辅酶催化法合成安息香催化剂用量对合成安息香产率的影响.doc

辅酶催化法合成安息香-催化剂用量对合成安息香产率的影响 实验人员：20090601107实验人员姓名：张先伟专业班级：生物技术09-1指导教师：赵超目录摘 要 1关键词 1第一章 前言 2 1.1 2 1.2 2第二章 实验部分 52.1 52.2 62.2.1 82.3 9第三章 数据处理 103.1 103.2 113.2.1 12第四章 结果讨论 134.1 13参考文献 14摘要:以苯甲醛为原料，辅酶VB1为催化剂，利用缩合反应制备安息香。采用单因素法：改变辅酶用量，寻找辅酶用量与产率之间的关系。得出最佳的反应条件为：以1.8VB1， 6ml水，15ml工业乙醇和15ml苯甲醛混合，PH在9-10之间，反应温度为水浴6075，回流时间为75min。关键词: 苯甲醛 辅酶 安息香缩合反应 安息香 第一章 前言1.1安息香的用途：用于生产香皂、香波、护肤霜、浴油、气溶胶、爽身粉、液体皂、空气剂, 可减轻粘膜炎、喉炎、支气管炎等上呼吸道病症。英国药典特别规定了安息香吸人剂和复方安息香配剂中要使用苏门答腊安息香。美国药典并未特别规定复方安息香配剂使用哪一种安息香。其他一些官方和专有配方制剂中也含有安息香, 如用于防治唇疤疹的洗液、治疗优的复方鬼臼根涂剂以及治疗牙病的漱口水等。在印度尼西亚, 安息香提取物用于配制一著名的消炎粉, 可使干燥皮肤恢复活力, 减轻及改善皮肤过敏等。安息香还是一种主要的食用香精 。1.2 安息香的合成方法：维生素B1催化法1943年Ukai等发现噻唑盐具有和氰负离子相同的催化性能,同样可以用作安息香缩合反应的催化剂,维生素B1(VB1)在碱性条件下可生成噻唑盐,因此容易获得的VB1可作为催化剂用来进行安息香缩合反应。但在实际操作中发现,VB1催化反应产率低且不稳定,重复性差。何强芳通过探讨反应时间、反应温度、溶液pH值、VB1用量、反应物料加入方式对糠偶姻合成的影响,改进了VB1催化糠醛缩合生成糠偶姻的反应条件:常温下糠醛与VB1的质量比为201151,滴加2.5mol/LNaOH使溶液pH值为89,然后6575回流反应6090 min,产率可达74.16% 76.19%。2-噻吩偶姻是一种重要的精细化工中间体,其化学合成的主要方法是使噻吩甲醛在碱和催化剂作用下发生安息香缩合反应。杜志云等以VB1为催化剂,利用三乙胺替换氢氧化钠调节反应液的pH值,成功制备了噻吩偶姻。糠偶酰亦称双-2-呋喃基乙二酮,广泛用于有机合成及固态电致变色显示材料。高敏采用VB1作催化剂合成糠偶姻,再将三氯化铁水合物附载到廉价的PVC上制得高稳定性的高分子路易斯酸PVC-FeCl3及冰醋酸氧化体系,将糠偶姻氧化制得糠偶酰。高分子酸催化剂具有制备方法简单、催化活性高、催化性能稳定且可多次重复使用、对环境无污染等优点,是氧化合成糠偶酰的较好的催化剂。乔艳红通过改变试验过程中反应液的pH值和反应温度,用VB1催化呋喃甲醛,经安息香缩合反应得到糠偶姻,再用硫酸铜-吡啶氧化制备糠偶酰。采用CuSO4-吡啶氧化法,同时降低了反应温度,提高了糠偶酰产率。相转移催化-VB1法贾晓红等在VB1法基础上通过添加微量季铵盐溴化十二烷基二甲基苄基铵作为相转移催化剂,促使反应顺利进行,产率达到72. 3%,且重现性很好。安息香缩合反应的最佳条件为:以0.1mol苯甲醛及1.8gVB1为基准,相转移催化剂的用量0.02 g,反应温度70,反应时间为80 min, 10%氢氧化钠5 m,l反应生成物产率达72%左右。