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水杨酸甲酯的合成方法和来源有哪些? 1

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引言:

水杨酸甲酯的合成方法多样,包括化学合成和自然提取两大类。了解这些合成途径和来源有助于优化生产过程和提高产品的纯度。


简介:什么是水杨酸甲酯?

冬青树叶中含有水杨酸甲酯(MeSA),俗称冬青油,也叫白株木油,是一种无色或带淡黄色的油状液体,有冬青香味,味甜而辣,熔点:8.6℃ ,沸点:218 ~224℃ ( 沸腾时部分分解),三氯化铁检测呈紫色,易溶于乙醇、乙醚、冰醋酸等有机溶剂。

MeSA 是一种 β 羟基酸,通过其前体化合物 SA 从异分支酸 (IC) 和苯丙氨酸氨裂解酶 (PAL) 途径衍生而来。MeSA 最初是从冬青Gaultheria procumbens (Cahours 1843 ) 中分离出来的,但在植物界中广泛存在。在某些情况下,它的浓度会使其典型的“冬青香气”被人类的鼻子感知到,


1. 水杨酸甲酯来自哪里?

1)水杨酸甲酯是由许多种类的植物产生的,也是合成生产的。水杨酸甲酯是一种有机酯,由许多植物物种自然产生,特别是冬绿植物。1843 年,该化合物首次从 Gaultheria procumbens 植物材料中提取和分离出来。水杨酸甲酯可以从杜鹃花科( Gaultheria procumbens )的叶子和桦树科(Betula lenta )的树皮中提取。


2)哪些植物会产生水杨酸甲酯?水杨酸甲酯的形成过程如下:水杨酸甲酯的水平在生物胁迫下通常会升高,特别是在病原体感染时,这种物质在诱导耐药性方面起着重要作用。水杨酸甲酯通过转化为植物激素水杨酸来发挥作用。由于其挥发性,水杨酸甲酯能够通过空气传播到同一植物的远端部分,甚至传播到邻近的植物,从而作为一种植物间的通讯机制,向周围植物“发出”危险警告。当一些植物被草食性昆虫破坏时,水杨酸甲酯也会释放出来,在那里它们可能作为帮助招募捕食者的线索。


一些植物会产生大量水杨酸甲酯,它可能参与直接防御捕食者或病原体。后者的例子包括:杜鹃花科白珠树属的一些物种,包括平卧白珠树、冬青树或东部茶莓;桦木科桦木属的一些物种,特别是桦木亚属的物种,如黑桦;蔷薇科绣线菊属的所有物种,也称为绣线菊;远志科远志属的物种。水杨酸甲酯也可以是花香的成分之一,尤其是那些依赖夜间传粉昆虫的植物,如蛾、金龟子和(夜间)蜜蜂。


虽然不太常见,但丁香、苹果和草莓等植物中也含有少量水杨酸甲酯。


2. 水杨酸甲酯是如何合成的?

2.1 天然冬青油

天然冬青油可以通过水蒸气蒸馏冬青树的树叶获得,此外,蒸馏甜桦的树皮而得的甜桦油,成分基本上与冬青油一致,在商品上常混称“天然冬青油。”


2.2 合成冬青油

合成冬青油,是指纯水杨酸甲酯。水杨酸甲酯合成通常是用水杨酸和甲醇在催化剂硫酸的作用下来制备。水杨酸甲酯的合成方程式如下:


反应完成后,为了获得纯产品,可以通过减压蒸馏或洗涤萃取等工艺来实现。


3. 如何制作水杨酸甲酯?

称量水杨酸 6.90 g(0.05 mol)加入到三口烧瓶中,按配比(1: 5~1:25)加入一定量的甲醇,再加入一定量催化剂加热回流数小时。回流完毕冷却至室温,将回流装置更换为蒸馏装置,回收未反应的甲醇。配制饱和碳酸氢钠溶液,待蒸馏完毕的溶液冷却后,缓慢加入饱和碳酸氢纳溶液并不断搅拌,直到无气泡产生。最后用乙酸乙酯进行萃取,将油层置于磨口锥形瓶中,并加入过量的无水硫酸镁干燥12h。过滤,蒸馏,得到淡黄色油状液体即为产品。


4. 从天然来源中提取水杨酸甲酯的常用方法有哪些?

从植物中提取水杨酸甲酯的主要方法是蒸汽蒸馏。一些最常见的来源包括:

冬青 (Gaultheria procumbens)、桦树、甜桦树 (Betula lenta)等。虽然蒸汽蒸馏是从天然来源提取水杨酸甲酯的主要方法,但也探索了其他技术,尽管它们不太常用:

1)溶剂萃取

有机溶剂可用于从植物材料中提取水杨酸甲酯。但是,这种方法需要仔细选择和去除溶剂以确保产品纯度。


2)超临界流体萃取 (SFE)

该技术在高压和高温下使用二氧化碳来提取所需的化合物。虽然它可以很高效,但需要专门的设备和条件。


5. 冬青油( 水杨酸甲酯) 的提取步骤

1)称取预先采摘洗净阴干的冬青叶 30 g,剪碎装入滤纸筒,上口用脱脂棉盖好,然后放入提取器中,取 95% 乙醇 150mL 于圆底烧瓶中,加热虹吸浸泡萃取,约 3h 后,提取器内溶液的颜色变得很淡,待提取器内回流液刚刚虹吸下去时,立即停止加热。将仪器改装成蒸馏装置,加沸石 2 粒,蒸馏回收提取液中的大部分乙醇。然后,改用水蒸气蒸馏装置,进行水蒸气蒸馏,至无油滴出现为止( 或馏出液不再使 FeCl3 溶液变色) 。


2)把馏出液置入分液漏斗,轻轻振摇,静止后,使油滴几乎沉到底部,分出粗产品。水层加氯化钠使其饱和,然后用乙醚( 3 ×30 mL) 萃取。合并粗产品和乙醚萃取液,蒸馏出乙醚,回收。然后改用空气冷凝管、电热套加热,收集 220 ~ 224 ℃ 的馏分3.0 g,nD20 = 1.5390。取少 量 馏 分,向其 中 滴 加 1 ~ 2 滴FeCl3 溶液,立即呈现蓝灰色,或将该馏分滴在滤纸上,放在紫外荧光灯下呈黄绿色萤光。


参考:

[1]王冰,吴红梅,刘鹏,等. 冬青油的合成工艺研究[J]. 天津化工,2016,30(3):11-14. DOI:10.3969/j.issn.1008-1267.2016.03.004.

[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Methyl_salicylate

[3]万福贤,姜林,尹洪宗,等. 冬青油的提取与乙酰水杨酸的合成[J]. 实验室科学,2015,18(6):36-38. DOI:10.3969/j.issn.1672-4305.2015.06.011.

[4]陈为民. 冬青树与冬青油的制备和用途[J]. 口腔护理用品工业,2012(3):58-59. DOI:10.3969/j.issn.2095-3607.2012.03.020.

[5]https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/methyl-salicylate

[6]https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780080552323621580

[7]Singewar K, Fladung M, Robischon M. Methyl salicylate as a signaling compound that contributes to forest ecosystem stability[J]. Trees, 2021, 35: 1755-1769.

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