抗癲癇藥二苯乙內(nèi)酰脲的合成.docx

抗癲癇藥二苯乙內(nèi)酰脲的合成概述：5,5-二苯基乙內(nèi)酰脲即苯妥英是一種抗癲癇藥。英文名Phenytoin。中文別名大倫丁、地倫丁、二苯妥英、二苯乙內(nèi)酰脲、或奇非寧。適用于治療全身性強直陣攣性發(fā)作、復(fù)雜部分性發(fā)作（精神運動性發(fā)作、顳葉癲癇）、單純部分性發(fā)作（局限性發(fā)作）和癲癇持續(xù)狀態(tài)。也可用于治療三叉神經(jīng)痛。一實驗?zāi)康?.1 了解安息香縮合反應(yīng)的原理以及實驗操作，學(xué)會通過低溫及控制pH值獲得高產(chǎn)率的安息香;1.2 了解安息香氧化反應(yīng)，掌握安息香氧化反應(yīng)的實驗方法及薄層層析法監(jiān)測反應(yīng)進程的實驗方法;1.3 了解二苯乙二酮和尿素制備5,5-二苯基乙內(nèi)酰脲的方法和反應(yīng)機理;1.4 熟練掌握回流，抽濾和重結(jié)晶等實驗操作;1.5 掌握文獻資料的檢索和實驗報告的書寫標(biāo)準(zhǔn)。二實驗原理本實驗以苯甲醛為起始原料，合成一種抗癲癇藥物5,5-二苯基乙內(nèi)酰脲，實驗分為三步:（A） 安息香的輔酶催化合成（B） 安息香的氧化薄層層析法監(jiān)測反應(yīng)的進程（C） 抗癲癇藥物5,5-二苯基乙內(nèi)酰脲1. 安息香的輔酶合成維生素B1催化苯甲醛發(fā)生安息香縮合反應(yīng)前應(yīng)該先將維生素B1的醇溶液和NaOH溶液分別置于冰鹽浴中，低溫下NaOH奪取VB1的H質(zhì)子，生成C負(fù)離子。在將NaOH溶液滴加到VB1的醇溶液中時應(yīng)逐滴滴入并且邊滴邊搖。NaOH奪取VB1實際上是酸堿的中和反應(yīng)，反應(yīng)過程放熱，而高溫下VB1不穩(wěn)定，極易分解，因而實驗當(dāng)中需要緩慢滴加NaOH，若一次性將NaOH溶液不經(jīng)冰鹽浴全部加入則放出大量的熱量，體系溫度過高導(dǎo)致部分VB1受熱分解失去或降低催化作用降低安息香的產(chǎn)率。冰鹽浴（冰與鹽以1:3混合）較普通的冰水浴能將體系溫度降至零攝氏度一下，能有效的使體系處于低溫的條件下，提高VB1及其C負(fù)離子的穩(wěn)定性，因而需要將VB1的醇溶液及NaOH溶液分別置于冰鹽浴一段時間后將NaOH溶液逐滴滴入VB1醇溶液中，此時溶液顯黃色，若溫度過高造成VB1分解則溶液顏色加深。水浴加熱90min時，反應(yīng)液出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象，原因是反應(yīng)期間發(fā)生了分解反應(yīng)，但本組觀察到的上層溶液顏色較深，實驗可繼續(xù)進行。反應(yīng)結(jié)束后我們小組并未看見燒瓶中有晶體析出，因摩擦攪拌為晶體沉淀形成的條件之一，將反應(yīng)液倒出燒杯中用玻璃棒沿杯壁摩擦，觀察到有白色晶體析出。過濾洗滌重結(jié)晶得到安息香粗品。通過實驗不難發(fā)現(xiàn)影響安息香產(chǎn)量率因素主要有：pH值、溫度、重結(jié)晶時乙醇用量以及苯甲醛的純度。pH值過低，堿性太弱，VB1未全部被奪去H質(zhì)子形成兩性離子，實際催化量比加入量少，催化效果大大降低,同樣苯甲醛的純度不足（苯甲醛中含有苯甲酸），會使得溶液偏酸性，需要較多的NaOH中和，也減少了實際VB1的催化量；pH值過高，堿性太強，VB1的噻唑環(huán)開環(huán)，降低VB1的催化作用。溫度偏高則VB1分解降低催化作用。重結(jié)晶時乙醇用量過多則會溶解一定量的安息香，使得最終析出的安息香量減少，降低產(chǎn)率，實際操作中本組加入的乙醇偏多，以致后來抽濾干燥后的產(chǎn)品量較少約為10.25g）。