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呋喃丙烯酸的制备之理论知识（一） *呋喃丙胺合成路线： O CHO 缩合/氧化 O CH CHCOOH 硝化反应 O CH CHCOOH O 2 N N酰化反应 O CH CHC O2N O NH CHCH3 CH 3 *呋喃丙烯酸 O CH CHCOOH 呋喃丙烯酸英文名称为3-(2-furanyl)-2-propernoicacid、alpha-furanacrylicacid或furan-acrylicacid，其分子式是分子式：C7H6O3，分子量为138，产品为白色粉末或针状晶体，见光后颜色变深，从黄色到咖啡色，熔点为1410C，沸点为2860C，1120C时可在高真空中升华。该产品微溶于水，可溶于乙醇，乙醚，苯和醋酸等，不容于二硫化碳和石油英中，能随水蒸气挥发。呋喃丙烯酸是治疗血吸虫病药物呋喃丙胺的中间体。还用于制取庚酮二酸、庚二酸、乙烯呋喃及其酯类等。健康危害：避免接触皮肤，避免接触眼睛。呋喃丙烯酸的制备之理论知识（二）*呋喃及糠醛的重要性质（1）呋喃的亲电取代反应，对试剂及反应条件必须有所选择和控制；呋喃的卤代反应不需要催化剂，要在较低温度和进行；呋喃的硝化反应不能用混酸硝化，一般是用乙酰基硝酸酯(CH3COONO2)作硝化试剂，在低温下进行；呋喃的磺化反应不能用浓硫酸磺化，要用特殊的磺化试剂——吡啶三氧化硫的络合物进行磺化。（2）加氢反应 O H 2 ，NiorPd O 四氢呋喃（THF）四氢呋喃是一种重要的有机化工及精细化工原料，广泛应用于树脂溶剂（磁带涂层、PVC表面涂层、清洗PVC反应器、脱除PVC薄膜、玻璃纸涂层、塑料印刷油墨、热塑性聚氨酯涂层）；反应溶剂（格式试剂、烷基碱金属化合物和芳基碱金属化合物、氢化铝和氢化硼、甾族化合物和大分子有机聚合物）；化学中间产物（聚合生成PTMEG、天然气加味剂）；色谱溶剂（凝胶渗透色谱法）（3）呋喃的共轭双烯性质在呋喃中，由于氮原子电负性较大，具有共轭双烯的性质，可以与亲二烯体迅速起起狄尔斯-阿德尔反应。 O + O 30 o C O OO O （4）糠醛（α-呋喃甲醛）糠醛为无色液体，沸点162oC，糠醛由农副产品如甘蔗杂渣、花生壳、高粱杆、棉子壳……用稀酸加热蒸煮制取。制备路线如下： O CHO (C 5 H 8 O 4 )n 3~5%H 2 SO 4 水蒸气 HO CH CH OH CH 2 OH CH OH CHO 稀 H 2 SO 4 多聚戊糖戊糖糠醛（5）糠醛的歧化反应O CHO 浓碱 O COOH ＋ O CH 2 OH （6）糠醛的羟醛缩合放映（α-H反应） O CHO 稀碱 O CH CHCHO + CH 3 CHO 羟醛缩合反应是指在稀碱或稀酸催化下，两个含α-H的醛酮分子发生缩合反应，结果生成β-羟基醛酮，该反应即由此得名。含α-H的醛，在稀碱条件下，能起羟醛缩合反应，缩合产物受热后脱水生成烯醛，烯醛可进一步发生聚合生成有颜色的树脂状物。 *合成路线（1）乙醛缩合法由糠醛与乙醛在碱存在下缩合制得呋喃丙烯醛，后者在Cu0-AgZO催化下经氧化、酸析而得呋喃丙烯酸。 O CH CHCHO O CHO CH 3 CHO NaOH O 2 , Cu Ag 2 O NaOH O CH CHCOONa HCl O CH CHCOOH 具体合成方法：①缩合向反应锅中投入液碱与碎冰，搅拌，在0oC时加入糠醛与乙醛混合液，加完后在0~6oC搅拌1h。抽滤，用冰水洗去碱性，得呋喃丙烯醛粗品，减压蒸馏，收集94~97oC（1197Pa）馏分，熔点48oC。②氧化向反应锅中投入蒸馏水、呋喃丙烯醛、氧化银与蒸馏水得混合物，于搅拌下在 25 oC通入O2，10min后滴加氢氧化钠溶液（35％~50％）。在1h内加完1/2量，内温控制低于40oC另一半加完后再通入O210min，控制PH＝11，冷至40oC以下出料，得呋喃丙烯酸钠溶液。