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实验报告：二苄叉丙酮的制备与鉴定

2023-08-16 04:24:01 高考在线

实验报告：二苄叉丙酮的制备与鉴定

　　一、实验目的

　　通过利用著名有机反应Claisen-Schmidt缩合反应制备二苄叉丙酮，考察有机合成、分离纯化、以及仪器分析结构表征等方面的实验技能以及解决实际问题的能力。

　　二、实验原理及实验内容

　　芳香醛与含有α-氢原子的醛、酮在碱催化下能发生的羟醛缩合反应，脱水得到产率很高的α，β-不饱和醛、酮，这一类型的反应，叫做Claisen-Schmidt（克莱森-斯密特）缩合反应。它是增长碳链的重要方法，可合成侧链上含两种官能团的芳香族化合物、以及含几个苯环的脂肪族体系中间体等。

　　本实验将在碱催化下，由苯甲醛和丙酮反应得到二苄叉丙酮。二苄叉丙酮是重要的有机合成中间体，可用于合成香料、医药中间体、防日光制品等各种精细化学品。

　　反应方程式：

　　苯甲醛，95%的乙醇，0.5M的氢氧化钠溶液，丙酮。

　　四、主要原料的物理性质

　　名称 分子式 分子量 熔点/℃ 沸点密度/g·cm 性状

　　/℃

　　178 1.0415 苯甲醛 C7H6O 106.12 －26 无色液体，具有类似苦

　　(10/4℃) 杏仁的香味。

　　丙酮 C3H6O 58.08 -94.7 56.05 0.7845 无色液体，具有令人愉快

　　的气味（辛辣甜味）。

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　　乙醇 C2H5OH 46.07 -114.3 78.4 0.789

　　(158.8 (351.6

　　K) K)

　　318 1390 2.13 无色透明液体。有愉快的气味和灼烧味。易挥发。 熔融白色颗粒或条状，

　　现常制成小片状。易吸

　　收空气中的水分和二氧

　　化碳。 氢氧化钠N aOH 40.01

　　五、实验步骤

　　在一个装有回流冷凝管的250 ml的三颈瓶里将8.0 ml的苯甲醛溶解在80 ml 95%的乙醇中，加入80 ml 0.5M的氢氧化钠溶液和1.0 ml丙酮（用移液管量取），均匀搅拌30 min，然后用冰浴冷却，静置结晶。通过减压过滤收集产物，用冷水洗涤。红外箱干燥，称粗产物重量。粗产物用乙醇重结晶，得到纯的二苄叉丙酮，然后干燥、产物称重，计算产率。测量产品熔点和红外光谱。

　　六、思考题

　　1. 对产品的红外光谱进行解析。

　　2. 如果增加丙酮的实验用量，是否可提高二苄叉丙酮的产量？

　　3. 如碱的浓度偏高时，反应会有何不同?

　　4. 二苄叉丙酮有几种立体异构体？如果要想知道产品中是否含有这些立体异构体，需要作哪些测试？

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　　黄酮化合物的合成

　　黄酮类化合物（flavonoids）是一类重要的天然有机化合物，具有C6-C3-C6基本母体结构，广泛存在于植物根、茎、叶、花、果实中，它对植物的生长、发育、开花、结果、以及抗菌防病等有重要作用。黄酮类化合物也是许多中草药的有效成分，具有心血管系统活性、抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗氧化、抗炎镇痛、抗疲劳、抗衰老、以及保肝活性，此外还有降压、降血脂、提高机体免疫力等药理活性[1-3]。黄酮类化合物是新药研究开发的重要资源。 近年来，有大量文献报道了黄酮类化合物化学合成的新技术、新方法，然而，其经典合成方法仍然是查尔酮路线和β-丙二酮路线。β-丙二酮路线中的Baker-Venkataramann重排法是目前广泛应用的.黄酮合成方法。该方法一般是将2-羟基苯乙酮类化合物与芳甲酰卤在碱作用下形成酯，然后酯再用碱处理发生分子内Claisen缩合，形成β-丙二酮化合物，β-丙二酮化合物再经酸催化闭环而成黄酮化合物。该方法路线成熟，收率高，产品也较易纯化[4-6]。 本实验将运用Baker-Venkataramann重排法合成一个重要的黄酮化合物2-苯基苯并吡喃酮（2-phenyl-4H-1-benzopyran-4-one）。

