辅酶催化安息香缩合反应的实验探讨

2011-09-26李中华白亦穷

大学化学 2011年2期

李中华白亦穷

(华中师范大学化学学院湖北武汉430079)

芳香醛在乙醇-水溶液中发生双分子缩合，生成1,2-二苯基羟乙酮即安息香(benzoin)的反应称为安息香缩合反应。安息香缩合在化学工业和药物合成等方面有广泛的应用[1]，如抗癫痫药物二苯基乙内酰脲以及二苯基乙二酮、二苯基乙二酮肟、乙酸安息香等制备都用到此反应。我院开设的中级有机化学实验，以苯甲醛为原料，经安息香缩合、氧化和重排多步反应制备二苯羟乙酸，其中安息香缩合是关键步骤。以前使用剧毒的氰化物为催化剂极为不便[2]，近年改用辅酶(维生素B1)作催化剂[3-4],价廉易得，操作安全，效果良好，但实验中产率较低或有时得不到产品，影响后续实验的进行。我们经过多次试验探讨，在实验中采用四丁基溴化铵作为相转移催化剂，通过控制反应体系的pH和反应温度，安息香产率在70%以上，实验成功率亦大大提高。安息香缩合反应式为：

1 试剂与仪器

苯甲醛(CP)、维生素B1(CP)、四丁基溴化铵(AR)和NaOH(AR)均为国药集团化学试剂有限公司产品；95%乙醇(AR)，天津市东丽天大化学试剂厂；XT4A型显微熔点测定仪，上海荆和分析仪器有限公司，温度未校正。

2 实验步骤

在100mL圆底烧瓶中加入1.7g(5mmol)维生素B1、0.2g四丁基溴化铵和4mL水，溶解后加入15mL 95%乙醇。将烧瓶置于冰水浴中冷却，同时取3mL 10% NaOH溶液于一试管中，也置于冰浴冷却，在冰浴中将NaOH液在5min内边摇动边逐滴加入反应烧瓶，然后加入10.6g(100mmol)新蒸苯甲醛，装上回流冷疑管于70～80℃水浴上加热90min，保持反应液pH=8～9，反应液呈橘黄色，经冷却后析出白色晶体，抽滤，用2×25mL冷水洗涤，干燥得产品7.6g(72%)，熔点：132～134℃，用95%乙醇重结晶得白色针状结晶，熔点：134～136℃。

3 结果讨论

(1) 安息香缩合原指以氰化钠(钾)为催化剂的碳负离子对羰基的亲核加成反应，其反应机理见图1。

我们知道酶可以使有些反应更加巧妙、更加有效并且在更温和的条件下进行。维生素B1是一种辅酶，又称硫胺素或噻胺(thiamine)，它常作为生物化学反应的催化剂，在生命过程中起重要作用，主要对α-酮酸脱羧和形成偶姻(α-羟基酮)等3种酶促反应发挥辅酶的作用。其结构见图2。

辅酶分子中噻唑环C2上的质子由于受氮和硫原子影响，具有酸性，在碱的作用下容易脱除质子，产生的碳负离子与芳醛的羰基加成，最终形成苯偶姻产物，反应机理见图3。

图1 氰离子催化安息香缩合反应机理

图2 辅酶的结构式

图3 辅酶催化安息香缩合反应机理

(2) 辅酶催化安息香缩合反应对pH的要求很高，否则产率较低甚至难得到产品。该反应在碱性条件下进行，pH在8～9为宜。由于维生素B1通常为盐酸盐，如果pH较低，不能形成碳负离子，则无法进行反应。随着反应进行，会导致pH发生变化，所以反应进行一段时间后应检查和调节pH，若pH过低需要适当补加碱液，但如果pH过高(大于10)，维生素B1中噻唑环容易被破坏，或发生苯甲醛歧化等副反应，将难得到所需产品。

相转移催化剂通常可以大大加快油水两相反应的速度。本实验在水相产生的碳负离子容易水解，难以起到催化作用，加入相转移催化剂可将碳负离子从水相迅速转移至有机相苯甲醛中，避免与水的作用，从而促进缩合反应进行。安息香缩合是一个经典的有机化学反应，我们在苯甲醛、维生素B1和NaOH用量不变，反应温度为70～80℃条件下，考察了相转移催化剂对反应的影响(表1)。结果表明，四丁基溴化铵用量对反应产率有很大影响，不用时反应产率比较低，加入少量则反应速度和产率均有显著提高，其用量为0.2g时反应效果比较好。