③盐析将呋喃丙烯酸钠溶液过滤，滤液用盐酸酸析至PH＝3，加热至90oC，使析出得呋喃丙烯酸结晶全部溶解。然后冷却至30oC出料，抽滤、用冰水洗涤，烘干得呋喃丙烯酸，熔点138~143 oC。（2）醋酐缩合法由糠醛与醋酐在醋酸钾(钠)催化下发生perkin缩合反应制备。 O CHO CH 3 COONa O CH CHCOOH 150 o C + (CH 3 CO) 2 O 具体合成方法：Perkin法合成呋喃丙烯酸在装有搅拌器、空气冷凝管和温度计的250mL干燥的三口圆底烧瓶中，加入0.1mol糠醛、0.1mol乙酐、0.1mol无水醋酸钠和20mL溶剂(能与水混溶)，在搅拌下缓慢升温至140℃，加热回流60min后中止，稍冷却至110℃时，将反应混合物倒入装有200mL蒸馏水的烧杯中，并用少量热水洗涤反应烧瓶，将洗涤液并入烧杯中。用玻棒搅拌5min，再将烧杯中的溶液加热至析出的晶体全部溶解，加入少量活性炭脱色，趁热过滤。滤液冷却至60℃时，用浓度为5mol/L的盐酸溶液调节滤液pH值为2，待滤液冷至室温后将其置于冰箱冷藏室中，放置2h后过滤得α-呋喃丙烯酸粗产品。将此粗产品用体积比为1∶3的乙醇/水混合溶剂重结晶，干燥后得到白色针状结晶的α-呋喃丙烯酸纯品，并称重。若溶剂与水不能混溶，则将反应混合物倒入适量碳酸氢钠饱和溶液中，用玻棒搅拌5min，待溶液分层后，分出水层，萃取过程反复3次后，合并水溶液并加热，再加入活性炭脱色，其他操作与上同。（3）丙二酸缩合法由糠醛和丙二酸发生Knoevenagel缩合反应制备。 O CHO O CH CHCOOH 回流 + CH2(COOH)2 吡啶＋ CO 2 具体合成方法：Knoevenagel法合成呋喃丙烯酸在250ml三口园底烧瓶中，依次加入计量的糠醛(新蒸)、丙二酸、溶剂苯、苯胺(新蒸)，装上回流冷凝装置，电磁搅拌下，油浴加热搅拌2h，冷至室温，加入碳酸钾溶液，搅拌15min，水浴加热至固体物全溶，分出水层(有机层回收苯)，用稀盐酸调pH至2，煮沸15min，加入活性炭脱色，趁热过滤，滤液放置过夜，冷却析出结晶，过滤，滤饼水洗2次，70℃真空干燥24h，称重，计算收率，粗产物用水-乙醇重结晶，真空干燥后得呋喃丙烯酸，熔点142~144℃。（4）丙酮缩合法在氢氧化钠溶液中由糠醛与丙酮缩合得到亚糠基丙酮，后者再用漂白粉为氧化剂氧化得呋喃丙烯酸。 O CH CHCOCH 3 O CHO CH 3 COCH 3 漂白粉 NaOH O CH CHCOOH 具体合成方法：①中间体的制取250ml四口瓶中加入20ml新蒸出的糠醛和50ml的丙酮，室温15℃下滴加0.5mol的NaOH溶液40ml，搅拌反应1.5h，用36%的醋酸溶液调节pH值至中性，将上述反应液转移至分液漏斗中，振荡、静置、分层，水层可减压蒸馏回收过量的丙酮，取油层进行减压蒸馏,收集143~147℃(6.3KPa)的馏分。常温冷却,得到淡黄色针状晶体。熔点为39~40℃。②呋喃丙烯酸的制取中间体亚糠基丙酮5g用热水浴使之熔化，机械搅拌下，滴加50ml次氯酸钠，反应放热，冰水浴冷却并维持在5℃，1h后测反应液不使淀粉KI试纸变蓝，再滴加20ml次氯酸钠，1h后测定反应液仍不能使淀粉KI试纸变蓝，继续滴加20ml次氯酸钠，机械搅拌2.5h后，这时的反应液经检测能使淀粉KI试纸变蓝。加入100ml水搅拌直到使沉淀物全溶，冰水浴中边搅拌边滴30%的亚硫酸氢钠溶液至反应液不再使淀粉KI试纸变蓝为止。转移到分液漏斗中，静置、振荡分层，分去氯仿层，水层在冷水浴中边搅拌边滴加浓盐酸至pH值为2~3，抽滤，得到淡黄色固体，用150ml热水重结晶，得淡黄色针状晶体4.08g，熔点140~141℃。*几种常见的缩合反应（1）活泼亚甲基化合物当一个饱和的碳原子上连有硝基、羰基、氰基、酯基或苯基等吸电子基团时，与该碳相连的氢都具有一定的酸性，也就是说这个碳原子被致活了，这类化合物叫活泼亚甲基化合物。一般被一个硝基或者两个或两个以上的羰基、酯基、氰基等活化了的亚甲基都具有比一般醇大的酸性。