圖1 安息香的紅外光譜圖在3400cm-1左右有一個中等強度吸收峰，說明存在醇羥基，在1700 cm-1左右有一個中等強度吸收峰，說明存在酮羰基，在31003010 cm-1有中等強度吸收峰，在1450-1600 cm-1處有多個尖且強的峰，在750 cm-1有幾個吸收峰，說明存在苯環(huán)，且苯環(huán)上只有一個取代基。2. 安息香的氧化實驗中將安息香粗品和濃硝酸混合水浴加熱，由于濃硝酸會分解生成棕色有毒氣體NO2，因而反應(yīng)應(yīng)在通風(fēng)櫥中進行并接上酸性尾氣處理裝置，用NaOH溶液吸收溢出的NO2。反應(yīng)中使用薄層層析法檢測反應(yīng)進程。反應(yīng)進行前即加熱0min時進行一次點樣，用毛細(xì)管取少量反應(yīng)液在干燥的薄層層析板上點樣，一張層析板上以2個點樣中心為佳，每個點樣中心重復(fù)點樣23次為佳。最開始的點樣，我在一張薄層層析板上點了3個中心，每個點樣中心輕輕重復(fù)點樣2次以確保有一定的反應(yīng)物可溶解在展開劑中展開（展開過程中不可隨便碰展開缸，以免造成展開速度不均，上層邊界不水平影響Rf值，觀測是否展開完成應(yīng)蹲至眼睛與展開缸水平的位置），經(jīng)展開觀察，3個點樣點相互獨立，但當(dāng)點樣技術(shù)不好時點樣多于2個容易發(fā)生斑塊漂移重疊影響觀測，即薄層層析板兩邊的邊緣處展開劑展開速度較快，帶動邊沿的樣本較中心移動速度快，造成斑點漂移部分邊沿重合，可通過增加缸中展開劑的蒸汽濃度和每塊層析板點2個樣本中心來避免斑塊漂移現(xiàn)象；點樣時應(yīng)因點樣的量決定在同個點樣中心點幾次，經(jīng)實驗的經(jīng)驗，我一般兩次，若點樣次數(shù)較少，加有機物量較少，斑塊大小較難判斷進程（反應(yīng)中容易將因點樣量少造成的反應(yīng)物斑塊較小當(dāng)做反應(yīng)基本完全時反應(yīng)物所剩無幾處理，提前結(jié)束反應(yīng)），點樣次數(shù)較多，加的有機物量較多，超過展開劑的負(fù)載能力，過剩的有機物被拋在斑塊主體的后面形成拖尾現(xiàn)象；而點樣技術(shù)不高時重復(fù)點樣的點樣中心沒有重復(fù)而是一高一低也容易在展開后形成拖尾現(xiàn)象，拖尾現(xiàn)象可通過控制加樣的量和重合點樣中心避免。反應(yīng)進行中，點樣監(jiān)測反應(yīng)進程，在紫外光燈照射下，理論上可觀測到如下變化：圖2 反應(yīng)進程中的薄層層析圖Rf=x/y稱作比移值，由反應(yīng)歷程可知在最初反應(yīng)進行程度不高時，反應(yīng)物占據(jù)反應(yīng)體系中較大的比值，生成物較少，因而反應(yīng)物斑塊較大，生成物斑塊較小，在反應(yīng)開始前體系中只有反應(yīng)物而無生成物，所以只看見有反應(yīng)物一個斑塊。隨著反應(yīng)時間的增長，反應(yīng)進行程度不斷提高，反應(yīng)物不斷減少，生成物不斷增多，因而往后的展開中可見反應(yīng)物斑塊逐漸減小，生成物斑塊逐漸減小。當(dāng)最終只剩下生成物一個斑塊或反應(yīng)物的斑塊很小時說明安息香已經(jīng)全部或接近全部轉(zhuǎn)化為二苯基乙二酮，可以停止反應(yīng)加熱。同時我們可以觀測到反應(yīng)物的Rf值比產(chǎn)物的Rf值要?。