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：

VB1OHOCHC安息香2苯甲醛CHO

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：

NH2NCH3NCH2CH3N+SCH2CH2OHClHCl

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）。

H+RNH3CVB1SR/-H++-NRH3CSR/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。

O-OC-H++RNH3C-SR/+RNH3CC-HSR/RNH3CC-OHSR/

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。

OHOC-H+C-OHRNH3CSR/H+RNH3CCCOHSR/

第四步：辅酶加合物离解成安息香，辅酶复原

OHH+RNH3CCCOHSR/+RNH3C-SR/H+++ HOHOCHC-H++RNH3CHSR/VB1OHOCHC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Fe作为氧化剂，铁盐被还原成Fe。

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)2NH4NO3OO3+

2+

1.3.2 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：

OC6H5COCC6H5OH-C6H5OCOCOHC6H5OC6H5COCOHC6H5OHOCCOC6H5H+OHOC6H5CCOHC6H5C6H5

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

密 有机物 式量 性状 无色液体 苯甲醛 106.12 无色或白色晶安息香 212.25 体 二苯乙二酮 210.23 黄色针状晶体 94.87℃ 针状晶体 二苯乙醇酸 228.24

150℃ 347℃ 180℃ —— 溶于热水 1.084 133℃ 344℃ 1.310 热水溶 不溶 微溶冷水溶 溶 乙醚 溶 溶 熔点 -26℃ 沸点 度 178℃ 1.0415 冷水不溶 溶 微溶于水 微溶 醇 溶 醚 溶 溶解度 2.3实验装置图

4325678932456789111110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100 mL10%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100 mL圆底烧瓶中将2.5 g KOH溶解于5mL水中，加入2.5 g二苯乙二酮溶于7.5 mL95%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1.8g VB1(盐酸硫胺素盐噻胺)，5ml蒸馏水，15ml 95%乙醇，用塞子塞上瓶

口，放在冰水浴中冷却。

2) 用一支试管取5ml 10%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1.8g VB1(盐酸硫胺素盐噻胺)，5ml蒸馏水，15ml 95%乙醇，用塞子塞上瓶

口，放在冰水浴中冷却。

2) 用一支试管取5ml 10%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。

三．实验实际采用方法

安息香的辅酶合成：

1) 在50ml圆底烧瓶中加入1.8g VB1(盐酸硫胺素盐噻胺)，5ml蒸馏水，15ml 95%乙醇，用塞子塞上瓶

口，放在冰水浴中冷却。

2) 用一支试管取5ml 10%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。产品（白色晶体）空气中晾干后，称重得1.56g。

二苯乙醇酸的制备：

在一小蒸发皿中放置2.6g氢氧化钠和0.57g溴酸钠于6mL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2.04g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25mL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6mL）。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2.47g。

四．实验结果

安息香的辅酶合成： 称得干燥产物1.56g

实验的理论产值10.61g，实验所得产品质量1.56g，产率14.71% 二苯乙醇酸的制备：

称得产物湿重2.47g 除去30%的水，约得1.73g产物 实验的理论产值2.19g，实验所得产品质量1.73g，产率78.99%

五．实验结论

由数据处理的结果可知，安息香缩合反应的产率比较低，可能原因可能是实验过程中温度与pH值控制的不是很好。由此总结出：辅酶催化安息香缩合反应对pH的要求很高, 否则产率较低甚至难得到产品。该反应在碱性条件下进行, pH 在8~ 9为宜。由于维生素B1通常为盐酸盐, 如果pH 较低, 不能形成碳负离子, 则无法进行反应。随着反应进行, 会导致pH 发生变化, 所以反应进行一段时间后应检查和调节pH, 若pH 过低需要适当补加碱液, 但如果pH 过高(大于10), 维生素B1中噻唑环容易被破坏, 或发生苯甲醛歧化等副反应, 将难得到所需产品。 安息香的辅酶合成注意事项：

1. 维生素B1对实验的影响很大，所以应该用保持良好的维生素B1。 2. 维生素B1必须在水中完全溶解后再加乙醇。

3. 维生素B1在酸性条件下稳定，但易吸水。在水溶液中易被氧化失效，光及金属离子均可加速氧化。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、氢氧化钠溶液必须用冰水冷透，这是本实验成败的关键。

4. 苯甲醛放置过久，常被氧化成苯甲酸，但本实验苯甲醛中不能含苯甲酸，所以实验时候应用新蒸馏的

苯甲醛

5. 回流反应过程时，水浴温度和溶液的pH值的设定十分重要。 6. 氢氧化钠溶液的滴加速度应当尽量缓慢，冷却也应当控制冷却速度。

参考文献:

[1] 李中华,白亦穷.辅酶催化安息香缩合反应的实验探讨[J].大学化学,2011,4.26(2).

[2] 张康华,曹小华,陶春元,全民强.安息香缩合与应用研究进展[J].安徽农业科学,2009,37(30):14549-14551. [3] 高兰萍.安息香缩合实验中的催化剂.内蒙古石油化工,2009.10. [4] 曾昭琼主编.有机化学实验[M]. 北京:高等教育出版社, 2005.

[5] 孙占怀, 段丽萍主编. 有机化学实验讲义.包头师范学院化学学院, 2008.

[6] 有机化学实验/兰州大学编.北京:高等教育出版社,2006.6.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/y21h.html