而刘小玲等以PEG-6000为相转移催化剂,VB1为催化剂,合成了二苯羟乙酮(安息香),最佳反应条件为:PEG-6000用量1.5 g,反应温度50,回流时间80 min、10%氢氧化钠5m,l反应生成物产率达70. 8% 80. 2%,重现性达100%。超声波-VB1法超声波功率超过一定值时能够产生空化效应,进而强化超声合成。付敏、陈强等的研究结果表明,超声功率大于80W时,反应生成物产率随超声功率的增大而增加;时间延长,反应生成物产率迅速增加,催化剂VB1用量为1.8 g左右, pH值保持在8. 59. 5时生成物产率较高。超声波能极大地提高二苯基羟乙酮的合成速度,生成物产率可达48.2% 74.4%。王辉等通过研究超声波反应时间、温度以及超声波强度对呋喃甲醛(VB1为催化剂)安息香缩合反应的影响,发现最佳反应条件为:反应温度60、反应时间60min时生成物产率最高。利用超声波进行催化,操作简便,且糠醛缩合反应的时间短、温度低。反应结果显示,超声波可提高糠偶姻的产率。Julien等报道了在可循环利用的室温离子液体中用超声波(激)活化的安息香缩合的新方法:用1-辛基-3-甲基咪唑啉溴离子液体作溶剂/催化剂、30KHz超声波照射,实现了苯偶姻的清洁合成,且此离子介质至少可重复利用3次。微波-VB1法Bag等以VB1为催化剂,用三乙胺调反应液pH值为8.5,丙二醇-水体系,微波辐射20 s,合成了芳醛或杂环芳醛及各种取代芳醛的安息香缩合产物。研究表明,间、对位取代基的存在不影响反应的进行,而体积较大的邻位取代基则可使反应生成物产率降低甚至无产物生成。2-吡啶偶姻是一种重要的精细化工中间体,被广泛用于合成金属配合物。近年来,人们先后发现了2-吡啶偶姻的一些新性质:比抗坏血酸具有更强的抗氧化性,为医药抗氧化剂提供了一个新的选择;2-吡啶偶姻和铝的配合物具有很好的电致发光性,是一种很好的电致发光材料。王守信等采用微波辐射法,用VB1催化2-吡啶甲醛发生安息香缩合反应,成功合成了2-吡啶偶姻。金属催化法苯偶姻甲基醚是一种具有实用价值的光学引发剂,通常由苯甲醛、甲醇二步法合成;XianmeiXie等报道,采用MgCoAl-HT催化剂实现了一步合成,苯甲醛转化率达77.49%,苯偶姻甲基醚选择性几乎为100%,而且催化剂在合成过程中可被循环使用,是环境友好型苯偶姻甲基醚合成方法。Liu等报道,用金属钐/DMF/TMSCl或碘作活化剂或采用SmI2/THF体系促进二芳基甲酮与DMF反应,能够在温和条件下使芳基迁移,获得高产率的苯偶姻。生物催化法生物催化作用是光学活性化合物立体选择性制备的重要方法之一。Hischer等在不互溶的水和已烷2相反应体系中,用苯甲醛裂合酶催化合成了(R)-3-糠偶姻等系列光学活性产物: (R)-1,2-二(3-呋喃)-2-羟基乙酮、(R)-1,2-二(3-噻嗯基)-2-羟基乙酮、(R)-1, 2-二(4-乙氧苯基)-2-羟基乙酮、(R)-1, 2-二(3-乙氧苯基)-2-羟基乙酮、(R)-1,2-二(3-甲苯基)-2-羟基乙酮、(R)-1, 2-二(2-苯并呋喃基)-2-羟基乙酮等的合成产率达31. 8%以上, ee(对映体过量)大于99%。将此酶溶于水,用PVA固载悬浮于已烷中,固载率大于90%,在反应与储存过程中无损失;有机溶剂应用作反应物的储备库和产物的萃取剂。Demir等用根霉属真菌催化还原苯偶酰为苯偶姻、还原苯偶姻为氢化苯偶姻。在一定pH值条件下,苯偶酰被转化为2个苯偶姻对映体、外消旋的苯偶姻经过去消旋化作用也被转化为2个苯偶姻对映体。