安息香及其氧化物重拍产物合成及表征.docx

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安息香及其氧化物重拍产物合成及表征

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化学综合实验报告

实验项目名称安息香及其氧化重排产物合成及表征

专业班级生物工程112班

同组人员钟坤徐再鸿何德维刘洪念熊泽雨

学号11081103911108110375110811038411081103791108110389

指导老师郭妤老师

实验时间：

2013年12月

实验6.1安息香的合成及表征

前言

1943年Ukai等发现噻唑盐具有和氰负离子相同的催化性能,同样可以用作安息香缩合反应的催化剂,维生素B1（VB1）在碱性条件下可生成噻唑盐,因此容易获得的VB1可作为催化剂用来进行安息香缩合反应。

但在实际操作中发现,VB1催化反应产率低且不稳定,重复性差。

何强芳通过探讨反应时间、反应温度、溶液pH值、VB1用量、反应物料加入方式对糠偶姻合成的影响,改进了VB1催化糠醛缩合生成糠偶姻的反应条件:

常温下糠醛与VB1的质量比为20∶1-15∶1,滴加2.5mol/LNaOH使溶液pH值为8-9,然后65-75℃回流反应60-90min,产率可达74.16%-76.19%。

安息香缩合反应一般采用氰化钾（钠）作催化剂，是在碳负离子作用下，两分子苯甲醛缩合生成二苯羟乙酮。

但氰化物是剧毒品，易对人体危害，操作困难，且“三废”处理困难。

20世纪70年代后，开始采用具有生物活性的辅酶维生素B1代替氰化物作催化剂进行缩合反应.以维生素B1作催化剂具有操作简单，节省原料，耗时短，污染轻等特点。

芳香醛在氰化钠（氰化钾）作用下，分子间发生缩合反应生成α-羟酮，称为安息香缩合反应。

氰离子几乎是专一的催化剂。

反应共同使用的溶剂是醇的水溶液。

使用氰化四丁基铵作催化剂，则反应可在水中顺利进行。

安息香缩合最典型、最简单的例子是苯甲醛的缩合反应。

这是一个碳负离子对羰基的亲核加成反应，氰化钠（钾）是反应的

催化剂，其机理如下：

除了CN-外，噻唑生成的季铵盐也可对安息香缩合起催化作用。

因为氰化物为剧毒药品，使用不方便，现今多用有生物活性的维生素B1的盐酸盐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：

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：

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：

碱作用下

第二步：

亲核加成——烯醇加合物

第三步：

亲核加成——辅酶加合物

第四步：

辅酶复原

安息香在化学工业和药物合成等方面都有广泛的应用。

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，乙酸安息香等制备都用这个反应。

现阶段最佳的安息香合成方法是2009年厦门大学发表了一篇有关安息香合成方法的改进：

以盐酸硫胺素为催化剂,V（水）∶V（乙醇）=3∶2,pH=9.5,常温下放置7d,其收率可达82％左右。

与传统的加热合成法相比,改进后的合成方法具有操作简单、收率高、重现性好等优点,适用于实验室制备安息香。

1、实验目的

1.学习辅酶催化合成安息香的反应原理及其合成方法，利用红外光谱表征其分子结构。

2.通过实验使学生巩固并熟练掌握溶液配制、加热回流、冰浴冷却、抽滤、重结晶、测熔点等实验操作。

3.通过综合型实验的学习，更全面的学习和了解安息香合成的实验机理和实验操作步骤。

2、实验原理

本实验采用了有生物活性的辅酶维生素B1（Thiamine）来代替剧毒的氰化物完成安息香缩合反应，反应时，维生素B1分子中的噻唑环上的氮原子和硫原子邻位的氢，在碱的作用下可生成负碳离子（Ⅳ）。

然后（Ⅳ）与苯甲醛作用生成中间体（Ⅴ），（Ⅴ）可以被分离得到。

（Ⅴ）经异构化脱去质子得到了中间体烯胺（Ⅵ），（Ⅵ）与另一分子苯甲醛作用时就得到了缩合中间物（Ⅶ），再进一步得到产物（Ⅷ）。

3、主要化学试剂和仪器设备

1、试剂：

维生素B1苯甲醛95%乙醇氢氧化钠蒸馏水食盐活性炭冰块

2、仪器：

100ml三口圆底烧瓶一个250ml圆底烧瓶一个试管电磁搅拌器回流冷凝管温度计减压蒸馏装置一套水泵熔点仪布氏漏斗抽滤瓶

4、实验步骤

1.原料处理与装置安装

减压蒸馏苯甲醛.

