安息香缩合及安息香的转化

安息香缩合及安息香的转化摘要：安息香缩合反应芳香醛在乙醇-水溶液中发生双分子缩合，生成1,2-二苯基羟乙酮即安息香的反应。其缩合产物主要有苯偶姻、糠偶姻、噻吩偶姻及其衍生物等,这些物质在化学和医药工业等方面具有广泛的应用。经典的安息香合成以氰化钠或氰化钾为催化剂,虽然产率较高,但合成产物的毒性很大,易造成环境污染,损害人体健康。近年来,有关安息香缩合反应及应用研究的新技术、新方法、新催化剂有了较大进步。本文主要涉及其辅酶合成及转化。关键词：安息香；缩合反应；二苯乙二酮；二苯乙醇酸一．文献综述1.1安息香及其缩合反应简介安息香（英文：Benzoin）又称苯偶姻、二苯乙醇酮、2-羟基-2-苯基苯乙酮或2-羟基-1,2-二苯基乙酮，是一种无色或白色晶体。安息香是一种重要的化工原料，广泛用作感光性树脂的光敏剂、染料中间体和粉末涂料的防缩孔剂,也是一种重要的药物合成中间体,如抗癫痫药物二苯基乙内酰脲的合成以及二苯基乙二酮、二苯基乙二酮肟、乙酸安息香类化合物的合成[1]。芳香醛在乙醇-水溶液中发生双分子缩合，生成1,2-二苯基羟乙酮即安息香的反应称为安息香缩合反应。安息香缩合反应已有相当长的历史,其缩合产物主要有苯偶姻、糠偶姻、噻吩偶姻及其衍生物等,这些物质在化学和医药工业等方面具有广泛的应用。经典的安息香合成以氰化钠或氰化钾为催化剂,虽然产率较高,但合成产物的毒性很大,易造成环境污染,损害人体健康。近年来,有关安息香缩合反应及应用研究的新技术、新方法、新催化剂等报道较多,这些研究对提高安息香缩合产率、扩大其应用范围具有重要的理论和实际意义。[2]1.2安息香缩合催化剂应用的研究芳醛缩合的一种产物,但催化剂是芳醛缩合成安息香的必要条件。比较广泛应用的催化剂是氰化钠或者维生素B1。1.2.1维生素B1和氰化钠两种催化剂对安息香缩合实验的影响比较(1)催化原理的不同维生素B1为催化剂的催化原理如下:氰化钠为催化剂的催化原理如下:(2)安全性的不同氰化钠为剧毒药品,微量即可致死,故使用时必须戴好口罩、手套,投入氰化钠前,一定要用20%NaOH调至pH=8,否则可产生剧毒的氰化氢气体。因此,用氰化钠为催化剂安全性很差,而用维生素B1为催化剂安全性非常好。(3)价格和得到难易程度的不同氰化钠为剧毒药品,价格较贵,不经济,而且,购买、运输和保管都非常不方便,作为一般实验使用,很不合适。维生素B1为普通药品,价格低廉,容易购买、运输和保管。作为一般实验使用,非常合适。[3]实验室一般采用最简单的维生素B1催化法。1.2.2安息香的辅酶合成芳香醛在NaCN（或KCN）作用下，分子间发生缩合生成安息香（二苯羟乙酮）的反应称为安息香缩合。因为NaCN（或KCN）为剧毒药品，使用不方便，改用维生素B1代替氰化物催化安息香缩合反应，反应条件温和、无毒且产率高。反应式如下：VB1OCHCOH安息香2CHO苯甲醛维生素B1又称硫胺素或噻胺，是一种辅酶，作为生物化学反应的催化剂，在生命过程中起着重要作用。其结构如下：SNNNNH2CH3CH2CH3CH2CH2OH+ClHCl绝大多数生化过程都是在特殊条件下进行的化学反应，酶的参与可以使反应更巧妙、更有效及在更温和的条件下进行。维生素B1在生化过程中可对形成偶姻（如α-羟基酮）反应发挥辅酶作用。从化学角度看，VB1分子最主要的部分是噻唑环，其C2上的质子由于受氮和硫原子的影响，有明显的酸性，在碱作用下，质子容易解离下去，产生碳负离子反应中心，形成苯偶姻。反应机理如下：第一步：在碱作用下，产生的碳负离子和邻位带正电荷的氮原子形成稳定的两性离子——内鎓盐或称叶立得（ylid）。NS+H3CR/RHVB1H+NS+H3CR/R-内鎓盐-第二步：噻唑环上碳负离子与苯甲醛的羰基发生亲核加成，形成烯醇加合物环上带正电荷的氮原子起了调节电荷的作用。NS+H3CR/RNS+H3CR/R-C-HO+C-HO-NSH3CR/RC-OH第三步：烯醇加合物再与苯甲醛发生亲核加成形成一个新的辅酶加合物。