　　2-苯基苯并吡喃酮的结构式

　　1 实验目的

　　（1）利用Baker-Venkataramann重排法合成黄酮类化合物；

　　（2）熟悉水蒸汽蒸馏、减压蒸馏、混合溶剂重结晶等实验操作方法；

　　（3）熟练运用薄层色谱检测反应产物的纯度；

　　（4）熟悉化合物的熔点测定；

　　（5）了解并掌握IR和NMR对有机化合物结构解析的方法。

　　2 实验原理

　　黄酮类化合物的合成方法较多，本实验选用Baker-Venkatarama重排法。苯酚和乙酸酐在氢氧化钠溶液中反应生成乙酸苯酚酯，乙酸苯酚酯在氯化铝的作用下发生Fries重排生成邻羟基苯乙酮。将邻羟基苯乙酮与苯甲酰氯在吡啶作用下形成邻乙酰基苯甲酸苯酚酯，然后在KOH/吡啶作用下发生分子内Claisen缩合生成β-丙二酮酯，再在冰醋酸/浓硫酸介质中闭环合成即得到目标黄酮2-苯基苯并吡喃酮。

　　乙酸苯酚酯在路易斯酸催化剂，如三氯化铝、三氟化硼、氯化锌、氯化铁、四氯化钛、四氯化锡和三氟甲磺酸盐等催化下发生Fries重排反应得到邻位或对位酰基酚。邻、对位产物的比例取决于原料酚酯的结构、反应条件和催化剂的种类等。一般来说，反应温度在100 ℃

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　　以下得到动力学控制的对位产物，在较高反应温度时得到热力学控制的邻位产物。Fries重排的机理至今仍未完全清楚，但目前广为接受的是涉及碳正离子的机理[7]。三氯化铝中的铝原子与酚酯中酚氧进行配位，C-O键断裂，产生酚基铝化物和酰基正离子。酰基正离子可在酚基的邻位或对位发生亲电芳香取代，经水解得到羟基芳酮。邻、对位产物的性质差异较大，一般邻位异构体可以生成分子内氢键，可随水蒸气蒸出。

　　乙酰基苯甲酸苯酚酯中的甲基在强碱下活泼，可变成碳负离子，进攻分子中的酯羰基，而后发生碳氧键断裂，发生分子内Claisen缩合生成β-丙二酮酯，再在冰醋酸/浓硫酸介质中闭环脱去一分子水得到黄酮2-苯基苯并吡喃酮。

　　Fries重排反应机理：

　　Claisen缩合反应机理：

　　3 仪器和试剂

　　仪器：电磁加热搅拌器，上海申光WRS-1B数字熔点仪，美国 VARIAN公司Mercury-Plus 300核磁共振波谱仪，Nicolet Avatar 330傅立叶变换红外光谱仪。

　　试剂：苯酚，乙酸酐，邻羟基苯乙酮，苯甲酰氯，吡啶，甲醇，乙醚，1M盐酸，NaOH，KOH，AlCl3，无水Na2SO4，10%乙酸水溶液，冰醋酸，浓硫酸，pH试纸。

　　4 实验内容

　　4.1 乙酸苯酚酯的制备

　　苯酚18.8 g (0.2 mol)和乙酸酐21.4 g (0.21 mol)于烧瓶中混合均匀，置冷浴中，滴加3滴浓硫酸，振摇，反应立即进行并放出大量的热，分馏出乙酸，再收集194-196 ℃馏份，得无色透明液体乙酸苯酚酯，收率约90%。

　　4.2 邻羟基苯乙酮的制备

　　干燥的氯化钠12 g和粉状三氯化铝28 g于三口瓶中充分混合均匀，加热至230-250 ℃，保持1 h，于200 ℃左右在30 min内滴加乙酸苯酚酯20 g (0.148 mol)，滴加完毕后于240-250 ℃反应10 min，冷却后加入60 mL 10%盐酸溶液水解，水蒸汽蒸馏，馏出物用乙醚萃取，萃取液用无水硫酸钠干燥后回收乙醚，减压蒸馏收集101-105 ℃/2000 Pa馏分，得淡黄色透明液体邻羟基苯乙酮，产率约40 %。