活泼亚甲基化合物由于吸电子基的吸电子诱导效应，使α-碳上的H具有一定酸性，可解离生成碳负离子，这类碳负离子称烯醇负离子。下面是一些常见的活泼亚甲基化合物： CH 3 C R O R C CH 2 O C R ' O R C CH 2 O C OR ' O CH 3 NO 2 CH 3 CN ，，，，（2）活性甲基、亚甲基化合物和卤代烃的反应此类化合物在非质子溶剂中用较强的碱处理，或用碱金属醇化物的无水醇溶液处理时，活泼亚甲基上的氢原子易被碱夺取而形成烯醇负离子，烯醇负离子与卤代烷反应，其结果是活泼亚甲基上的氢被烷基取代。 CH 3 COCH 2 COCH 3 + CH 3 I K 2 CO 3 ,丙酮回流 CH 3 COCHCOCH 3 CH 3 伯卤代烷、仲卤代烷、烯丙基卤代烷和苄基卤代烷都可用于烷基化反应，其中，烯丙基卤代烷和苄基卤代烷活性较高，叔卤代烷很少用，因它主要和碳负离子发生消除反应得烯烃。亚甲基上的吸电子基的吸电子能力越强，则亚甲基上的氢的酸性越大。（3）b-二羰基化合物：分子中含有两个羰基官能团的化合物，统称为二羰基化合物。其中两个羰基为一个亚甲基相间隔的化合物，叫做b-二羰基化合物。如： CH 3 C CH 2 C O CH 3 O O CH 3 C CH 2 C CH 3 O O 乙酰丙酮乙酰乙酸甲酯由于它们的亚甲基对两个羰基来说都是α位，在两个羰基的共同影响下，这个碳上的α-H原子显得特别活泼，使该类化合物具有自己独特的反应。在一般条件下，b-二酮及b-酮酸酯类化合物的烃类反应发生在活泼亚甲基上： CH2 COOC 2 H 5 COOC2H5 + RX C 2 H 5 ONa C COOC2H5 COOC 2 H 5 R H 但是这些化合物若在过量的碱(2mol/L)作用下，则生成双负离子，与卤代烃反应时，在酸性较小的亚甲基或甲基上导入烃基。 CH3CCH2CCH2CH3 O O 2mol/L,NaNH 2 液氮 RX RCH2CCH2CCH2CH3 O O 不对称的二酮在过量的碱作用下，可生成两种不同的双负离子，当与烷基化试剂反应时往往以一种烃化产物为主，即烃基首先进入取代基较少的a-碳上。丙二酸酯和b-酮酸酯的烷基化产物经水解和脱羧反应可分别生成羧酸和酮化合物。由此可合成长链的酮或羧酸衍生物。倘若活泼亚甲基化合物有两个活泼氢原子，根据需要可选择适当的活泼亚甲基化合物和卤代烃，在一定的条件下，可制得单烷基化或双烷基化产物。但值得注意的是，当所需制备的双烷基取代物中的两个烷基不相同时，在合成中，应注意两个烷基的引入的顺序，以便得到较高纯度和收率的产品。如在活泼亚甲基位引入两个伯烷基，应先引入较大的伯烷基，后引入较小的伯烷基；若引入的两个烷基一个为伯烷基，一个为仲烷基，则应先引入伯烷基，再引入仲烷基。在制备二取代的活泼亚甲基化合物中，当其中一个为苯基时，不能用卤苯与活泼亚甲基化合物进行苯基化反应，因其活性低，很难进行反应。*醛酮间的缩合反应原理是什么？当醛与甲基酮反应时，常常是在碱催化下甲基酮的甲基形成碳负离子，该碳负离子与醛羰基进行亲核加成，最终得到a、b-不饱和酮。 O CHO + C 6 H 5 CHO + CH 3 COCH 3 10%NaOH 25~30 o C C C H COCH 3 H C 6 H 5 CH 3 COCH 3 H 2 O,NaOH H + O C C H COCH 3 H 值得注意的是，不论酸或碱催化，都不能使羰基和醛的a-位缩合成a、b-不饱和醛。要实现这种缩合，应先将醛羰基进行保护，然后再与酮进行反应，最后，去保护基得a、b-不饱和醛。（1）Claisen缩合反应在碱性催化剂，羧酸酯与含活泼甲基或亚甲基羰基化合物的负碳离子反应，脱去一分子醇，生成b-酮酸酯的反应称为克莱森(Claisen)缩合反应。酯缩合反应通式如下： RCOOC 2 H 5 + H CH COR R' RCO CH COR R' + C 2