HNS+H3CR/RC-HO+NSH3CR/RC-OHCOHCOH第四步：辅酶加合物离解成安息香，辅酶复原HVB1H+-NS+H3CR/RNS+H3CR/R-OCOHCOHH+NS+H3CR/RCHC+OHHH+OCHCOH安息香1.3安息香的转化有安息香制备二苯乙醇酸有两种方法：先将安息香氧化成二苯乙二酮，再将二苯乙二酮与氢氧化钾溶液回流，重排生成二苯乙醇酸或者直接由安息香与碱性溴酸钠溶液反应制备。因后者有Br2产生，且有一定的危险性，所以实验室一般采用第一种方法。[4]1.3.1二苯乙二酮的制备：二苯乙二酮可以由安息香经氧化制得。氧化剂可以为浓硝酸，但反应生成的二氧化氮对环境污染严重。也可以使用Fe3+作为氧化剂，铁盐被还原成Fe2+。本实验改进后采用醋酸铜作为氧化剂。这样反应中产生的亚铜盐不断被硝酸铵重新氧化成铜盐，硝酸铵本身被还原成亚硝酸铵，后者在反应条件下分解为氮气和水。改进后的方法在不延长反应时间的情况下可明显节约试剂，且不影响产率及产物纯度。OHOCu(OAc)2NH4NO3OO1.3.2二苯乙醇酸的制备：二苯乙二酮与氢氧化钾溶液回流，重排生成二苯乙醇酸。反应过程如下：C6H5COCOC6H5OH-C6H5COCOHOC6H5C6H5COCOHOC6H5C6H5COHCOOC6H5H+C6H5COHCOHOC6H5形成稳定的羧酸盐是反应的推动力。一旦生成羧酸盐，经酸化后即产生二苯乙醇酸。这一重排反应可普遍用于将芳香族α-二酮转化为芳香族α-羟基酸，某些脂肪族α-二酮也可发生类似反应。[5]实验方法2.1实验仪器与药品圆底烧瓶（50mL、100mL），天平（称量纸），量筒（10mL、25mL、50mL）,玻璃棒，烧杯（400mL、1000mL），电热套，温度计，冷凝管(乳胶管)，抽滤瓶，布氏漏斗，锥形瓶（2个），滴管，玻璃漏斗，PH试纸，刚果红试纸；VB1，苯甲醛，10%氢氧化钠，活性炭，沸石，硝酸铵、冰醋酸、2%醋酸铜溶液、95%乙醇，氢氧化钾、活性炭、浓盐酸、5%盐酸等。2.2药品理化常数有机物式量性状熔点沸点密度溶解度水醇醚苯甲醛106.12无色液体-26℃178℃1.0415微溶溶溶安息香212.25无色或白色晶体133℃344℃1.310冷水不溶热水溶溶微溶于乙醚二苯乙二酮210.23黄色针状晶体94.87℃347℃1.084不溶溶溶二苯乙醇酸228.24针状晶体150℃180℃——微溶冷水溶于热水溶溶2.3实验装置图1234567891102345678911加热回流装置抽滤装置过滤装置2.4实验步骤一2.4.1安息香的辅酶合成：在100ml圆底烧瓶中，加入3.6g维生素B1、10mL水、30mL乙醇，摇匀溶解后将烧瓶置于冰水浴中冷却。同时取10Ml10%氢氧化钠溶液于试管中也置于冰浴中冷却。然后在冰浴冷却下，将氢氧化钠溶液在10min内滴加到反应液中，并不断摇荡，调节溶液pH为9-10，摇匀，使之三分钟色不退，此时溶液为黄色。去掉冰水浴后，加入20mL新蒸的苯甲醛，装上回流冷凝管，加上几粒沸石，将混合物置于水浴中温热1.5h。反应过程中保持溶液pH为9-10，水浴温度为60-75℃，切勿将混合物加热至沸腾，此时反应混合物呈桔黄或桔红色均相溶液。将反应混合物置于冷水浴中冷却至室温，析出浅黄色的结晶。若产物呈油状物析出，应重新加热使呈均相，再慢慢冷却重新结晶。必要时可用玻璃棒摩擦瓶壁或投入晶种。将产物进行真空抽滤，并用50ml冷水分两次洗涤结晶。粗产品用的95%乙醇重结晶，若产物呈黄色，可加入少量的活性炭脱色。纯安息香为白色针状晶体，熔点为134-136℃。2.4.2二苯乙二酮的制备：在50mL圆底烧瓶中加入4.3g安息香、12.5mL冰醋酸、2g粉状的硝酸铵和2.5mL2%醋酸铜溶液（2%的醋酸铜的制备：溶解一水合硫酸铜于100mL10%醋酸溶液中充分搅拌后过滤去碱性铜盐的沉淀），加入几粒沸石，装上回流冷凝管，用电热帽加热并时加摇荡。