紫罗兰酮的全合成及表征

紫罗兰酮的全合成及表征一、实验原理从柠檬醛合成假性紫罗兰酮,再合成紫罗兰酮的主要工艺如下由于丙酮易得，故用丙酮制备更为实际。柠橡醛与丙酮的反应,环合生成紫罗兰酮的工作，方程式为：紫罗兰酮的合成分两步进行：(1)柠檬醛（山苍子油的主要成分）在碱性条件下与丙酮缩合，生成中间体假紫罗兰酮；(2)假紫罗兰酮在酸催化剂作用下环化合成紫罗兰酮。其中(1)第一步碱浓度对反应有影响（将在第四部分影响因素中再做详细讨论）。(2)第二步环化过程中，酸不同可控制环化选择性。；如用硫酸环化，则β-紫罗兰酮为主要产物；当使用Lewis酸如三氟化硼乙醚时，主要得到γ-紫罗兰酮。二、实验步骤1.缩合反应原料配比(质量比):m(98%柠檬醛):m(95%丙酮):m(1.5%NaOH)=1:2:2将34.693g柠檬醛及80g丙酮和80g1.5%的NaOH水溶液加入三口烧瓶中强烈搅拌升温至50℃保持2h；再升温至60℃保持3h；稍冷后转入分液漏斗中静止30min，分去下层丙酮碱水；上层加入10%醋酸摇匀（用刚果红试纸测试呈酸性），静止分层；上层转入克氏蒸馏瓶，油浴加热蒸去丙酮后用直接水蒸汽蒸粗的假性紫罗兰酮，使流出物中有油珠停止，再减压分馏，收集124～144℃/799.932Pa的产品。2.环化反应原料配比(质量比):m(假性紫罗兰酮):m(62%H2SO4):m(苯)=1:1.5:1.23将22.5g62%H2SO4置于三口烧瓶内，加入18.45g苯，混合后冷却至20℃左右慢慢加入15g假性紫罗兰酮，控制温度不超过20℃。加完继续搅拌30min，温度自然上升至36℃，维持30min；迅速加入10g碎冰块，转入分液漏斗，冰溶解后分成上下两层；上层油液用水洗，下层用25mL苯萃取后并入上层，用10%纯碱中和至碱性（pH8～9），再用10%醋酸中和至微酸性（pH5～6）。转入克氏蒸馏瓶用油浴蒸出溶剂，再真空分馏收集120～124℃/1.333kPa的产品。总收率文献值为55.9%。三、实验机理实验中涉及的羟醛缩合机理，均以以下步骤来表示：关环反应的实验机理为：四、仪器与药品仪器：三口烧瓶、搅拌器、温度计、水蒸汽发生器、烧杯、直流冷凝器、回流冷凝器、蒸馏瓶、克氏蒸馏瓶、分液漏斗、真空泵、水银压力计、多头接液管、油浴锅、水浴锅、电炉、调压变压器、2W型阿贝折光仪。药品：含98%的柠檬醛、丙酮(CP)、NaOH(CP)、冰醋酸(CP)、硫酸(CP)、苯(CP)、纯碱(CP)、冰块、刚果红试纸、万用试纸。五、影响因素1.丙酮用量对产率的影响当柠檬醛与碱液的用量为定量时，丙酮用量在某一值以下，假性紫罗兰酮的产率随丙酮的用量增加而提高。当用量高于某一值以后，随着丙酮用量的增加收率反而下降。可能是丙酮自身的醇醛缩合所造成收率的下降。文献中该值为60g。2.柠檬醛用量对产率的影响当丙酮与碱液的用量为定量时，柠檬醛用量在某一值以下，假性紫罗兰酮的产率随柠檬醛用量的增加而提高。当用量高于某一值以后，随着柠檬醛用量的增加产率反而下降。可能是柠檬醛自身的缩合、柠檬醛在碱的影响下水解、两个柠檬醛和一个分子丙醛缩合所造成收率的下降。文献中，该值为28g。显然，丙酮与柠檬醛的反应配料比对产率的影响很大。3.缩合时间的变化对产率的影响当配料参数为定量，缩合时间为变量时，随着缩合时间的延长，产率反而降低。可能是深度反应后副产物增多，影响主产物的产率，造成产率下降。4.溶剂苯用量对产率的影响查阅文献可知，该实验中溶剂苯应有一个最适用量。其他条件不变时，在最适用量下反应的产率最高。以上述反应物用量为例，文献中苯的最适用量应为18.45g。