成樂(lè)琴，陳雪婷，郭丹丹

(1 吉林化工學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，吉林 吉林 132022；2 康奈爾化學(xué)工業(yè)股份有限公司，吉林 吉林 132101)

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碳酸鈉溶液中VB1催化制備安息香

成樂(lè)琴1，陳雪婷2，郭丹丹1

(1 吉林化工學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，吉林 吉林 132022；2 康奈爾化學(xué)工業(yè)股份有限公司，吉林 吉林 132101)

以VB1為催化劑的安息香縮合反應(yīng)一般在氫氧化鈉溶液中進(jìn)行，雖然產(chǎn)率較高，但VB1的噻唑環(huán)易開(kāi)環(huán)失效，反應(yīng)的重現(xiàn)性較低。以碳酸鈉為堿性試劑，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化了VB1催化下的安息香縮合反應(yīng)工藝條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，10.5 g(0.1 mol)苯甲醛在 1.75 g(0.005 mol)VB1和10.0 mL 10% Na2CO3催化下，在乙醇水溶液(12 mL 95%乙醇加8 mL蒸餾水)中，70 ℃反應(yīng)2.0 h，收率可達(dá)到67.2%。該法具有操作簡(jiǎn)單，安全，產(chǎn)率高和重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。

安息香；VB1；碳酸鈉；四丁基溴化銨；合成；

安息香又稱(chēng)苯偶姻，其化學(xué)系統(tǒng)名稱(chēng)為2-羥基-1,2-二苯基乙酮。安息香是重要的化工原料，也可用作醫(yī)藥中間體，如可用于抗癲癇藥物二苯基乙內(nèi)酰脲的合成[1-2]；也可用于安息香雙甲醚[3]、光敏劑安息香乙醚[4]、苯偶酰[5]等的合成。安息香縮合反應(yīng)最早采用劇毒的氰化鈉或氰化鉀作為催化劑[6]，但毒性大，破壞環(huán)境，又影響健康，因此VB1催化下的安息香縮合反應(yīng)受到人們的普遍關(guān)注[7-9]。前期已經(jīng)發(fā)表碳酸鈉存在下VB1催化制備安息香的研究[10]，雖然實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性好，安全性高，但收率偏低。為了提高安息香縮合反應(yīng)的收率，本文以碳酸鈉作為堿性試劑，在前期研究基礎(chǔ)[10]上，加入相轉(zhuǎn)移催化劑(以下簡(jiǎn)稱(chēng)PTC)進(jìn)行了安息香縮合，首次探討了PTC的加入時(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響，并通過(guò)單因素條件實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)VB1催化下安息香縮合反應(yīng)的合成工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 安息香的合成原理

1.2 儀器和試劑

安息香的熔點(diǎn)測(cè)定采用WRS-1A數(shù)字熔點(diǎn)儀，上海易測(cè)儀器設(shè)備有限公司制造；苯甲醛、碳酸鈉、乙醇、四乙基溴化銨、四丁基溴化銨、芐基三丁基溴化銨、十二烷基二甲基乙基溴化銨均為分析純?cè)噭?，VB1為生化試劑；蒸餾水自制。

1.3 安息香的合成方法

取100 mL圓底燒瓶，分別加入一定量的VB1、適量的蒸餾水，待VB1充分溶解后加入適量的95%乙醇，搖勻，將燒瓶置于冰水浴中冷卻。同時(shí)將適量的10%Na2CO3溶液緩慢加入燒瓶中，充分搖動(dòng)，調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH為9～10，再迅速加入新蒸餾的苯甲醛，放入轉(zhuǎn)子，裝上回流冷凝管，置于磁力加熱攪拌器中加熱攪拌一定時(shí)間，再加入相轉(zhuǎn)移催化劑反應(yīng)若干小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束，將反應(yīng)混合物冷至室溫，繼續(xù)置于冰水中使結(jié)晶析出完全，減壓過(guò)濾，干燥，得安息香粗品，稱(chēng)重，并計(jì)算產(chǎn)率。產(chǎn)物用95%乙醇進(jìn)行重結(jié)晶，用數(shù)字熔點(diǎn)儀測(cè)定熔點(diǎn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 影響VB1催化下安息香縮合反應(yīng)產(chǎn)率的因素