当反应物溶解后，开始放出氮气，继续回流1.5h使反应完全。将反应混合物冷至50-60℃，在搅拌下倾入20mL冰水中，析出二苯乙二酮结晶。抽滤，用冷水充分洗涤，尽量压干，粗产物直接用于下一步合成。2.4.3二苯乙醇酸的制备：在100mL圆底烧瓶中将2.5gKOH溶解于5mL水中，加入2.5g二苯乙二酮溶于7.5mL95%乙醇的溶液，混合均匀后，装上回流冷凝管，在水浴上加热回流15min。然后将反应混合物转移到小烧杯中，在冰水浴上放置约1h，直至析出二苯乙醇酸钾盐的晶体。抽滤，并用少量冷乙醇洗涤晶体。将抽滤出的钾盐溶于70mL水中，用滴管加入两滴加入浓盐酸，少量未反应的二苯乙二酮呈胶体悬浮物，加入少量活性炭并搅拌几分钟，然后用折叠滤纸过滤。滤液用5%盐酸酸化至刚果红试纸变蓝（约25mL），既有二苯乙醇酸晶体析出，在冰水浴中冷却使结晶完全。抽滤，用冷水洗涤几次除去晶体中的无机盐。进一步纯化可用水重结晶，并加少量活性炭脱色。二苯乙醇酸熔点148-149℃。[6]2.5实验步骤二2.5.1安息香的辅酶合成：1)在50ml圆底烧瓶中加入1.8gVB1(盐酸硫胺素盐噻胺)，5ml蒸馏水，15ml95%乙醇，用塞子塞上瓶口，放在冰水浴中冷却。2)用一支试管取5ml10%NaOH溶液，也放在冰水浴中冷却10min。3)用小量筒取10ml(0.1mol)新蒸苯甲醛，将冷透的NaOH溶液缓慢滴加入冰浴中的圆底烧瓶中，并立即将苯甲醛加入，充分摇匀（调节pH:9-10）。4)加入沸石，温水浴中加热反应，水浴温度控制在60℃－75℃之间（不能使反应物剧烈沸腾），约80－90min。（反应混合物呈桔黄或桔红色均相溶液）后处理。5)撤去水浴，待反应物冷至室温，析出浅黄色结晶，再放入冰浴中冷却使之结晶完全。（若出现油层，重新加热使其变成均相，再慢慢冷却结晶。6)用布氏漏斗抽滤收集粗产物，用25ml冷水分两次洗涤。称重，用95％乙醇进行重结晶，如产物呈黄色，可用少量活性炭脱色。产品（白色晶体）空气中晾干后，称重。2.5.3二苯乙醇酸的制备：在一小蒸发皿中放置5.5g氢氧化钠和1.2g溴酸钠于12mL水的溶液。将蒸发皿置于热水浴上，加热至85-90℃。然后在搅拌下分批加入4.3g安息香，加完后保持此温度，并不断搅拌，中间需不断地补充少量水，以免反应物变得过于粘稠，直至取少量反应物于试管中，加水后几乎完全溶解为止。反应约需1.5h。用50mL水稀释反应混合物，置于冰浴中冷却后滤去不溶物（副产物为二苯甲醇）。滤液在充分搅拌下，慢慢加入40%硫酸（1:3体积比），到恰好不释放出溴为止（约需13-14mL）。抽滤析出的二苯乙醇酸晶体，用少量水洗涤几次，压干，粗产物干燥后约3-3.5g，熔点148-149℃。进一步提纯可用水重结晶。二．本实验拟采用方法安息香的辅酶合成：1)在50ml圆底烧瓶中加入1.8gVB1(盐酸硫胺素盐噻胺)，5ml蒸馏水，15ml95%乙醇，用塞子塞上瓶口，放在冰水浴中冷却。2)用一支试管取5ml10%NaOH溶液，也放在冰水浴中冷却10min。3)用小量筒取10ml(0.1mol)新蒸苯甲醛，将冷透的NaOH溶液缓慢滴加入冰浴中的圆底烧瓶中，并立即将苯甲醛加入，充分摇匀（调节pH:9-10）。4)加入沸石，温水浴中加热反应，水浴温度控制在60℃－75℃之间（不能使反应物剧烈沸腾），约80－90min。（反应混合物呈桔黄或桔红色均相溶液）后处理。5)撤去水浴，待反应物冷至室温，析出浅黄色结晶，再放入冰浴中冷却使之结晶完全。（若出现油层，重新加热使其变成均相，再慢慢冷却结晶。6)用布氏漏斗抽滤收集粗产物，用25ml冷水分两次洗涤。称重，用95％乙醇进行重结晶，如产物呈黄色，可用少量活性炭脱色。产品（白色晶体）空气中晾干后，称重。二苯乙醇酸的制备：在一小蒸发皿中放置5.5g氢氧化钠和1.2g溴酸钠于12mL水的溶液。将蒸发皿置于热水浴上，加热至85-90℃。然后在搅拌下分批加入4.3g安息香，加完后保持