反应从苯偶酰、(R)-苯偶姻、(S)-苯偶姻、外消旋苯偶姻起绐均仅得到(R,R)-氢化苯偶姻; ee和反应生成物产率较高。NurayCelebi等在超临界CO2条件下,用脂肪酶(CCL)催化苯甲酰-苯偶姻水解对映选择性合成R-苯偶姻。得苯甲酰-苯偶姻转化率达50%、ee值为61.3%;大气条件下CCL对该反应不起催化作用。N-杂环卡宾催化法不对称合成是当代有机合成中研究的热点,安息香缩合产物具有一个立体中心。因为N-杂环卡宾的反应特性及其结构上允许连接各种体积较大的位阻基团,所以化学家们一直试图把安息香缩合反应发展为N-杂环卡宾催化的不对称亲核酰基化反应。为了寻找理想的噻唑盐催化剂,Enders研究小组合成了各种手性噻唑盐并研究了其对安息香缩合反应的催化能力。发现噻唑盐结构上的细微差异即可引起催化活性和产物ee值的明显改变。2006年,该研究小组又报道了用新研发的N-杂环卡宾作催化剂前体,催化分子内安息香缩合反应,不对称合成了具有1个立体中心的3-羟基-4-色满酮及其衍生物。所用N-杂环卡宾为3种不同的手性三唑啉盐催化剂前体,这些物质能适应催化剂体系对反应物空间和电子的要求。HiroshiTakikawa等用Rovis aminoindanol衍生物三唑啉盐作催化剂催化分子内醛-酮缩合反应合成环状苯偶姻,得反应物异噁唑的产率高达73% 91%, ee值为98% 99%。其他方法CoryC等通过酰基磷酸酯加氰、1, 2-磷酰基迁移形成了活性酰基负离子中间体,使其与各种芳醛反应生成磷酸酯保护的不对称苯偶姻,最后用胺溶液除去保护基,得到不对称苯偶姻。他们以(18-冠-6)KCN为催化剂,乙醚为溶剂,在反应温度025、反应时间2060 min条件下,生成物产率为54% 93%。-2-乙基去氧苯偶姻是合成抗癌药物他莫昔芬的中间体,张苗等通过苯乙酰氯与苯的傅-克反应,中间体去氧苯偶姻制备中不进行固体分离,即可于相转移催化条件下与溴乙烷直接进行乙基化反应,合成了乙基去氧苯偶姻,将2步反应简化为1步进行,生成物1次收率为52.3%。此研究为-乙基去氧苯偶姻的合成提供了一个污染少、操作简便、更适合工业化生产的方法。第二章 实验部分2.1实验目的1使学生对安息香缩合反应的理论认识提升至实践操作。2使学生巩固并熟练掌握配制溶液、加热回流、冰浴冷却、抽滤、重结晶、测熔点等有机化学单元操作及技能。3锻炼学生查阅文献，培养和训练学生组织写作能力。2.2 实验原理芳香醛在NaCN（或KCN）作用下，分子间发生缩合生成安息香（二苯羟乙酮）的反应称为安息香缩合。因为NaCN（或KCN）为剧毒药品，使用不方便，改用维生素B1代替氰化物催化安息香缩合反应，反应条件温和、无毒且产率高。反应式如下：维生素B1又称硫胺素或噻胺，是一种辅酶，作为生物化学反应的催化剂，在生命过程中起着重要作用。其结构如下：绝大多数生化过程都是在特殊条件下进行的化学反应，酶的参与可以使反应更巧妙、更有效及在更温和的条件下进行。维生素B1在生化过程中可对形成偶姻（如-羟基酮）反应发挥辅酶作用。从化学角度看，VB1分子最主要的部分是噻唑环，其C2上的质子由于受氮和硫原子的影响，有明显的酸性，在碱作用下，质子容易解离下去，产生碳负离子反应中心，形成苯偶姻。