2.1.1 相轉(zhuǎn)移催化劑的種類(lèi)對(duì)安息香縮合反應(yīng)的影響

VB1是水溶性化合物，而反應(yīng)原料苯甲醛不溶于水，為了提高反應(yīng)速率，除了采用水和乙醇混合溶劑以外，通過(guò)加入相轉(zhuǎn)移催化劑(以下簡(jiǎn)稱(chēng)PTC)，使其與VB1負(fù)離子形成可溶于有機(jī)相的季銨堿離子對(duì)，加快催化苯甲醛的縮合，提高反應(yīng)效率。為了考察PTC的種類(lèi)對(duì)安息香縮合反應(yīng)的影響，加入新蒸苯甲醛后，直接加入0.2 g不同的鎓鹽類(lèi)PTC，并在70 ℃反應(yīng)2 h。反應(yīng)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 鎓鹽類(lèi)PTC的種類(lèi)對(duì)安息香縮合產(chǎn)率的影響

由表1可知，在選用的常見(jiàn)四種鎓鹽類(lèi)PTC中，碳數(shù)較低的四乙基溴化銨和四丁基溴化銨作PTC時(shí)收率較高，而用碳數(shù)較多的芐基三丁基溴化銨和帶有長(zhǎng)鏈烷基的十二烷基二甲基乙基溴化銨作PTC時(shí)收率明顯偏低，這說(shuō)明四乙基溴化銨和四丁基溴化銨雖然碳數(shù)較少，親有機(jī)相的能力低于碳數(shù)較多的芐基三丁基溴化銨和十二烷基二甲基乙基溴化銨，但VB1的體積較大，因此體積較小的季銨鹽更容易與之反應(yīng)生成季銨堿離子對(duì)，并有效催化苯甲醛的安息香縮合。四丁基溴化銨相比四乙基溴化銨具有更多的碳數(shù)，親有機(jī)相能力更強(qiáng)，安息香收率更高，因此選擇四丁基溴化銨進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

2.1.2相轉(zhuǎn)移催化劑(簡(jiǎn)稱(chēng)PTC)的投料時(shí)間對(duì)安息香縮合反應(yīng)的影響

為了考察PTC的投料時(shí)間對(duì)縮合反應(yīng)的影響，加入新蒸苯甲醛后，直接或間隔8、15、22、30 min加入0.2 g四丁基溴化銨，并在70 ℃反應(yīng)2 h。反應(yīng)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 四丁基溴化銨的投料時(shí)間對(duì)安息香縮合產(chǎn)率的影響

由表2可見(jiàn)，直接加入四丁基溴化銨，收率相對(duì)較低，延后8～22 min加入，收率有所提高(特別是延后8 min 加入，收率有明顯提高)，而進(jìn)一步延長(zhǎng)PTC的加入時(shí)間，收率又有所下降。這可能是因?yàn)橹苯蛹尤胨亩』寤@時(shí)，四丁基溴化銨與碳酸鈉作用生成堿性更強(qiáng)的季銨堿，不利于耐堿性能差的VB1的穩(wěn)定；如果延后加入，VB1與碳酸鈉作用生成更多的VB1負(fù)離子，PTC可以攜帶更多的VB1負(fù)離子進(jìn)入有機(jī)相催化有機(jī)相的苯甲醛縮合，有效提高VB1的催化效果，從而提高收率。當(dāng)進(jìn)一步延長(zhǎng)四丁基溴化銨加入時(shí)間，四丁基溴化銨的實(shí)際相轉(zhuǎn)移催化時(shí)間縮短，不利于反應(yīng)充分進(jìn)行，因此收率會(huì)有所下降。2.1.3 水:乙醇體積比對(duì)安息香縮合反應(yīng)的影響

為了考察水和95%乙醇的體積比對(duì)反應(yīng)的影響，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，溶劑的總體積不變，只改變水:95%乙醇體積比，在70 ℃反應(yīng)2 h制備了安息香。反應(yīng)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 溶劑的體積比對(duì)安息香縮合產(chǎn)率的影響

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，當(dāng)水:乙醇比為4:16時(shí)，反應(yīng)體系為均相，反應(yīng)液顏色為淺黃色，隨著水的比例升高，反應(yīng)體系逐漸分層，反應(yīng)液顏色逐漸變成黃色。從表3可以看出，隨著水和乙醇體積比增加，安息香收率逐漸升高，溶劑的體積比為8:12時(shí)產(chǎn)率達(dá)到最大，進(jìn)一步提高水的比例，收率開(kāi)始下降。

