王雅珍，芮清清

(1.江蘇理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，江蘇 常州 213001;2.南京工業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210032)

0 引言

查爾酮及其衍生物是芳香醛酮發(fā)生交叉羥醛縮合的產(chǎn)物，化學(xué)結(jié)構(gòu)為1，3－二苯基丙烯酮，以它為母體的天然化合物廣泛存在于甘草、紅花等植物中，是合成黃酮類化合物的重要中間體，它也可用于香料和藥物的合成[1]。查爾酮分子結(jié)構(gòu)具有較大的柔性，能與不同的受體結(jié)合，因此具有廣泛的生物活性[2]。據(jù)有關(guān)文獻報道，許多查爾酮化合物具有抗蟯蟲[3]、抗過敏[4]、抗腫瘤、抑制和清除氧自由基、抗菌、抗病毒、抗?jié)兒徒獐d等生物活性[5－6]。近年來，還有文獻報道查爾酮的共軛效應(yīng)使其電子流動性非常好，且具有不對稱的結(jié)構(gòu)，所以是優(yōu)越的有機非線性光學(xué)材料，可以作為光儲存、光計算、激光波長轉(zhuǎn)換材料[7]。此外，查爾酮還可用作光化學(xué)中的光交聯(lián)劑、熒光材料和液晶材料等[8]。反應(yīng)如下:

1 實驗合成

1.1 實驗試劑與儀器

苯酚、濃硫酸、乙酸酐無水三氯化鋁、硝基苯、苯甲醛均為化學(xué)純;紅外光譜儀(sepectrum100系列)，KBr壓片;數(shù)字阿貝折射儀(WAY－2S)。

1.2 乙酸苯酯的合成

在干燥的裝有回流冷凝裝置的兩口燒瓶中(一口插入溫度計)，依次加入一定量的苯酚和乙酸酐，小心混合加入適量濃硫酸做催化，緩慢加熱至沸騰，回流3 h后冷卻至室溫改為蒸餾裝置，收集190～196℃餾分，得無色透明液體乙酸苯酯，稱重，計算產(chǎn)率，測其折光率和紅外譜圖并分析改產(chǎn)物。

1.3 4－羥基苯乙酮的合成

在烘干的裝有電動攪拌器、溫度計和加料漏斗的三口燒瓶中加入一定量的乙酸苯酯、硝基苯，劇烈攪拌下分?jǐn)?shù)次緩慢加入適量無水三氯化鋁，加完后開始升溫至反應(yīng)溫度反應(yīng)一段時間后，停止加熱，攪拌下加入適量的蒸餾水分解多余的無水三氯化鋁。將反應(yīng)液傾入錐形瓶中，冷卻至室溫析出白色針狀結(jié)晶，過濾得4－羥基苯乙酮粗產(chǎn)物。

將4－羥基苯乙酮粗產(chǎn)物和20倍量的蒸餾水加入反應(yīng)瓶中加熱至沸騰。分去油層后添加少量活性炭，在沸騰狀態(tài)下脫色15 min，趁熱過濾得無色透明液體，室溫下靜置，冷卻，結(jié)晶后過濾，真空干燥得白色針狀結(jié)晶4－羥基苯乙酮，稱重，計算產(chǎn)率，測定熔點和紅外譜圖分析產(chǎn)物。

1.4 4'－羥基查爾酮

取一定量的對羥基苯乙酮，溶解于適量的乙醇中，在冰浴條件下加人適量的氫氧化鈉溶液，同時不斷攪拌。開始滴加適量的苯甲醛(重蒸后)和乙醇的溶液，30 min滴完。室溫攪拌反應(yīng)一段時間后，滴加濃鹽酸至偏酸性，冷凍，過濾，用乙醇重結(jié)晶羥醛縮合產(chǎn)物后，得到黃色晶體，稱重，計算收率，測定熔點和紅外譜圖分析產(chǎn)物。

2 結(jié)果與討論

主要從酚酯化、Fris重排和羥醛縮合反應(yīng)三個方面進行討論。

2.1 影響酚酯化反應(yīng)的產(chǎn)率的因素

影響酚酯化反應(yīng)的因素有很多，如反應(yīng)溫度、苯酚和乙酸酐的摩爾比、反應(yīng)時間、反應(yīng)液的后處理等。

2.1.1 反應(yīng)溫度對酚酯化反應(yīng)產(chǎn)率的影響

當(dāng)苯酚和乙酸酐摩爾比一定、反應(yīng)時間一定的情況下，通過改變反應(yīng)溫度(105～140℃)，來考察反應(yīng)溫度對酚酯化反應(yīng)的影響，乙酸苯酯的收率見表1。

表1 反應(yīng)溫度對乙酸苯酯收率的影響

由表1可以看出:反應(yīng)溫度對乙酸苯酯收率影響較大。當(dāng)反應(yīng)溫度為125～130℃時，乙酸苯酯收率最高。適當(dāng)提高反應(yīng)溫度可以增加乙酸苯酯的收率，溫度太低反應(yīng)不完全，而溫度過高則會有副產(chǎn)物。因為提高溫度容易使反應(yīng)基團活化，加快了反應(yīng)速度，從而使收率提高;當(dāng)溫度過高時，會促使苯環(huán)參加反應(yīng)，降低了乙酸苯酯的收率[19]。