250mL圆底烧瓶中加入约1/3至2/3的苯甲醛，连接简易减压蒸馏装置，温度稳定之前为前馏分；待温度稳定后，开始收集馏分，即为苯甲醛。

2.开始反应

安息香的合成：

在100ml三口圆底烧瓶中放入3.5g（0.010moL）维生素B1和10mL水。

完全溶解后再加入30mL95%乙醇，塞上瓶塞，放在冰盐浴中冷却。

另取5mL15%NaOH于一支试管中，置于冰水浴中冷却。

冷却时间至少10min后，将冷却的NaOH溶液加入到圆底烧瓶内的维生素B1溶液内。

并立即将20mL（20.8g，0.196mol）新蒸馏的苯甲醛倒入上述溶液中，混合均匀，测定pH，如果pH偏低，用15%NaOH溶液滴加调节PH值使之在10左右（注意不要过量，不能回调）。

装上回流冷凝管，在65～75℃水浴中加热90min。

切勿将反应物加热至激烈沸腾，水浴温度不超过80℃，可以测定反应溶液的pH。

反应混合物呈橘黄色均相溶液。

反应完成后，冷却反应混合物至室温。

将反应后的混合物用冰水冷却，使晶体析出（如果反应混合物中出现油层，应重新加热使其变成均相溶液，再慢慢冷却结晶。

若无晶体析出，可用玻璃棒在溶液内摩擦容器内壁，促使其结晶析出。

减压过滤，用50mL冷水分两次洗涤晶体，干燥后得粗产物。

用95%乙醇重结晶，每克产物约需乙醇7ml。

纯化后产物为白色晶体。

3.计算产率，测定熔点，并测定纯产品的红外光谱并与安息香的已知红外光谱对比，指出其主要吸收带的归属。

本实验约需4～5h

5、实验现象及数据记录

6、数据处理

7、实验结果分析

8、注意事项

1、维生素B1受热易变质，将失去催化作用，应放于冰箱内保存，使用时取出，用后及时放回冰箱中。

2、苯甲醛不能含有苯甲酸，使用前应先用5%碳酸氢钠溶液洗涤，干燥后蒸馏。

因为苯甲醛极易被空气中的氧所氧化，如发现实验中所使用的苯甲醛有固体物质苯甲酸存在，则必须重新蒸馏后使用。

3、若产物难以析出，可用力振摇或摩擦瓶壁，促使沉淀生成。

4、维生素B1在酸性条件下是稳定的，但易吸水，在水溶液中易被氧化失效，光及铜、铁、锰等金属离子均可加速其氧化；在氢氧化钠溶液中噻唑环易开环失效。

因此，反应前维生素B1溶液及氢氧化钠溶液必须用冰水冷透。

5、水浴上加热时，水浴温度应保持在80～85℃，否则反应难以进行。

6、安息香在沸腾的95%乙醇中，其溶解度为12～14g/100mL。

7、反应过程中，开始时溶液不必沸腾（即反应液的温度不超过80℃）反应后期可适当升高温度至80~90℃。

8、1g产品约需6mL乙醇。

在沸腾的95％乙醇中产物的溶解度为12～14g／100mL。

必要时可加入少量活性炭脱色，若需脱色活性炭加入0.15g左右。

9、思考题

1.合成安息香可选择的催化剂有哪些？

答：

传统的合成安息香的催化剂是氰化钾或氰化钠，但是氰化物是剧毒，对人体有害，而且实验中产生的三废难以处理；催化剂除氰化物外，也可以使用噻唑盐，而且使用噻唑盐做催化剂时，有α-H的醛也能够缩合。