ǚ磻?yīng)物在下，生成物在上），這是因為反應(yīng)物中含有羥基，極性較大，經(jīng)反應(yīng)羥基轉(zhuǎn)變?yōu)闃O性較小的羰基，依據(jù)相似相溶原理，極性較小的羰基生成物較極性較大的反應(yīng)物在有機展開劑二氯甲烷中的溶解度要大，隨著展開劑二氯甲烷的擴散展開速度較快在上面，極性較大的反應(yīng)物溶解擴散速度較小在下面，即反應(yīng)物的Rf值比產(chǎn)物的Rf值要小。若反應(yīng)條件控制不好時，反應(yīng)體系中容易發(fā)生副反應(yīng)安息香的硝化，經(jīng)展開紫外光燈觀察可看見在原本反應(yīng)物和生成物的斑塊之間有一個新的斑塊，即一個點樣點出現(xiàn)三個斑塊，同討論反應(yīng)物與生成物的Rf值相同，依據(jù)三者極性大小和相似相溶原理可判斷出正常的生成物在上，反應(yīng)物在下，中間的為硝化副產(chǎn)物。影響二苯基乙二酮產(chǎn)率的因素主要有：HNO3濃度、用量、反應(yīng)時間以及重結(jié)晶乙醇用量。HNO3濃度低則不利于氧化安息香；用量少則不利于平衡正向進行徹底，過量則易發(fā)生硝化副反應(yīng)；反應(yīng)時間過短反應(yīng)不充分，時間過長副反應(yīng)增多且浪費資源；重結(jié)晶時乙醇量過多溶解部分二苯基乙二酮，以上幾種皆會降低二苯基乙二酮的產(chǎn)率。反應(yīng)最終得到產(chǎn)物二苯基乙二酮為黃色結(jié)晶固體，從原料白色的安息香到黃色的二苯基乙二酮，羥基轉(zhuǎn)變?yōu)轸驶?，共軛體系增大，吸收光的頻率增大，反射出的互補光頻率落在了可見光范圍內(nèi)，反射出黃光，因而反應(yīng)物安息香為白色晶體，產(chǎn)物二苯基乙二酮為黃色晶體。圖3 二苯基乙二酮的紅外光譜圖在17251700 cm-1有尖、強的吸收峰，說明存在酮羰基，在31003010 cm-1有中等強度吸收峰，在14501600 cm-1處有多個尖且強的峰，在770750 cm-1和710690 cm-1處有尖、強吸收峰說明存在苯環(huán)，而且苯環(huán)上只有一個取代基。3. 5,5-二苯乙內(nèi)酰脲的合成NaOH溶液冷卻后逐滴緩慢加入，邊滴邊搖，以免造成原料氧化溶液嚴(yán)重變色，反應(yīng)液正常為黃色液體。待反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)抽濾，無固體雜質(zhì)，說明本組前兩次實驗進行的較徹底，此次所得產(chǎn)物無未反應(yīng)的安息香和二苯基乙二酮。加入HCl溶液酸化二苯基乙醇酸重排產(chǎn)物二苯基乙醇酸鹽得到二苯基乙醇酸。調(diào)節(jié)pH值56，應(yīng)攪拌均勻，本組在某次測量pH值時測得pH試紙橙紅色，酸度偏高，當(dāng)攪拌多幾次再測pH值時發(fā)現(xiàn)pH試紙呈藍紫色顯強堿性，即當(dāng)攪拌不均勻時容易出現(xiàn)局部過酸，可能由于調(diào)pH值時出現(xiàn)局部過酸所以最終本小組的產(chǎn)物5,5-二苯乙內(nèi)酰脲產(chǎn)率很低。用乙醇重結(jié)晶時加入活性炭進行脫色，本小組所得產(chǎn)品較純凈雜質(zhì)較少產(chǎn)物顏色顯白色，經(jīng)脫色重結(jié)晶所得產(chǎn)品5,5-二苯乙內(nèi)酰脲顯純白色。重結(jié)晶時應(yīng)讓反應(yīng)液在室溫下緩慢冷卻以便析出較好的晶型同時不易粘在瓶壁上，加入少量水可溶解乙醇利于析出產(chǎn)物。 圖4 5,5-二苯基乙內(nèi)酰脲的紅外光譜圖在35003000 cm-1處有一個較強的吸收峰，說明N-H的存在，在17251700 cm-1處有一個尖且強的吸收峰，說明存在酮羰基，在31003010 cm-1有中等強度吸收峰，在1450-1600 cm-1處有多個尖且強的峰，在770750 cm-1和710690 cm-1處有吸收峰說明存在苯環(huán)，且苯環(huán)上只有一個取代基。