2.1.2 苯酚和乙酸酐的摩爾比對酚酯化反應(yīng)產(chǎn)率的影響

當(dāng)反應(yīng)溫度為125～130℃，反應(yīng)時間一定的情況下，通過改變乙酸酐與苯酚(0.21 mol/19.8 g)摩爾比，來考察投料比對乙酸苯酯收率的影響，乙酸苯酯的收率見表2。

表2 原料摩爾比(乙酸酐∕苯酚)對乙酸苯酯收率的影響

由表2可以看出:適當(dāng)提高乙酸酐與苯酚的摩爾比可以提高乙酸苯酯的收率，當(dāng)乙酸酐與苯酚的摩爾比為0.25∶0.21時，乙酸苯酯最高收率達到86%。而原料中乙酸酐含量過高時，乙酸苯酯的選擇性降低，這可能是由于乙酸酐含量過多促進了苯環(huán)的?；磻?yīng)的發(fā)生[20]。

2.1.3 反應(yīng)時間對酚酯化反應(yīng)產(chǎn)率的影響

當(dāng)反應(yīng)溫度為125～130℃;乙酸酐和苯酚(0.21 mol/19.8 g)的摩爾比為0.25∶0.21時，通過改變反應(yīng)時間，來考察反應(yīng)時間對乙酸苯酯收率的影響，乙酸苯酯的收率見表3。

表3 反應(yīng)時間對乙酸苯酯收率的影響

由表3可以看出:隨著反應(yīng)時間相對減少，酚酯的收率逐漸降低。其原因可能是反應(yīng)時間短，反應(yīng)不完全，從而導(dǎo)致收率降低。

2.2 最佳實驗條件驗證和討論

根據(jù)以上討論得出的酚酯化最佳條件，即在反應(yīng)溫度為125～130℃;乙酸酐和苯酚(0.21 mol/19.8 g)的摩爾比為0.25∶0.21;反應(yīng)時間為2.5 h時，進行酚酯化反應(yīng)，得到的乙酸苯酯收率見表4。

表4 最佳反應(yīng)條件下乙酸苯酯的收率

2.3 影響Fries重排反應(yīng)產(chǎn)率的影響

2.3.1 反應(yīng)溫度對Fries重排反應(yīng)的影響

當(dāng)反應(yīng)時間不變，催化劑用量不變，在硝基苯為溶劑時，通過改變反應(yīng)溫度，來考察反應(yīng)溫度對Fries重排的影響，4－羥基苯乙酮收率見表5。

表5 溫度對4－羥基苯乙酮收率的影響

由表5可以看出:溫度控制在25～30℃較為適宜。乙酸苯酯在無水三氯化鋁作用下進行Fries影響重排的諸多因素中，反應(yīng)溫度對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)影響較大。低溫適宜于對位酚酮的生成，高溫則有利于鄰位異構(gòu)體的生成。

2.3.2 催化劑用量對Fries重排反應(yīng)的影響

當(dāng)反應(yīng)溫度控制在25～30℃，反應(yīng)時間不變，以硝基苯為溶劑時，通過改變乙酸苯酯(0.15 mol/20.3 mL)和無水三氯化鋁的摩爾比，來考察催化劑的用量對Fries重排反應(yīng)的影響，對羥基苯乙酮收率見表6。

表6 催化劑用量對4－羥基苯乙酮收率的影響

由表6可以看出:乙酸苯酯(0.15 mol/20.3 mL)和催化劑摩爾比為0.15∶0.18時收率最高。由于反應(yīng)先生成?；x子，再和苯環(huán)發(fā)生親電取代反應(yīng)，反應(yīng)中?；贚ewis酸AlCl3的催化下從苯氧基轉(zhuǎn)移到苯環(huán)上，產(chǎn)物會和AlCl3生成失去催化活性的配合物，因此，催化劑用量應(yīng)略多于原料用量，等量的Lewis酸將用于形成絡(luò)合物，而多余部分可以保證反應(yīng)有催化劑存在。若催化劑與原料的摩爾比太大，則副反應(yīng)增加，使收率降低[22]。

2.3.3 反應(yīng)時間對Fries重排反應(yīng)的影響

當(dāng)反應(yīng)溫度為25～30℃，乙酸苯酯(0.15 mol/20.3 ml)和無水三氯化鋁摩爾比為0.15∶0.18，以硝基苯為溶劑時，通過改變反應(yīng)時間，來考察反應(yīng)時間對Fries重排的影響，對羥基苯乙酮收率見表7。

表7 反應(yīng)時間對4－羥基苯乙酮收率的影響

由表7可以看出:當(dāng)其它反應(yīng)條件不變時，反應(yīng)時間為24 h時，4－羥基苯乙酮收率可達21%。當(dāng)反應(yīng)時間過短時，反應(yīng)不能完全進行，以至產(chǎn)率較低。