　　4.3 邻乙酰基苯甲酸苯酚酯

　　在一个装有回流冷凝管的50 mL的圆底瓶里，加入3.4 g（0.025 mol）邻羟基苯乙酮，

　　4.9 g（4 mL，0.035 mol）苯甲酰氯，5 mL干燥、重蒸过的吡啶，约50℃水浴，电磁加热

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　　搅拌20 min。量取120 mL 1M盐酸+50 g碎冰，将反应混合液倒入，并不断搅拌。将生成的固体进行抽滤，用5 mL冰冷的甲醇洗涤，再用5 mL水洗。固体用甲醇-水混合溶剂重结晶（可取10 mL甲醇，加热溶解样品，然后补加适量水至饱和溶液），冰浴静置冷却，抽滤，干燥，称重，得邻乙酰基苯甲酸苯酚酯（m.p. 87-88 ℃）。产率可达90%。

　　4.4 1-邻羟基苯基-3-苯基-1,3-丙二酮

　　在一个装有回流冷凝管的100 mL的圆底瓶里，加入4.8 g（0.02 mol）邻乙酰基苯甲酸苯酚酯，18 mL干燥、重蒸过的吡啶。称取1.7 g （0.03 mol）KOH粉末迅速加入反应瓶中。50℃水浴，电磁加热搅拌15 min。将反应液冷至室温，加入25 mL 10%乙酸水溶液，沉淀经抽滤、洗涤、干燥，称重，得到纯的1-邻羟基苯基-3-苯基-1,3-丙二酮（m.p. 117-120 ℃）。产率约85%。

　　4.5 黄酮化合物2-苯基苯并吡喃酮

　　100 mL圆底瓶中，加入上步骤制得的1-邻羟基苯基-3-苯基-1,3-丙二酮3.6 g （0.015 mol），20 mL冰醋酸，摇匀，加入0.8 mL浓硫酸，装上回流冷凝管，沸水浴加热1 h。用烧杯称取100 g碎冰，将反应混合液倒入烧杯，不断搅拌，至冰全部融解。固体抽滤，用水洗涤至滤液不再呈酸性为止，干燥，称重，粗产率可达95%。。粗品略带浅黄色，可用石油醚（b.p. 60-90℃）-乙酸乙酯重结晶，得到白色针状结晶。

　　目标产物黄酮化合物2-苯基苯并吡喃酮，m.p. 95-97 ℃。以石油醚-乙酸乙酯（3：1，V/V）为展开剂，Rf值约为0.35；石油醚-乙酸乙酯（3：2，V/V）为展开剂，Rf值约为0.55；以二氯甲烷为展开剂，Rf值约为0.40。IR (KBr) vmax 3060, 1647, 1618, 1607, 1571, 1496, 1466, 1450, 1377, 1226, 1129, 1030 cm–1。1H NMR (300 MHz, CDCl3, TMS) δ: 8.22 (d, J=7.8 Hz, 1H),

　　7.91 (dd, J=7.8, 1.2Hz, 2H), 7.69 (dddd, J=7.8, 7.8, 1.2, 1.2Hz, 1H), 7.56 (d, J=8.4Hz, 1H), 7.52 (dd, J=8.4, 7.8, 1.2Hz, 1H), 7.51 (ddd, J=7.8, 7.8, 1.2Hz, 2H), 7.41 (ddd, J=7.8, 7.8, 1.2Hz, 1H),

　　6.82 (s, 1H). 13C NMR (75 MHz, CDCl3, TMS) δ: 177.1, 162.0, 155.1, 132.8, 130.7, 130.6, 128.1, 125.2 (2×C), 124.6, 124.3, 123.0, 117.2, 106.5, 106.4.

　　注：本实验选用邻羟基苯乙酮为起始原料，即直接从实验内容3开始实验。

　　参 考 文 献

　　[1] Alok K V, Ram P. Nat Prod Rep, 2010, 27: 1571

　　[2] Nigel C V, Renée J G. Nat Prod Rep, 2011, 28: 1626

　　[3] 延玺, 刘会青, 邹永青, 等. 有机化学, 2008, 28(9): 1534

　　[4] 梁大伟, 江银枝. 化学研究, 2008, 19(4): 102

　　[5] 汤立军, 张淑芬, 杨锦宗, 等. 有机化学, 2004, 24(8): 882

　　[6] 杨博, 吴茜, 李志裕, 等. 化学通报, 2009, 72(1): 20

　　[7] Schmid H, Banholzer K. Helv Chim Acta, 1954, 37(7): 1706

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