2.1.4 反應(yīng)溫度對(duì)安息香縮合產(chǎn)率的影響

為考察反應(yīng)溫度對(duì)安息香縮合的影響，其他條件不變，只改變反應(yīng)溫度，進(jìn)行了安息香縮合反應(yīng)。結(jié)果如表4所示。

表4 反應(yīng)溫度對(duì)安息香縮合產(chǎn)率的影響

從表4可以看出，收率在反應(yīng)溫度60～70 ℃范圍內(nèi)逐漸升高，70～80 ℃范圍內(nèi)收率明顯降低，可能原因是反應(yīng)溫度超過(guò)70 ℃時(shí)，由于溫度過(guò)高，VB1可能部分開(kāi)環(huán)失去催化活性。由此可見(jiàn)，70 ℃是合成安息香的適宜的反應(yīng)溫度。

2.1.5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)安息香縮合產(chǎn)率的影響

為考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)安息香縮合反應(yīng)的影響，其他條件不變，只改變反應(yīng)時(shí)間，進(jìn)行了安息香縮合反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)安息香縮合產(chǎn)率的影響

由表5可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，安息香的收率逐漸升高，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到2.0 h時(shí)達(dá)到最高，而進(jìn)一步延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，收率卻逐漸降低。

2.2 重結(jié)晶及熔點(diǎn)測(cè)定

取3.0 g安息香粗產(chǎn)品，加入15 mL 95%乙醇，置于80 ℃的水浴鍋中加熱回流。溶液自然冷卻，有白色針狀結(jié)晶析出，過(guò)濾、干燥得2.43 g產(chǎn)品，重結(jié)晶收率81.0%。用數(shù)字熔點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)定熔點(diǎn)為133.7～135.2 ℃，與文獻(xiàn)[4]值相符。

3 結(jié) 論

VB1催化下的安息香縮合反應(yīng)大多是在NaOH中進(jìn)行，本文用Na2CO3代替NaOH作堿性試劑，并在相轉(zhuǎn)移催化劑存在下制備安息香，得到了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(1)Na2CO3與NaOH作堿性試劑相比，Na2CO3是弱堿，堿性溫和，更安全環(huán)保，更有利于VB1的穩(wěn)定性，因此反應(yīng)具有更好的重現(xiàn)性；(2)Na2CO3作堿性試劑時(shí)與VB1反應(yīng)生成NaHCO3，可以與Na2CO3形成緩沖體系，有利于維持一定的反應(yīng)pH值，因此如果反應(yīng)之初加入適量的Na2CO3溶液，反應(yīng)過(guò)程中無(wú)需再添加堿，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作；(3)PTC的加入可以有效提高安息香的收率；(4)相轉(zhuǎn)移催化劑的加入時(shí)間直接影響反應(yīng)結(jié)果，反應(yīng)8 min再加入相轉(zhuǎn)移催化劑的實(shí)驗(yàn)效果明顯好于其它反應(yīng)，這對(duì)于堿作輔助催化劑的類(lèi)似反應(yīng)具有重要參考價(jià)值。

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Preparation of Benzoin Catalyted by VB1in Sodium Carbonate Solution

CHENGLe-qin1,CHENXue-ting2,GUODan-dan1

(1 School of Chemistry and Pharmaceutical Engineering, Jilin Institute of Chemical Technology, Jilin Jilin 132022;2 Connell Chemical Industry Co., Ltd.，Jilin Jilin 132101, China)

Benzoin condensation reaction catalyzed by VB1is generally carried out in sodium hydroxide solution. In spite of relatively high yield, this method suffers from occasional failure caused by ring-opening of thiazole system of VB1, namely low reproducibility. Benzoin was prepared by benzoin condensation reaction catalyzed by VB1and phase transfer catalyst in the presence of sodium carbonate, and the preparing process was optimized by single factor experiment and orthogonal design method. Experimental results showed that, when 10.5 g (0.1 mol) of benzaldehyde was condensed catalyzed by 1.75 g of VB1and 2.0 g of tetrabutylammonium bromide at 70 ℃ for 2 h in solution of 12 mL 95% ethanol and 8 mL of water, the yield of benzoin was reached 67.24%. The synthesis method is simple, safety, high yield and good reproducibility.

benzoin; VB1; sodium carbonate; tetrabutylammonium bromide; synthesis

O621.25

A

1001-9677(2016)021-0089-03