安息香缩合与应用研究进展.doc

安息香缩合与应用研究进展安息香缩合与应用研究进展张康华1,2,曹小华1,2,陶春元1,2,全民强1(1.九江学院化学化工学院,江西九江332005;2.江西省鄱阳湖生态经济研究中心。摘要：综述了近年来国内外安息香缩合反应与应用的研究进展。关键词：安息香;缩合反应;应用中图分类号：O631.5文献标识码A文章编号0517-6611(2009)30-14549-03基金项目：江西省教育厅科技资助项目(GJJ09597);江西鄱阳湖生态经济研究中心资助项目。作者简介张康华(1957-),男,上海人,副教授,从事有机合成、绿色化学等方面的研究。收稿日期2009-06-23安息香缩合反应已有相当长的历史,其缩合产物主要有苯偶姻、糠偶姻、噻吩偶姻及其衍生物等,这些物质在化学和医药工业等方面具有广泛的应用。经典的安息香合成以氰化钠或氰化钾为催化剂1,虽然产率较高,但合成产物的毒性很大,易造成环境污染,损害人体健康。近年来,有关安息香缩合反应及应用研究的新技术、新方法、新催化剂等报道较多,这些研究对提高安息香缩合产率、扩大其应用范围具有重要的理论和实际意义。1安息香缩合方法1.1 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2。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3,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4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5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6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。1.2相转移催化-VB1法贾晓红等7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8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%。1. 3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9、陈强等10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11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12。1.4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13。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-吡啶偶姻的一安徽农业科学, 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14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。1.5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15。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16。1.6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17: (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18。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19。1.7N-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20。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21。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22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%。1.8其他方法CoryC等23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24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。2安息香应用2.1合成杂环许多生物活性分子都具有a, b-二苯基杂环结构特征。Kumar等用苯偶姻、烯丙基溴、金属铟(11. 51)在四氢呋喃/水溶剂中30搅拌反应68 h,得到烯丙基羰基加成产物醇;再经碘作用合成2, 3-二苯基呋喃25。试验表明,4.4-二氯苯偶姻比苯偶姻的烯丙基化速率快,甲氧基(供电子基团)取代苯偶姻比苯偶姻的烯丙基化速率慢,而二甲氨基(强供电子基团)取代苯偶姻在更长的反应时间及升高反应温度的条件下不发生烯丙基化作用,这与醛酮亲核加成反应情况是一致的。根据经典的Crams螯合模型,铟能够作用于羟基羰基化合物,使其克服溶剂化作用,有利于亲核进攻发生加成反应。N-O-同环杂环是一类非常重要的化合物,广泛存在于自然界及合成产物中。酮肟对于合成各种杂环非常有用, Singh等26使安息香肟与氢化钠在异丙醇溶剂中生成1,5-二负离子,再与不同的二亲电子体作用,合成了含2个(不相同)以上杂原子的环状化合物。“一个反应瓶”内的多步反应、多组分反应可以从较简单、易得的原料出发,不经中间体分离直接获得结构复杂的分子27。近年来“一个反应瓶”合成2,4,5-三苯基咪唑的报道较多。Jaiprakash等用亚硫酸氢钠催化芳醛、苯偶酰或苯偶姻、醋酸铵“一个反应瓶”合成了2, 4, 5-三苯基咪唑28。而A.F.Mohammed等29用对氨基苯磺酸作催化剂、NagnnathD等30用草酸作催化剂、MazaahirKidwai等31用碘作催化剂催化芳醛、苯偶酰或苯偶姻、醋酸铵“一个反应瓶”合成了2,4,5-三苯基咪唑。Kidwai等用碘作催化剂,将苯偶姻、苯胺、醋酸铵和苯甲醛加入乙醇中室温下反应50 min,“一个反应瓶”合成了1, 2, 4, 5-四苯基咪唑32(反应物摩尔比提高,反应速率加快,但生成物产率不增加)。这些合成都具有催化剂廉价、反应时间短、合成产率高等优点;是一种经济、环境友好的反应方法。2.2制备络合物EL-AJAILY等将苯偶姻与Fe()反应形成了络合物33:用氢氧化钠溶液将三氯化铁水合物与苯偶姻乙醇溶液的pH值调至68,回流、静置过夜,分离固体产物;经元素分析、红外、电子光谱、电导等分析,确定络合物组成为FeB(OH)2(H2O)2.6(H2O)(B代表苯偶姻),具有八面体几何形状。2.3制备衍生物由安息香氧化制得的苯偶酰是重要的医药中间体及有机合成试剂。袁淑军等34合成双水杨醛缩乙二胺合铜Cu(Salen)催化安息香的空气氧化反应生成苯偶酰。双水杨醛缩乙二胺合铜的合成工艺较方便,合成总产率为72.8%,该配合物可有效催化安息香的空气氧化反应。005mol安息香在60mlDMF中通入空气氧化,当反应温度为40、反应时间为3 h、氢氧化钾用量为3.0 g、催化剂用量为1.5 g时,生成苯偶酰的产率可达87.9%。2,2-二(-呋喃基)-2-羟基乙酸苯胺加合物在晶体学、医药学、功能材料学等研究领域具有潜在的应用价值。哈森其木格等35以糠醛为原料,VB1为催化剂,利用安息香缩合反应合成了糠偶姻,再用硫酸铜-吡啶氧化得到糠偶酰。糠偶酰在乙醇、氢氧化钾水溶液中发生类似于二苯乙醇酸重排的反应生成2,2-二(-呋喃基)-2-羟基乙酸钾,酸化后形成2,2-二(-呋喃基)-2-羟基乙酸。3结语近年来,许多化学工作者对安息香缩合反应的研究始终围绕绿色化学概念,积极探索简便高效的合成手段、寻找新型替代催化剂。