反应机理如下：第一步：碱作用下第二步：亲核加成烯醇加合物第三步：亲核加成辅酶加合物第四步：辅酶复原2.21主要实验仪器、药品及装置图名称规格玻璃仪器圆底烧瓶100ml量筒10ml 20ml烧杯500ml（2个）、小烧杯锥形瓶250ml玻璃棒 酒精灯 热滤漏斗 抽滤瓶 布氏漏斗 提勒管 毛细管 球形冷凝管 温度计金属仪器真空泵SBH-A天平马头牌JYT-1药架天平电热套KDM型铁架台 药匙药品试剂95%无水乙醇分析纯苯甲醛分析纯VB1工业纯固体NaOH分析纯Ph试纸广泛Ph试纸活性炭 水 冰块 甘油 定性滤纸装置图：反应装置图 熔点测定管 热过滤装置 抽滤装置2.3 实验步骤与方法：1.配制溶液：在室温下，称取15.0克氢氧化钠，放入烧杯中，然后加水至100ml刻度线，搅拌，摇匀待用。2配置反应液：在室温下，100ml圆底烧瓶中，加入1.8VB1，6ml水，15ml工业乙醇和15ml苯甲醛。3调节PH：用上面配置的氢氧化钠溶液，慢慢滴加到混合溶液，并充分摇匀混合液，将PH调到9-10，并三分钟内不变褪色。4加热回流：安装好加热回流装置(将圆底烧瓶中加入2-3粒沸石也可不加),开始水浴加热回流75分钟，水浴温度保持在60-75摄氏度，（且不可加热至沸腾），反应混合物呈橘黄（红）色均相溶液。5冷却：蒸馏烧瓶置于空气中冷却片刻，然后将溶液倒入锥形瓶中，将锥形瓶放入冰水中进行冰水浴冷却，降温使结晶完全析出。6抽滤：在布氏漏斗中放入圆形，滤纸，安装好抽滤装置，开始抽气，润湿滤纸，开始抽滤，将结晶混合物倒入漏斗中，并用冷水洗涤两次，如果滤液中还有晶体，可以对滤液再次进行抽滤，。7粗称：将抽滤过得到的固体进行称重，记录数据。8重结晶：将称重的固体放入计算量的（纯粹的安息香在沸腾的95%乙醇中溶解度为每100ml 12-14g）工业乙醇溶解，然后放入圆底烧瓶中，加入沸石，进行加热回流，然后停止加热，冷却片刻，加入活性炭，加热沸腾五分钟左右，在此同时，也应加热热过滤装置，是水沸腾，将酒精灯移走，开始热过滤，过滤完成后，得到的滤液，放入冷水中冷却，然后再进行抽滤，也要用冷水洗涤两次。9称量：再次称取抽滤得到的晶体质量，记录数据。10重复上述实验，分别取VB1为1.4g、1.6g、2.0g，再做三次实验，记录实验数据。11.测熔点：分别取四组实验的样品，进行熔点测定，在提勒管中熔点测定，测定2次，记录数据。12测量该晶体的I-R图。第三章 数据处理3.1实验数据记录通过计算安息香的理论产量：15.59克VB1用量对安息香产率的影响：VB1/g1.41.61.82.0粗产量/g3.46.2625.7精产量/g1.4312.52.3产率/%9.919.8916.0314.8安息香熔点的测定VB1/g1.41.61.82.0次数12121212塌落/134133134134135134.51341345始熔/135.5135136135.5136135135135全熔/137136.51371361361371371373.2安息香产率与辅酶用量的关系柱形图安息香的产率/% VB1用量/g3.2.1安息香的IR谱图 安息香样品的IR谱图（波数cm-1）谱图分析：比较安息香的标准IR谱图和样品IR谱图可知，两幅谱图很接近，但是也存在许多不同之处，联系实际可知由于样品的纯度，从图二知，在3412.08和3375.43处有强吸收峰可知样品中有-OH，在3059.10和2931.80处有吸收峰知样品中有-CH，在1678.07处有吸收知样品中有C=O键，在1595.13和1448.54处有吸收说明有苯环，在1263.37和1207.44处有吸收说明有C-O键。可以认为晶体可能为安息香，结论：通过分心安息香样品谱图可知样品晶体为安息香。第四章 结果与讨论4.1结果