现今大多采用具有生物活性的辅酶维生素B1催化安息香合成，用辅酶维生素B1催化安息香，反应条件温和，无毒且产率较高。

还有就是2009年厦门大学对安息香合成的改进，用盐酸硫胺素作为催化剂，这种方法合成安息香实验操作简单，收率高，重现性好，很适合实验室合成安息香实验。

除了上述这些之外，还有噻唑啉离子、三乙氧基膦和氯化三甲基硅、在LDA存在下、烷基和芳基取代的咪唑啉啶也可以催化安息香的合成。

2.为什么要向维生素B1的溶液中加入氢氧化钠？

使用化学反应式说明。

答：

向维生素B1的溶液中加入氢氧化钠是为了调节PH值，在此试验中维生素B1在碱性溶液中才能充分发挥催化剂的作用。

PH值是本实验成败的关键，太高或太低均影响收率，氢氧化钠溶液用滴管滴加入反应液中，同时检测反应液使其pH值在8～9之间；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。

碱作用下：

实验6.2安息香衍生物二苯乙二酮的合成及表征

1、实验目的

学习二苯基乙醇酸重排及合成。

2、实验原理

苯偶酰是重要的有机合成试剂，通常由安息香氧化而得，能使安息香氧化的试剂很多，常用的氧化剂有硝酸，醋酸铜，三氯化铁等。

本实验以安息香为原料，利用氧化剂将二笨羟乙酮氧化为二苯基乙二酮，根据所用氧化剂的不同，合成可有多种方法。

方法1：

用硝酸氧化法较为简单，但反应中释放出的二氧化氮会对环境产生污染：

简单的薄层层析法虽然不能准确的说明反应混合物中各组分的含量，但是他却可以方便而又清楚地告诉我们氧化反应的过程。

在反应过程中，通过不断取样进行分析来检测反应的进程有着实际应用的意义。

如果反应进行时，不加以监测，为了保证反应完全，往往采用加长反应时间，这不仅浪费了时间和能源，而且已经得到的产物往往还会进一步发生反应，使收率和产品纯度都较低。

方法2：

醋酸铜氧化法。

安息香可以被温和的氧化剂醋酸铜氧化生成α-二酮，铜盐本身被还原成亚铜态。

实验经改进后使用催化量的醋酸铜，反应中产生的亚铜盐可不断的被硝酸铵重新氧化生成铜盐，硝酸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。