2.3.4 溶劑的影響對Fries重排反應(yīng)的影響

當(dāng)乙酸苯酯(0.15 mol/20.3 ml)和催化劑無水三氯化鋁摩爾比0.15∶0.18，反應(yīng)溫度在25～30℃下，分別在有溶劑和無溶劑的情況下，來考察溶劑對4－羥基苯乙酮合成的影響，結(jié)果表明:在沒有溶劑的情況下，反應(yīng)物與催化劑發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)且多為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)物在攪拌過程中容易凝固，反應(yīng)往往不易進行。在以硝基苯為溶劑的情況下，產(chǎn)量相對較低，但是有溫度易控制、工藝簡單、副反應(yīng)少、可以得到單一產(chǎn)物、產(chǎn)品質(zhì)量好、原料來源廣、成本低、節(jié)能等特點[23]。

2.3.5 最佳實驗條件驗證和討論

根據(jù)以上討論得出的Fries重排反應(yīng)的最佳條件，即在反應(yīng)溫度為25～30℃、乙酸苯酯(0.15 mol/20.3 mL)和催化劑無水三氯化鋁摩爾比為0.15∶0.18、反應(yīng)時間為24 h時，進行Fries重排反應(yīng)，得到的4－羥基苯乙酮收率見表8。

表8 最佳反應(yīng)條件下4－羥基苯乙酮的收率

2.4 反應(yīng)時間對羥醛縮合反應(yīng)的影響

在合成查爾酮類化合物的過程中，反應(yīng)時間對反應(yīng)的完成程度的影響比較關(guān)鍵，可以通過反應(yīng)溶液的顏色變化來判斷縮合反應(yīng)的完成程度。在反應(yīng)開始時，反應(yīng)體系為淡黃色，此時僅有少量反應(yīng)物脫水。隨著反應(yīng)進行，體系顏色逐漸變深，在反應(yīng)5 h后，體系呈現(xiàn)橙色，此時已經(jīng)部分脫水。反應(yīng)12 h后，體系顏色已經(jīng)變?yōu)槌壬?，繼續(xù)延長反應(yīng)時間，顏色不變，說明已經(jīng)脫水反應(yīng)比較完全。

2.4.1 催化劑的濃度對羥醛縮合反應(yīng)的影響

當(dāng)反應(yīng)時間為12 h，在室溫下，通過改變催化劑的濃度，來考察催化劑的濃度對羥醛縮合反應(yīng)的影響，4'－羥基查爾酮的收率見表9。

表9 催化劑濃度對4'－羥基查爾酮收率的影響

由表9可以看出:當(dāng)濃度為0.14 g/ml時，獲得的4'－羥基查爾酮收率較高。在稀氫氧化鈉溶液中，才有利于醛酮的縮合，當(dāng)氫氧化鈉濃度超過0.14 g/ml時，就會使不含α－H的苯甲醛發(fā)生自身歧化反應(yīng)，導(dǎo)致收率降低;同時堿催化劑用量過少也會使反應(yīng)不完全，收率下降[9]。

2.4.2 反應(yīng)溫度羥醛縮合反應(yīng)的影響

當(dāng)氫氧化鈉濃度為0.14 g/ml，改變實驗溫度，反應(yīng)完全后4'－羥基查爾酮的收率見表10。

羥醛縮合反應(yīng)控制在室溫下進行，高溫下會產(chǎn)生副反應(yīng)，如苯乙酮自身縮合、苯甲醛自身發(fā)生歧化，最終導(dǎo)致收率很低;而溫度過低會使縮合反應(yīng)緩慢，時間延長，需要5 d才能使其反應(yīng)完全，并且收率也有所下降。因此4'－羥基查爾酮的縮合反應(yīng)宜控制在室溫條件下進行最適合。

表10 反應(yīng)溫度對4'－羥基查爾酮收率的影響

2.5 最佳實驗條件驗證和討論

根據(jù)以上討論得出的羥醛縮合反應(yīng)的最佳條件，即在反應(yīng)溫度為20～30℃;反應(yīng)時間為12 h;NaOH濃度為0.14 g/ml時，進行羥醛縮合反應(yīng)，得到的4'－羥基查爾酮收率見表11。

表11 最佳反應(yīng)條件下4'－羥基查爾酮的收率

3 產(chǎn)物分析

4 結(jié)論

酚酯化反應(yīng)的最佳反應(yīng)條件是:反應(yīng)溫度為125～130℃;乙酸酐和苯酚(0.21 mol/19.8 g)的摩爾比為0.25∶0.21;反應(yīng)時間為2.5 h;產(chǎn)率為產(chǎn)率86%;Fries重排最佳反應(yīng)條件是:反應(yīng)溫度為25～30℃;乙酸苯酯(0.15 mol/20.3 mL)和催化劑無水三氯化鋁摩爾比0.15∶0.18;反應(yīng)時間為2.5 h，產(chǎn)率為21%;羥醛縮合的最佳條件:反應(yīng)溫度為室溫，在稀堿的醇溶液中(0.14 gl/mL)進行，反應(yīng)時間為12 h，產(chǎn)率68%。

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