3 實驗裝置圖 四操作步驟4.1安息香的輔酶合成【主要試劑】維生素B1，95%乙醇，10%氫氧化鈉，新蒸苯甲醛【主要儀器】150mL圓底燒瓶，球形冷凝管，加熱裝置，抽濾裝置稱取3.60g VB1，將其置于150mL圓底燒瓶中，再加入12mL蒸餾水與30mL95%乙醇使其溶解并振搖燒瓶，塞上瓶口，將其放入冰鹽浴中充分冷卻。在另一錐形瓶中加入約12mL10%氫氧化鈉溶液，亦置于冰鹽浴中充分冷卻。將上述12mL10%氫氧化鈉溶液滴加至盛有VB1的乙醇溶液中（保持低溫以防VB1分解，使pH值在9.69.8），此時溶液呈黃色。分批加入新蒸的苯甲醛，搖勻后將盛有反應(yīng)物的圓底燒瓶裝上回流冷凝管，在6070的水浴中保溫90min。然后把圓底燒瓶放入冰浴冷卻，析出白色晶體，抽濾，用冰水洗滌。抽干后用95%乙醇重結(jié)晶，得到無色針狀結(jié)晶。m.p 134136。測定產(chǎn)品的紅外光譜并與安息香的已知紅外光譜對照，指出其主要吸收峰的歸屬。4.2.安息香的氧化【主要試劑】硅膠GF254，羧甲基纖維素鈉，粗品安息香（自制），冰醋酸， 95%乙醇，70%濃硝酸，二氯甲烷，碘【主要儀器】毛細(xì)管（點樣），7.5x2.0cm的薄層板4塊，碘缸，展開缸，150mL圓底燒瓶，球形冷凝管，加熱裝置，抽濾裝置。本實驗用硅膠GF254作吸附劑，其中摻入0.5%羧甲基纖維素鈉作為黏合劑，在7.5x2.0cm的潔凈玻片上均勻地制成薄層硬板。于室溫晾干后，在烘箱中升溫至110活化1h后置于干燥器中備用。在50mL三頸瓶上裝冷凝管、溫度計及氣體吸收裝置。將3.00g粗品安息香和15mL冰醋酸及7.5mL70%濃硝酸混合均勻。將此反應(yīng)混合物在水浴鍋中加熱至液體溫度為8595，此后每隔1520min用毛細(xì)管取出少量反應(yīng)液，在薄層板上點樣2次，每次約數(shù)微升，放置一會使醋酸和硝酸揮發(fā)，然后放入裝有二氯甲烷的展開缸展開，再取出在紫外燈下顯色。如此不斷觀察安息香是否已全部轉(zhuǎn)化成二苯基乙二酮。 當(dāng)安息香已全部轉(zhuǎn)化成二苯基乙二酮后，將反應(yīng)液冷卻并加入120g冰水混合物。此時有黃色的二苯基乙二酮結(jié)晶出現(xiàn)。抽濾，并用少量冰水洗滌結(jié)晶固體，抽干后用75%乙醇水溶液重結(jié)晶，得到淺黃色晶體。m.p 95。測定產(chǎn)物的紅外光譜并與二苯基乙二酮已知紅外光譜對照，指出其主要吸收峰的歸屬。4.3.5,5-二苯基乙內(nèi)酰脲的合成【主要試劑】二苯乙二酮，尿素，95%乙醇，30%氫氧化鈉溶液，10%鹽酸，丙酮【主要儀器】150mL圓底燒瓶，球形冷凝管，加熱裝置，抽濾裝置。在150mL圓底燒瓶中加入0.99g二苯基乙二酮，0.5g尿素，15mL95%乙醇和3mL30%氫氧化鈉水溶液（邊滴加氫氧化鈉溶液邊搖勻，注意動作應(yīng)較慢），水浴回流加熱1h。后取出圓底燒瓶將其用水浴冷卻，將反應(yīng)混合物倒入盛有25mL水的燒杯中，抽濾，除去固體雜質(zhì)。向濾液中滴加10%鹽酸，直至試紙顯示pH值在56為止。抽濾，收集固體為二苯基乙內(nèi)酰脲粗產(chǎn)品，用一滴管水淋洗一次。用95%乙醇重結(jié)晶，加適量活性炭脫色（根據(jù)粗產(chǎn)品顏色判斷加入活性炭的量，但至少應(yīng)加入一藥勺活性炭），烘干，稱量，計算產(chǎn)率。