改进后的方法不延长反应时间的情况下，明显节约试剂，及不影响产率和产物纯度。

反应机理：

方法3：

三氧化铁氧化法。

也是安息香氧化的良好氧化剂，不仅避免了常用的硝酸氧化法中产生有毒的含氮的氧化物，而且收率高、质量好、操作方便、安全。

反应机理：

本次试验我们选用第一种方法。

3、主要试剂和仪器设备

化学试剂：

安息香12g（自制），浓硝酸（70%，比重1.42），冰醋酸，二氯甲烷，甲醇等。

仪器设备：

100ml三颈瓶一个，气体吸收装置，7.5×2.0cm薄层板两块，层析瓶，碘缸，回流冷凝管，温度计，水泵，熔点仪，布氏漏斗，抽滤瓶。

4、实验步骤

薄层板的制备：

用硅胶GF254作吸附剂，其中掺入1%羧甲基纤维素钠作为粘合剂，在

窄的洁净玻片上均匀地制成薄层硬板于室温晾干后，置于烘箱中逐步升温至110℃，

活化1h。

在铺板过程中，薄层要足够薄，且要充分晾干，否则在活化过程中会裂。

为

了跟踪氧化反应的进行，须准备上述薄层块六块（硅胶GF254和1%羧甲基纤维素钠）。

实验中使用的展开剂是三氯甲烷。

在100ml三口瓶上装有回流冷凝器和温度计，另一颈上用标准磨口塞塞紧。

将

10.0g安息香和50ml冰醋酸及25ml浓硝酸（70%,比重1.42）混合均匀，将此反应混合物在水

浴上加热至液体温度为85～95℃。

此后每隔15-20min用细毛细管取出少量的反应液。

在薄层板上点样2～3次，每次约数微升（μL），并将薄层板放置使醋酸和醋酸挥

发，然后用三氯甲烷展开，在紫外灯下观测。

一块板可点两个样，第一次点一个标准

样；取样浓度要控制，否则展不开；薄层板用紫外灯显色，画下斑点实际形状。

如此

不断地观察安息香是否已全部转化为二苯基乙二酮。

④当安息香已全部（或接近全部）转化为二苯基乙二酮后，将反应液冷却并加入

200ml水和200g冰的混合物，此时有黄色的二苯基乙二酮结晶出现。

抽滤，并用少量冰

水洗涤结晶固体，干燥后，用甲醇进行重结晶（10ml/g）。

计算二苯基乙二酮标准样品

Rf值的，首先使用安息香和二苯乙二酮的标准样品的混合物溶液在薄层板上进行点样，

展开，测量a、b的值，计算Rf.

5、实验现象及数据记录

6、数据处理

7、实验结果分析

八、注意事项

1、一块板可点两个样，第一次点一个标准样；取样浓度要控制，否则展不开；薄层板用紫外灯显色，画下斑点实际形状；最终将所有板画在报告纸上。

2、在薄层板上点样之前要先在薄层板的两端各画出一条线，点样时溶液只能在下端线之上，用二氯甲烷展开则不超过上端线。

3、重结晶后抽滤时可以用抽滤瓶中的甲醇进行多次冲洗。

九、思考题

1.已知安息香：

=248nm（EtOH）；二苯基乙二酮：

=260nm（EtOH），试用此二数据确定用薄层板分离得到的两个点各是哪一个化合物，并算出各自的

值。

哪一个化合物的

值大一些，为什么？

答：

二苯基乙二酮中共轭体系比安息香中共轭体系大，所以紫外可见光谱中，吸收波长红移。

用薄层板分离得到的两个点中，

值大的点为二苯基乙二酮，

值小的点是安息香。

因为二苯基乙二酮极性小，安息香的极性大。

在用二氯甲烷展开时，样品中组分的极性越大，硅胶对其吸附作用就越强，

值越小。

由于二苯基乙二酮的极性比安息香的极性小，所以二苯基乙二酮的

值较大。

2.产物二苯基乙二酮为一黄色结晶固体，原料安息香为白色固体。

试从原料与产物的结构特点出发说明这种颜色的变化。

答：

安息香吸收紫外光而不吸收可见光，所以呈白色。

二苯基乙二酮由于其交叉共轭体系，其电子的离域能大，也就是能够激发它的π电子跃迁的能量小，使得它能够吸收可见光区的光子能量发生跃迁，当它吸收了一部分特定波长的光子之后，可见光由于缺少了这部分光子，所以显示缺少波长光的补色——黄色光。

或者说是二苯基乙二酮中两个苯环分别和两个羰基共轭，而安息香中只有一个苯环与一个羰基共轭，所以二苯基乙二酮中的共轭体系较安息香中的共轭体系大，这使得二苯基乙二酮的吸收波长较安息香红移，因此二苯基乙二酮吸收蓝紫光，从而呈现出黄色。