可能的原因是溶剂量过少时对反应物的溶解不利，造成反应速率缓慢，而且溶剂量过少可能使反应物浓度过高，发生副反应。如果溶解量过多，则会使反应物浓度过稀，同样使反应速率变慢，而且由于反应存在化学平衡，会使反应物转化率下降。5.催化剂H2SO4用量对产率的影响催化剂H2SO4对紫罗兰酮的产率影响较大。在这里直接引用文献当中的说法：当催化剂62%H2SO4的量达到30g时产率为最高。继续加量至45g。产率没有很大变化，稍呈下降。根据α-紫罗兰酮和β-紫罗兰酮折光率，也可知在强酸性介质中，假性紫罗兰酮环化后易形成β-紫罗兰酮。据资料介绍，硫酸的浓度若不是62%，则用量应相应改变，否则将影响产品的组成。6.环化温度对产率的影响环化温度对产率的影响是比较明显的。当环化温度在10度时产率低，即温度偏低，反应不完全。到40度时产率也低，可能是因为反应温度过高，反应物与生成物发生了聚合反应，致使反应中生成的聚合物大大增加，从而导致了收率的降低。最适宜的温度范围是在20到30度之间，得到的紫罗兰酮产率较高。六、其他合成方法参阅文献，我们发现了其他的几种合成方法，其中不乏较好的方法，如下：其中，A方法即本实验所用方法。方法B：由α-紫罗兰酮或γ-紫罗兰酮在氯化亚铜催化下经重排反应制备。方法C：以β-环柠檬醛为原料与丙酮缩合制备。研究发现，α-环柠檬醛与丙酮缩合产物主要不是预期的α-紫罗兰酮，而是β-紫罗兰酮，由此产生一种新的合成方法：文献中所给的步骤如下，在此直接引用：1、α-环柠檬醛的制备将45．6g(0．3mol)柠檬醛用45IIIL二氯乙烷稀释加入250mL四口瓶中，水浴保温，室温搅拌下缓慢滴加在30mL溶有30．0g苯胺的二氯乙烷溶液。滴加完毕，再搅拌0.5h，薄层跟踪反应完毕(乙酸乙酯：石油醚=l：3)。将反应混合液用8g无水硫酸钠干燥，所得柠檬醛亚胺的二氯乙烷溶液可直接用于环化反应。500mL四口瓶中加入120mL98％的浓硫酸和140mL二氯乙烷混合搅拌，冷浴冷却至-20至-25℃，在剧烈搅拌下，将上面制得的亚胺溶液缓慢滴入其中，温度控制在一20℃左右，约lh加完，滴毕继续搅拌反应20min。1000mL烧杯中放250g碎冰，在搅拌下，将上述环化反应液缓慢加入，加完后搅拌至粘稠物消失，然后缓慢升温至30℃左右搅拌0.5h，分层，有机相水洗，无水硫酸钠干燥，回收溶剂，残留物减压蒸馏，收集53~58℃／lmmHg馏分39．6g，为无色透明液体，气相含量97．1％，收率87％。2、缩合反应制备β-紫罗兰酮在500mL四口瓶中，加环柠檬醛30．4g(0．2m01)和250g丙酮，再加入5％的氢氧化钠水溶液3mL，氮气保护下于45℃搅拌反应。约6h后气相色谱跟踪至原料基本消失，加入lmL乙酸，常压回收丙酮后油泵减压精馏收集85—89℃／lnmHg馏分，得产品29．4g(气相含量93．5％)，收率71．6％从总收率来看，总收率为87％×71．6％=62.3%，较之前的方法高。该反应的机理即由于孤立双键较共轭双键能量高，热力学稳定性差，所以反应过程中会自动发生孤立双键转化为共轭双键的反应。该过程可能历经两种途径：我们认为，该路线产率高的原因有以下两点：①关环反应由于过程中，由于空间位阻小，所以反应更加容易进行；②羟醛缩合过程中由于双键上电正性的碳在环内，相对更加不容易被进攻，所以在醛基本身进行反应的几率更大。七、参考文献1、王小梅，李谦和；假紫罗兰酮环化合成紫罗兰酮催化剂研究进展；合成化学2002,10(6)

2、潘士印，王立新，蔡泽贵，杜振军；紫罗兰酮及类似化合物的合成；化学