VB1法、相转移催化-VB1法、超声波-VB1法、微波-VB1法、金属催化法、生物催化法、手性三唑啉盐作催化剂前体合成法等研究均取得了可喜的成果,特别是生物催化法、手性三唑啉盐作催化剂前体合成法的不对称合成更值得关注。“一个反应瓶”内的多组分、多步反应是有机合成方法学发展的一个热点,为安息香缩合产物的应用开辟了新的途径。参考文献1WALTER IDE,BUCK JOHANNES.The synthesis ofBenzin J.OrganicReaction,1948,4:269.2UKAIT,TANAKAR,DOKAWAT.A new catalystforacyloin condensationJ. JPharm Soc of Japan,1943,63:296-300.3何强芳.VB1催化糠偶姻缩合的研究J.化学试剂,2008,30(4):297-298,300.4杜志云,陈京才.维生素B1催化制备2-噻吩偶姻的研究J.广东化工,2006,33(11):27-30.5高敏.PVC-FeCl3催化合成糠偶酰J.上海化工,2004(9):17-18.6乔艳红.糠偶酰的合成方法改进J.化学试剂,2007,29(3):189-190.7贾晓红,李静,刘景磊.季铵盐协助合成二苯基羟乙酮的研究J.湖北民族学院学报:自然科学版,2008,26(2):206-208.8刘小玲.相转移催化下的合成安息香缩合反应研究J.嘉应学院学报,2006,26(3):43-45,56.9傅敏.超声合成二苯基羟乙酮的研究J.包装工程,2004,25(6):66-67,70.10陈强,袁之漆,吴海霞.安息香的超声波催化合成J.上海化工,2005,30(2):19-21.11王辉,曾和平.超声波催化糠偶姻缩合的研究J.化学试剂,2003,25(3):169-170.12 JULIEN ESTAGER, JEAN-MARC LEVEQUE,RAPHAELTURGIS.Neatbenzoin condensation in recyclable room temperature ionic liquids underultrasonic activationJ.TetrahedronLetters,2007,48(5):755-759.13 BAG S,VAZEVV,DEGANIM S.Microwave assisted benzoin condensa-tion using thiamine as catalystJ. JournalofChemicalResearch.S,Syn-opsis,2006(4):267-267.14王守信,张玲钰.微波辐射下维生素B1催化2-吡啶偶姻的合成J.曲阜师范大学学报,2008,34(3):93-95.15XIEXM,YANK,LIJP.Efficientsynthesisofbenzoinmethylethercata-lyzed by hydrotalcite containing cobaltJ. Catalysis Communications,2008,9(6):1128-1131.16 LIUY J,XUX L,ZHANGYM.Samarium reagent-promoted formation ofbenzoins from diarylmethanonesandDMF via a carbene rearrangementre-actionJ. Tetrahedron, 2004, 60(22): 4867-4873.17HISCHER T,GOCKE D,FERNANDEZM, et a.l Stereoselective synthesisofnovelbenzoins catalysed bybenzaldehyde lyase in a gel-stabilised two-phase systemJ. Tetrahedron,2005, 61(31):7378-7383.18 DEMIRA S,HAMAMCIH,AYHAN P, et a.l Fungimediated conversionofbenzil tobenzoin and hydrobenzoinJ. Tetrahedron,Asymmetry,2004,15(16):2579-2582.19 NURAY CELEBI,NURAY YILDIZ,AYHAN S DEMIR.Enzymatic syn-thesis ofbenzoin in supercritical carbon dioxideJ.The Journal ofSu-percriticalFluids,2007,41(3):386-390.20孙小宇,吴劼.N-杂环卡宾:一种多用途有机小分子催化剂J.有机化学,2006,26(6):745-756.21 CORY C BAUSCH, JEFFREY S JOHNSON.Cyanide-catalyzed additionsofacylphosphonates to aldehydes :a new acyl donor forbenzoin-type re-actionsJ.Advanced Synthesis&Catalysis,2005,347(9):1207-1211.22 ENDERS D,NIEMEIER O,RAABE G.Asymmetric synthesis of chro-Manonesvia N-heterocyclic carbene catalyzed intramolecularcrossed-ben-zoin reactionsJ.Synlet,t 2006,15:2431-2437.23HIROSHITAKIKAWA,YOSHIFUMIHACHISU, JEFFREYW BODE, eta.l Catalytic enantioselective crossed aldehyde-ketone benzoin cyclizationJ. Angewandte Chemie,2006,45(21):3492-3494.24张苗,王明刚,高风霜.-乙基去氧苯偶姻合成工艺的改进J.山东大学学报:理学版,2002,37(4):343-344.25 KUMAR S,KAUR P,MITTALA, eta.lRegio-and stereochemicalaspectsin the synthesis of homoallylic alcohols from benzoins and their iodocy-clisation to 2,3 -diphenyltetrahydrofuransJ.Tetrahedron,2006,62(17):4018-4026.26 SINGHM S,SINGHAK.Synthesisofnovelheterocycles from benzoin-al-pha-oxmi e by reaction with electrophilesJ. Synthesis,2004(6): 837-839.27伍贻康,吴毓林.有机合成的新世纪J.化学进展,2007,19(1):6-34.28 JAIPRAKASH N SANGSHETTI,NAGNNATH D KOKARE, SANDEEPA.Sodium bisulfite asan efficientand inexpensive catalystfortheone-potsynthesis of2,4,5-triaryl-1H-mi idazoles from benzil or benzoin and aro-matic aldehydesJ.KotharkarMonatshefte fur Chemie, 2008, 139(2):125-127.29MOHAMMED A F,KOKARE N D,SANGSHETTI JN. Sulphanilic acidcatalyzed dacile one-potsynthesis of2,4,5-triarylmi id