化松节油合成冰片的方法，该方法合成的产品中正、异冰片含量大约为1∶1，且反应剧烈放热难以控制，生产过程中有爆炸的危险，同时污染严重，产率低。本文用纳米稀土复合固体超强酸SO42/ ZrO2CeO2为催化剂，以α蒎烯和草酸为原料，通过酯化皂化法合成冰片，反应条件温和，操作安全，污染少，产率和产品中正冰片含量均高于目前工业方法。

　　1 材料与方法

　　1.1 实验部分

　　1.1.1 试剂及测试仪器 α蒎烯(纯度为96.23%);无水草酸(工业品); NaOH (AR)。日本岛津GC17A型气相色谱仪：SE30型毛细管柱直径0.32 mm×30 m，氢焰检测器，峰面积归一化法计算各组份含量，气化室温度200 ℃，检测器温度220 ℃，柱温(程序升温)100 ℃(保温2 min)，以5 ℃/min升温至200 ℃(保温20 min)，N2载气，乙醇溶剂;德国PerkinElmer SP one FTIR光谱仪(KBr压片)。瑞士Bruker Avance 400核磁共振仪，TMS为内标，CDCl3为溶剂;北京泰克仪器有限公司XT4双目显微熔点测定仪。

　　1.1.2 催化剂的制备[8] 在相同物质的量Ce (CO3) 2和ZrOCl2 ·8h3O容器中加入稀硫酸使其刚好溶解，一边搅拌一边缓慢滴加20%的氨水，同时测定溶液酸性的变化，至pH=9～10时停止搅拌，静置、沉淀，陈化12 h， 过滤，并用蒸馏水洗去Cl和NH4+。再将沉淀物在110 ℃干燥14 h后研细，用1 mol/L的稀h3SO4溶液浸泡10 h，过滤，红外灯干燥，研细，在600 ℃下焙烧3 h，冷却后制成纳米稀土复合固体超强酸SO42/ ZrO2CeO2催化剂。

　　1.1.3 冰片的合成 在三颈烧瓶中加入适量催化剂、5 g无水草酸及20 gα蒎烯，在油浴加热、电动搅拌器搅拌下进行酯化反应。滤去催化剂，水蒸气蒸馏除去轻油得草酸冰片酯，按配比为n(酯)∶n (NaOH)=1∶5 加入质量分数为20%的水溶液发生皂化反应约1 h，水蒸汽蒸馏收集冰片，并进行气相色谱分析。

　　2 结果

　　2.1 酯化反应条件对实验结果的影响

　　按实验1.3方法进行对比实验，考察了酯化反应温度、时间、催化剂用量的影响，实验结果见表1。刘永根，等.稀土复合固体超强酸SO42/ ZrO2CeO2催化合成冰片 表1 酯化反应条件对结果的影响从表1可以看出，酯化反应的最佳反应温度为80 ℃，最佳反应时间为6 h，催化剂的最佳用量为1.2 g即α蒎烯质量的6%，此时冰片的产率为68.7%，产品中正、异冰片含量比约为5∶1。

　　2.2 正、异冰片的分离提纯

　　以GF254型层析硅胶为吸附剂，将体积比为15∶1石油醚和丙酮混合液为洗脱剂，用柱色谱方法可分离出了正、异冰片，正冰片的纯度达到98.6%。异冰片纯度为99.9%。

　　2.3 催化剂的表征

　　催化剂经 Hammett酸标指示剂间硝基甲苯(pKa=-11.99)和对硝基氯苯(pKa=-12.70)的变色反应测定该催化剂的酸性，得其Hammett函数值(Ho):-11.99≥Ho&>-12.70，已达到超强酸的标准[4]。

　　2.4 正、异冰片的表征

　　正龙脑：m.p.205～207 ℃(文献值206～207 ℃);

　　IR：Vmax/cm1：3324， 2951， 1455， 1388， 1369，

　　1349， 1308， 1120， 1234， 1109、1055、1028、1017 cm1。

　　1HNMR(CDCl3，400 MHz)δ：0.847(s， 3H)， 0.856(s， 3H)， 0.868(s， 3H)， 0.963～0.954(m， 1H)， 1.210～1.221(α， 1H)， 1.226～ 1.290(m， 1H)， 1.453(s， 1H)， 1.614～1.637 (m， 1H)， 1.714～1.748(m， 1H)， 1.847～1.918(m， 1H)， 2.238～2.308(m， 1H)， 4.0(α， 1H)。

　　13CNMR(CDCl3，100 MHz)δ：77.35， 49.48， 48.01， 45.09， 39.01， 28.27， 25.91， 20.18， 18.67， 13.32。

　　异龙脑：m.p.212 ℃(文献值 212 ℃)。

　　IR：Vmax/cm1：3421， 2952， 2876， 1455， 1385， 1370， 1340， 1315， 1120， 1069， 1005 cm1。

　　1HNMR(CDCl3，400 MHz)δ: 3.60 ( t， 1H， CH)， 2.67 ( s， 1H，OH)， 1.10  1.91 (m， 7H， Ch3Ch3 CHCh3 )， 1.038 ( s， 3H， CH3 )。0.925 (s， 3H， CH )， 0.841 ( s， 3H， CH3 )。

　　13CNMR(CDCl3)δ：79.92，77.35，48.95，46.34，45.01，40.36，33.90，27.23，20.48，11.32。

　　3 结论

　　纳米复合固体超强酸SO42/ZrO2CeO2 催化α蒎烯和草酸酯化皂化法合成冰片，克服了目前工业合成冰片的方法中存在的诸多缺点，具有反应条件温和，污染小，产率高，产品质量好等优点。为工业合成冰片提供了一个新方法。

参考文献

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