实验6.3二苯基乙醇酸的合成及表征

1、实验目的

学习二苯基乙醇酸重排及合成方法。

2、实验原理

二苯基乙二酮是一个不不能烯醇化的a-二酮，当用碱处理时发生了碳骨架的重拍，得到二苯基乙醇酸。

由于二苯基乙醇酸是这种类型重拍中最早一个实例俺的产物，故此种类型的重拍亦称为二苯基乙醇酸重拍。

此反应是由羟基负离子向二苯基乙二酮分子中的一个羰基加成，形成活性中间体而开始的。

此时另一个羰基则是亲电中心，苯基带着一对电子进行转移重拍，而反应的动力是生成的羰基负离子的稳定性。

二苯乙二酮与氢氧化钾溶液回流，生成二苯乙醇酸盐，称为二苯乙醇酸重排。

形成稳定羧酸盐是反应的推动力。

一旦生成羧酸盐，经酸化后即生成二苯乙醇酸。

这一重排反应课普遍用于将芳香族a-二酮转化为芳香族a-羟基酸，某些脂肪族a-二酮也可发生类似的反应，总反应式为

3、主要化学试剂和仪器设备

化学试剂：

氢氧化钾，95%乙醇，蒸馏水，浓盐酸，活性炭，刚果红试纸。

仪器设备：

50ml圆底烧瓶，回流冷凝管，小烧杯，加热套，水浴锅，表面皿，水泵，熔点仪，布氏漏斗，抽滤瓶。

4、实验步骤

1、在50ml圆底烧瓶中溶解5g氢氧化钾于10ml水中,加入5g二苯乙二酮溶于15ml95%乙醇的溶液,混合均匀后,装上回流冷凝管,在水浴上回流15min.然后将反应混合物转移到小烧杯中,在冰水浴中放置约1h（也可将反应混合物用表面皿盖住,放至下一次实验,二苯乙醇酸钾盐将在此段时间内结晶）,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.

2、将过滤出的钾盐溶于140ml水中,用滴管加入2-4滴浓盐酸,少量未反应的二苯乙二酮成胶体悬浮物,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%的盐酸酸化至刚果红试纸变蓝（约需25ml）,即有二苯乙醇酸晶体析出,在冰水浴中冷却使结晶完全。

抽滤，用冷水洗涤几次以除去晶体中的无机盐。

进一步纯化可用水或苯重结晶,并加少量活性炭脱色,熔点148～149℃.纯二苯乙醇酸为无色晶体,熔点150℃.3.安息香异丙醚的合成在搅拌下,将21.2g安息香和40ml异丙醇加热至微沸,再慢慢加入适量的亚硫酰氯,然后继续回流五小时.反应过程中产生的酸性气体用稀碱吸收.反应完成后,将反应混合物冷却,滤出粗产物,用稀乙醇重结晶一次,得纯品22.5g,熔点76-77℃

（二）注意事项1.铺板时使用1%羧甲基纤维素钠溶液与硅胶GF254调成糊状,1%羧甲基纤维素钠溶液提前配制,并经长时间静置,使用时吸取上层清液.活化薄层板时,从低温升起,到105℃时开始计时0.5小时。

2.安装仪器,别忘了安装气体吸收装置。

3、点样用的毛细管可自行在酒精灯上拉制.

4、反应开始后（到所需温度后）,每隔一定时间,用薄层板检测反应进程,直到反应完成（注意:

一块板可点两个样,第一次点一个标准样;取样浓度要控制,否则展不开;薄层板用紫外灯显色,画下斑点实际形状;最终将所有板画在报告纸上）.5.2%醋酸铜配制方法:

溶解2.5g水合硫酸铜于100ml10%醋酸水溶液中,充分搅拌后滤去碱性铜盐的沉淀.

5、实验现象及数据记录

6、数据处理

7、实验结果分析

八、注意事项

1、活性炭应等溶液稍冷后加入。

2、应该掌握好加入的浓盐酸的量。

3、碱液用滴管慢慢加入，防止碱液腐蚀磨口的地方。

4、在重结晶时注意要加入的水的量。

5、滤液在用盐酸酸化时应注意用量，时刻注意和检测刚果红试纸是否变蓝。

9、思考题

如果二苯乙二酮用甲醇钠在甲醇溶液中处理，经酸化后得到什么产物？

写出产物的结构式和反应机理。

答：

二苯乙二酮用甲醇钠在甲醇溶液中处理得二苯乙醇酸甲酯，经酸化后得到稳定性较好的强酸盐，羧基则脱离出来。

参考文献

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