紫羅蘭酮的全合成及表征

紫羅蘭酮的全合成及表征一、實驗原理從檸檬醛合成假性紫羅蘭酮,再合成紫羅蘭酮的主要工藝如下由于丙酮易得，故用丙酮制備更為實際。檸橡醛與丙酮的反應(yīng),環(huán)合生成紫羅蘭酮的工作，方程式為：紫羅蘭酮的合成分兩步進(jìn)行：(1)檸檬醛（山蒼子油的主要成分）在堿性條件下與丙酮縮合，生成中間體假紫羅蘭酮；(2)假紫羅蘭酮在酸催化劑作用下環(huán)化合成紫羅蘭酮。其中(1)第一步堿濃度對反應(yīng)有影響（將在第四部分影響因素中再做詳細(xì)討論）。(2)第二步環(huán)化過程中，酸不同可控制環(huán)化選擇性。；如用硫酸環(huán)化，則β-紫羅蘭酮為主要產(chǎn)物；當(dāng)使用Lewis酸如三氟化硼乙醚時，主要得到γ-紫羅蘭酮。二、實驗步驟1.縮合反應(yīng)原料配比(質(zhì)量比):m(98%檸檬醛):m(95%丙酮):m(1.5%NaOH)=1:2:2將34.693g檸檬醛及80g丙酮和80g1.5%的NaOH水溶液加入三口燒瓶中強烈攪拌升溫至50℃保持2h；再升溫至60℃保持3h；稍冷后轉(zhuǎn)入分液漏斗中靜止30min，分去下層丙酮堿水；上層加入10%醋酸搖勻（用剛果紅試紙測試呈酸性），靜止分層；上層轉(zhuǎn)入克氏蒸餾瓶，油浴加熱蒸去丙酮后用直接水蒸汽蒸粗的假性紫羅蘭酮，使流出物中有油珠停止，再減壓分餾，收集124～144℃/799.932Pa的產(chǎn)品。2.環(huán)化反應(yīng)原料配比(質(zhì)量比):m(假性紫羅蘭酮):m(62%H2SO4):m(苯)=1:1.5:1.23將22.5g62%H2SO4置于三口燒瓶內(nèi)，加入18.45g苯，混合后冷卻至20℃左右慢慢加入15g假性紫羅蘭酮，控制溫度不超過20℃。加完繼續(xù)攪拌30min，溫度自然上升至36℃，維持30min；迅速加入10g碎冰塊，轉(zhuǎn)入分液漏斗，冰溶解后分成上下兩層；上層油液用水洗，下層用25mL苯萃取后并入上層，用10%純堿中和至堿性（pH8～9），再用10%醋酸中和至微酸性（pH5～6）。轉(zhuǎn)入克氏蒸餾瓶用油浴蒸出溶劑，再真空分餾收集120～124℃/1.333kPa的產(chǎn)品?？偸章饰墨I(xiàn)值為55.9%。三、實驗機(jī)理實驗中涉及的羥醛縮合機(jī)理，均以以下步驟來表示：關(guān)環(huán)反應(yīng)的實驗機(jī)理為：四、儀器與藥品儀器：三口燒瓶、攪拌器、溫度計、水蒸汽發(fā)生器、燒杯、直流冷凝器、回流冷凝器、蒸餾瓶、克氏蒸餾瓶、分液漏斗、真空泵、水銀壓力計、多頭接液管、油浴鍋、水浴鍋、電爐、調(diào)壓變壓器、2W型阿貝折光儀。藥品：含98%的檸檬醛、丙酮(CP)、NaOH(CP)、冰醋酸(CP)、硫酸(CP)、苯(CP)、純堿(CP)、冰塊、剛果紅試紙、萬用試紙。五、影響因素1.丙酮用量對產(chǎn)率的影響當(dāng)檸檬醛與堿液的用量為定量時，丙酮用量在某一值以下，假性紫羅蘭酮的產(chǎn)率隨丙酮的用量增加而提高。當(dāng)用量高于某一值以后，隨著丙酮用量的增加收率反而下降?？赡苁潜陨淼拇既┛s合所造成收率的下降。文獻(xiàn)中該值為60g。2.檸檬醛用量對產(chǎn)率的影響當(dāng)丙酮與堿液的用量為定量時，檸檬醛用量在某一值以下，假性紫羅蘭酮的產(chǎn)率隨檸檬醛用量的增加而提高。當(dāng)用量高于某一值以后，隨著檸檬醛用量的增加產(chǎn)率反而下降。可能是檸檬醛自身的縮合、檸檬醛在堿的影響下水解、兩個檸檬醛和一個分子丙醛縮合所造成收率的下降。文獻(xiàn)中，該值為28g。顯然，丙酮與檸檬醛的反應(yīng)配料比對產(chǎn)率的影響很大。3.縮合時間的變化對產(chǎn)率的影響當(dāng)配料參數(shù)為定量，縮合時間為變量時，隨著縮合時間的延長，產(chǎn)率反而降低?？赡苁巧疃确磻?yīng)后副產(chǎn)物增多，影響主產(chǎn)物的產(chǎn)率，造成產(chǎn)率下降。4.溶劑苯用量對產(chǎn)率的影響查閱文獻(xiàn)可知，該實驗中溶劑苯應(yīng)有一個最適用量。其他條件不變時，在最適用量下反應(yīng)的產(chǎn)率最高。以上述反應(yīng)物用量為例，文獻(xiàn)中苯的最適用量應(yīng)為18.45g?？赡艿脑蚴侨軇┝窟^少時對反應(yīng)物的溶解不利，造成反應(yīng)速率緩慢，而且溶劑量過少可能使反應(yīng)物濃度過高，發(fā)生副反應(yīng)。