5 結(jié)果與討論5.1結(jié)果表1 各步反應(yīng)的收率實驗步驟第一步第二步第三步實際產(chǎn)量（g）0.002.660.63理論產(chǎn)量（g）20.923.041.28收率（%）0.0087.5049.22薄層色譜展開后數(shù)據(jù)記錄及Rf值反應(yīng)時間hh1h2Rf1Rf2154.802.903.000.640.62304.302.403.700.560.86454.302.403.500.560.81其中：時間單位為min,距離單位為cm 5.2討論（1） 安息香的輔酶合成實驗失敗，未得到任何產(chǎn)物，其中最主要的原因是由于酶失活，在酶觸反應(yīng)中，酶的催化具有高效性，專一性和條件溫和，但是酶催化反應(yīng)對于反應(yīng)過程中的pH，溫度有很高的要求，在低溫下酶的活性較低，可能無法催化，而溫度過高，或者由于pH過高或過低，都會造成酶失活，從而導(dǎo)致實驗失敗。而影響安息酸產(chǎn)率的因素有苯甲醛中不能含有苯甲酸，故使用前應(yīng)先用5%的碳酸氫鈉洗滌干燥后蒸餾，這是為了防止VB1的分解；另外堿的用量也是決定實驗成敗的關(guān)鍵，在堿性介質(zhì)中，維生素B1的噻唑環(huán)形成兩性離子，對反應(yīng)起催化作用，但堿性太強則使噻唑環(huán)開環(huán)，降低維生素B1對反應(yīng)的催化作用。本實驗用安全的生物輔酶替代劇毒的氰化物實現(xiàn)安息香的縮合，有利于實驗者的健康，且實驗方法也較為成熟，就反應(yīng)自身而言，用安全的生物輔酶替代劇毒的氰化物實現(xiàn)安息香的縮合，符合綠色化學(xué)得發(fā)展思路。本實驗反應(yīng)條件溫和，室溫下就可以進行，不需加熱，實驗安全系數(shù)比較高。（2）安息香的氧化1.在安息香的氧化過程中，產(chǎn)生大量棕色氣體（二氧化氮），所以需要安裝酸性氣體吸收裝置，并且要注意漏斗拜訪，防止堿液倒吸。2. 冷卻時要不斷攪拌，防止結(jié)晶成大塊而包裹進雜質(zhì)。3. 產(chǎn)物二苯基乙二酮為黃色結(jié)晶固體，原料安息香為白色固體，從結(jié)構(gòu)的對比中可以看成，二苯乙二酮的共軛范圍比安息香的大，電子發(fā)生*躍遷所需要的能量降低。導(dǎo)致其躍遷所需吸收光的波長從紫外波長段移入可見光波長段，故二苯基乙二酮顯示吸收光的互補色黃色。4. 反應(yīng)物的Rf值比產(chǎn)物Rf值小因為實驗所中，硅膠GF254為極性固定相，二氯甲烷為非極性流動相，故為正相色譜薄層。反應(yīng)物安息香為極性物質(zhì)，產(chǎn)物二苯基乙二酮為非極性物質(zhì)，故在色譜薄層中產(chǎn)物的移動距離比反應(yīng)物的大，由計算公式Rf組分移動的距離溶劑前沿移動的距離計算得反應(yīng)物的Rf值比產(chǎn)物Rf值小。有機物在薄層上的上行速度跟有機物的極性和薄層固定相和流動相的性質(zhì)有關(guān)。薄層層析時的漂移是由于硅膠板的厚度不平坦造成，拖尾是由于點樣量過多或薄層含水量過高造成，制作硅膠板時盡量使其攤平，烘干和點樣的試劑用量適當(dāng)可消除漂移和拖尾現(xiàn)象。5. 而產(chǎn)率為87.50%，產(chǎn)率較低，而影響反應(yīng)產(chǎn)率的因素有加熱溫度會對其造成影響，故反應(yīng)溫度應(yīng)該控制在8595C之間；酸的濃度即pH的過高過低也會使產(chǎn)率降低；同時，反應(yīng)后要先冰浴冷卻，否則析出的晶體過細(xì)，抽濾時會造成較多損失；此外，重結(jié)晶時加入乙醇溶劑過多也會導(dǎo)致產(chǎn)品的較大損失。6. 通過不斷的取樣進行分析來監(jiān)測反應(yīng)的進程，這樣不僅節(jié)約了時間和能源，而且提高了收率和產(chǎn)品的純度。（3） 抗癲癇藥二苯乙內(nèi)酰脲的合