肉桂酸的合成

有机化学实验同组人：杜凤生李为华张福顺周丽南肉桂酸的合成1.理解Knoevenagel反应原理，了解制备肉桂酸的原理和方法。2.学习并掌握水蒸气蒸馏的操作、进一步熟悉过滤操作。3.学习并掌握固体有机化合物的提纯方法：脱色、重结晶。一、实验目的肉桂酸，又名β-苯丙烯酸、3-苯基-2-丙烯酸。是重要的有机合成工业中间体之一。有顺式和反式两种异构体，通常以反式存在。主要用于香精香料、食品添加剂、医药工业、美容、农药、有机合成等方面。实验通常采用Perkin法合成，将苯甲醛和乙酸酐在无水碳酸钠或无水碳酸钾催化下发生类似羟醛缩合反应生成。该法虽然原料易得，成本低，但反应温度高达170℃以上，且收率低于60%。二、实验原理118℃Knoevenagel反应

在弱碱的催化剂作用下，醛、酮和含有活泼亚甲基的化合物发生的失水缩合反应称为Knoevenagel反应。实验以苯甲醛和乙二酸在弱碱吡啶催化下，利用Knoevenagel反应生成肉桂酸。反应中，催化剂的选择是影响肉桂酸产率的最主要因素。本实验使用弱碱作为催化剂，因为反应中所使用的活泼亚甲基化合物丙二酸有足够活泼的a-H，在弱碱性催化剂的作用下，就可以产生足够浓度的碳负离子，与苯甲醛发生亲核加成反应，生成的中间产物再经β-消去脱水和进一步脱羧得到肉桂酸。但是，如果催化剂碱性太强容易造成反应物中醛的自身缩合，聚合或歧化反应。

吡啶在反应中作为催化剂和缩合剂，有利于中间产物的脱水和脱羧，从而提高产率。大大缩短了反应时间,无须有机溶剂,避免了使用有机溶剂造成的浪费和污染,是个典型的绿色化学反应,而且操作简便、副反应少、选择性高、产物易纯化(过滤水洗即可得较为纯净的产物),降低了反应温度，提高了收率和产物浓度，简化了合成工艺，很有工业化前景。有的资料显示最佳的工艺条件是以吡啶为催化剂，n(苯甲醛)：n（乙二酸)=1:3，催化剂用量0.02mol，反应时间90min，反应温度118℃。收率可达到90%。也有的资料显示，n(苯甲醛)：n（乙二酸)=1:2，吡啶用量为苯甲醛摩尔分数的15%，反应时间90min，反应温度95℃。此条件下，肉桂酸收率可达95%。

另外肉桂酸的合成还有Perkin法、苯乙烯-四氯化碳法、苯甲醛-乙烯酮法、肉桂醛氧化法以及氯代芳烃和丙烯酸及其衍生物生产肉桂酸等方法。其中目前工业上生产肉桂酸的方法主要是Perkin法和苯乙烯-四氯化碳法。水蒸气蒸馏原理：

水蒸气蒸馏法的基本原理是根据道尔顿定律，相互不溶也不起化学作用的液体混合物的蒸汽总压，等于该温度下各组分饱和蒸气压（即分压）之和。混合物的沸点是两种液体总蒸汽压等于外界大气压时的温度，因此混合物的沸点比任一组分的沸点要低。水蒸气蒸馏就是利用这一原理，将水蒸气通入不溶或难溶于水但具有一定挥发性的有机物质中，使该有机物在低于100℃的温度下，随着水蒸气一起蒸馏出来。水蒸气蒸馏法只适用于具有挥发性的，能随水蒸气蒸馏而不被破坏，与水不发生反应，且难溶或不溶于水的成分的提取。此类成分的沸点多在100℃以上，与水不相混溶或仅微溶，并在100℃左右有一定的蒸气压。当与水在一起加热时，其蒸气压和水的蒸气压总和为一个大气压时，液体就开始沸腾，水蒸气将挥发性物质一并带出。使用水蒸气蒸馏法，被分离或纯化的物质应具备下列条件1.一般不溶或难溶于水2.在沸腾下与水长时间共存而不起化学反应。3.在100℃时应具有一定的蒸汽压（一般不小于1.33kPa）。名称分子量密度熔点℃沸点℃折光率nD20溶解度（g/100mL）水乙醇乙醚苯甲醛106.131.046-26179.162101.54680.3∞∞丙二酸104.061.61916135.62651001.415∞溶0.615肉桂酸148.16顺1.245反1.245135-1363001.5550.04182420无水易溶三、主要试剂及产物的物理常数图1、回流装置图2、水蒸气蒸馏装置四、装置图水量为3/4为宜，需加沸石；在水蒸气蒸馏前可先预热，节约时间。可用酒精灯加热，以防止过多的水蒸气被冷凝而无法将有机物蒸馏出蒸馏结束时，先应先松开止水夹，然后停止加热，拆下仪器。

五、实验步骤1.在100mL干燥的三颈瓶中，加入0.05mol(5ml)新蒸馏过的苯甲醛、0.15mol丙二酸和0.05mol催化剂吡啶，配置温度计和回流冷凝管（上接CaCl2干燥管）。于118℃搅拌回流90min。2.回流结束后，冷却反应混合物，加入少量热水和碳酸钠水溶液，使溶液呈微碱性（PH=8~9），用水蒸气蒸馏出未反应完的苯甲醛。什么时候停止蒸馏？如何停止蒸馏操作？为什么不用氢氧化钠？

3、残留液加入少量活性炭，煮沸数分钟脱色，趁热过滤，将滤液冷却至室温以下。在搅拌下，将盐酸水溶液（1:1）加到肉桂酸盐溶液中至呈明显酸性（PH=4左右）。冷却，带白色晶体全部析出后，抽滤水洗、干燥得粗产物。4.将粗产品转入250ml烧杯中，用1:3的乙醇-水溶液进行重结晶，冷却，抽滤，洗涤，干燥，得白色产品。能否用硫酸？1、苯甲醛分别同丙二酸二乙脂、过量丙酮或乙醛相互作用得到什么产物？用这些产物产物如何进一步制备肉桂酸？2、用酸酸化时，能否用浓硫酸？3、本实验水蒸气蒸馏前，若用氢氧化钠代替碳酸钠碱化时，有什么不好？

4、用水蒸气蒸馏除去什么？为什么能用水蒸气蒸馏法纯化产品？六、思考题孙志忠，初文毅，侯艳君主编《新编半微量有机化学实验》

哈尔滨黑龙江科学技术出版社，2012.3邢其毅，裴伟伟，徐瑞秋，裴坚主编《基础有机化学》

北京高等教育出版社，2005.12第3