如果溶解量過多，則會使反應(yīng)物濃度過稀，同樣使反應(yīng)速率變慢，而且由于反應(yīng)存在化學(xué)平衡，會使反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率下降。5.催化劑H2SO4用量對產(chǎn)率的影響催化劑H2SO4對紫羅蘭酮的產(chǎn)率影響較大。在這里直接引用文獻(xiàn)當(dāng)中的說法：當(dāng)催化劑62%H2SO4的量達(dá)到30g時產(chǎn)率為最高。繼續(xù)加量至45g。產(chǎn)率沒有很大變化，稍呈下降。根據(jù)α-紫羅蘭酮和β-紫羅蘭酮折光率，也可知在強酸性介質(zhì)中，假性紫羅蘭酮環(huán)化后易形成β-紫羅蘭酮。據(jù)資料介紹，硫酸的濃度若不是62%，則用量應(yīng)相應(yīng)改變，否則將影響產(chǎn)品的組成。6.環(huán)化溫度對產(chǎn)率的影響環(huán)化溫度對產(chǎn)率的影響是比較明顯的。當(dāng)環(huán)化溫度在10度時產(chǎn)率低，即溫度偏低，反應(yīng)不完全。到40度時產(chǎn)率也低，可能是因為反應(yīng)溫度過高，反應(yīng)物與生成物發(fā)生了聚合反應(yīng)，致使反應(yīng)中生成的聚合物大大增加，從而導(dǎo)致了收率的降低。最適宜的溫度范圍是在20到30度之間，得到的紫羅蘭酮產(chǎn)率較高。六、其他合成方法參閱文獻(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)了其他的幾種合成方法，其中不乏較好的方法，如下：其中，A方法即本實驗所用方法。方法B：由α-紫羅蘭酮或γ-紫羅蘭酮在氯化亞銅催化下經(jīng)重排反應(yīng)制備。方法C：以β-環(huán)檸檬醛為原料與丙酮縮合制備。研究發(fā)現(xiàn)，α-環(huán)檸檬醛與丙酮縮合產(chǎn)物主要不是預(yù)期的α-紫羅蘭酮，而是β-紫羅蘭酮，由此產(chǎn)生一種新的合成方法：文獻(xiàn)中所給的步驟如下，在此直接引用：1、α-環(huán)檸檬醛的制備將45．6g(0．3mol)檸檬醛用45IIIL二氯乙烷稀釋加入250mL四口瓶中，水浴保溫，室溫攪拌下緩慢滴加在30mL溶有30．0g苯胺的二氯乙烷溶液。滴加完畢，再攪拌0.5h，薄層跟蹤反應(yīng)完畢(乙酸乙酯：石油醚=l：3)。將反應(yīng)混合液用8g無水硫酸鈉干燥，所得檸檬醛亞胺的二氯乙烷溶液可直接用于環(huán)化反應(yīng)。500mL四口瓶中加入120mL98％的濃硫酸和140mL二氯乙烷混合攪拌，冷浴冷卻至-20至-25℃，在劇烈攪拌下，將上面制得的亞胺溶液緩慢滴入其中，溫度控制在一20℃左右，約lh加完，滴畢繼續(xù)攪拌反應(yīng)20min。1000mL燒杯中放250g碎冰，在攪拌下，將上述環(huán)化反應(yīng)液緩慢加入，加完后攪拌至粘稠物消失，然后緩慢升溫至30℃左右攪拌0.5h，分層，有機(jī)相水洗，無水硫酸鈉干燥，回收溶劑，殘留物減壓蒸餾，收集53~58℃／lmmHg餾分39．6g，為無色透明液體，氣相含量97．1％，收率87％。2、縮合反應(yīng)制備β-紫羅蘭酮在500mL四口瓶中，加環(huán)檸檬醛30．4g(0．2m01)和250g丙酮，再加入5％的氫氧化鈉水溶液3mL，氮氣保護(hù)下于45℃攪拌反應(yīng)。約6h后氣相色譜跟蹤至原料基本消失，加入lmL乙酸，常壓回收丙酮后油泵減壓精餾收集85—89℃／lnmHg餾分，得產(chǎn)品29．4g(氣相含量93．5％)，收率71．6％從總收率來看，總收率為87％×71．6％=62.3%，較之前的方法高。該反應(yīng)的機(jī)理即由于孤立雙鍵較共軛雙鍵能量高，熱力學(xué)穩(wěn)定性差，所以反應(yīng)過程中會自動發(fā)生孤立雙鍵轉(zhuǎn)化為共軛雙鍵的反應(yīng)。該過程可能歷經(jīng)兩種途徑：我們認(rèn)為，該路線產(chǎn)率高的原因有以下兩點：①關(guān)環(huán)反應(yīng)由于過程中，由于空間位阻小，所以反應(yīng)更加容易進(jìn)行；②羥醛縮合過程中由于雙鍵上電正性的碳在環(huán)內(nèi)，相對更加不容易被進(jìn)攻，所以在醛基本身進(jìn)行反應(yīng)的幾率更大。七、參考文獻(xiàn)1、王小梅，李謙和；假紫羅蘭酮環(huán)化合成紫羅蘭酮催化劑研究進(jìn)展；合成化學(xué)2002,10(6)

2、潘士印，王立新，蔡澤貴，杜振軍；紫羅蘭酮及類似化合物的合成；化學(xué)