4-苯基-3-丁烯-2-酮的合成

李亚楠，刘志波，于 芳

（1.辽宁石油化工大学 石油化工学院，辽宁 抚顺113001；2.抚顺石化北天顺达公司，辽宁 抚顺113006）

羟醛缩合反应在有机合成上具有重要的用途，它不仅可以增长碳链，而且能产生支链。α,β-不饱和酮是一种相对基础的合成原料，在有机合成中有着广泛的应用，是香料、药物以及精细化工产品的重要原料或中间体，它经选择性氢化制得香料添加剂。例如，对柠檬醛中双键加氢还原得到四氢香茅醛，从而增强古龙水的柑橘香[1]；对肉桂醛中双键加氢还原得到氢化肉桂醛，它具有强烈的香气和风信子花香，可用于调配玫瑰、风信子和丁香等香型的香料，使香料香气更加清香[2]。在手性配体的催化下，α,β-不饱和酮在不对称催化方面也有广阔的发展空间，是制备α-手性酮化合物的前体，在手性化合物的构建中有重要的作用[3-4]。同时，α,β-不饱和酮也是许多药物中间体的重要组成部分，4-苯基-3-丁烯-2-酮本身也有杀虫的功效，可以直接加入产品中作为杀虫剂。α,β-不饱和酮中碳碳双键与羰基共轭，这与一般的碳碳双键共轭或碳碳双键和碳氧双键共轭不同，它同时具备了酮、烯烃和共轭二烯烃的性质，具有良好的反应活性，因此非常具有研究价值。由于其自身的特殊结构而在有机合成中占有举足轻重的地位[5]。

近几十年，对增长碳链的反应研究比较多[6-8]，尤其是羟醛缩合反应[9-14]，研究表明在NaOH 催化下，利用苯甲醛和丙酮发生羟醛缩合构建碳碳键合成4-苯基-3-丁烯-2-酮时，NaOH 溶液浓度对反应影响较大，若NaOH 溶液浓度过高，则导致产物酮会进一步与苯甲醛发生二次缩合，苯甲醛在强碱性条件下容易发生歧化反应。为减少副产物的生成，需要使用过量的丙酮和合适浓度的NaOH 溶液作为催化剂。

本文利用NaOH 催化苯甲醛和丙酮进行羟醛缩合的方式构建了新的碳碳键。该方法操作简单、条件温和，是环境友好型反应，为4-苯基-3-丁烯-2-酮的合成提供了新的方法，符合绿色化学的发展要求。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

苯甲醛（纯度98.5%）、氢氧化钠（分析纯），萨恩化学技术（上海）有限公司；丙酮（分析纯），天津市富宇化工有限公司；柱层层析硅胶（化学纯），200～300 目，烟台江友硅胶开发有限公司。

实验用苯甲醛经减压蒸馏，收集84～86 ℃（0.09 MPa）馏分，待用。

N-1100 旋转蒸发仪，上海爱朗仪器有限公司；Bruker 400 型核磁共振仪，德国布鲁克公司。

1.2 实验方法

4-苯基-3-丁烯-2-酮的合成方法见图1。在氩气保护的条件下，向装有磁子的250 mL 圆底烧瓶中依次加入水、丙酮(32.0 g、551.0 mmol)和苯甲醛(4.0 g、47.1 mmol)，使用常压滴液漏斗，将16 mL 质量分数为5% NaOH 溶液逐滴加入圆底烧瓶中，30 min左右滴完，在室温条件下反应24 h。TLC 监测反应进程，待反应完全，将丙酮溶剂旋出，加入50 mL 水，用50 mL 乙酸乙酯萃取3 次，合并有机相，干燥、抽滤、浓缩，柱层析得黄色针状固体。

2 结果与讨论

2.1 催化剂质量分数对反应进程的影响

催化剂质量分数是羟醛缩合反应中至关重要的一个影响因素，通过催化剂可以改变反应历程，提高反应速率，大大缩短反应时间，提升反应效率。在氢氧化钠溶液作为催化剂、反应时间为24 h、反应温度为40 ℃的条件下，考察催化剂质量分数对4-苯基-3-丁烯-2-酮合成的影响，结果见表1。

由表1 可知，当无催化剂时，反应无法进行，由此可见催化剂在有机反应中是必不可少的。催化剂可以改变反应历程，使其经过一个更易达到的过渡态，在此过渡态的基础上完成反应。因此，当催化剂质量分数增加至3%时，反应产率从0 增加至50%，充分证明了催化剂对反应的重要性。为了进一步提高反应的产率，继续增加催化剂质量分数，当催化剂质量分数为6%时，产率达到87%；进一步增加催化剂质量分数时，产率不仅没有增加，反而开始下降，这是因为当催化剂质量分数增加时，体系中出现少量副产物，即在丙酮两侧均发生羟醛缩合反应的产物，该副产物的出现，导致反应产率有所下降。因此，最佳催化剂质量分数为6%。

表1 催化剂质量分数对羟醛缩合反应的影响 %

2.2 反应温度对反应进程的影响

反应温度上升，反应物分子与活化分子的平均能量上升，使活化分子比例增加，反应速率上升，因此反应温度对反应速率影响很大。在催化剂质量分数为6%、反应时间为24 h 的条件下，考察反应温度对4-苯基-3-丁烯-2-酮合成的影响，结果见表2。

表2 反应温度对羟醛缩合反应的影响

由表2 可知，反应温度从0 ℃升高到20 ℃，反应产率变化不大，证明此时温度尚未达到反应所需的温度，欲使反应顺利进行仍需升高反应温度。当反应温度从20 ℃升高到40 ℃，反应产率迅速提高，这说明升高温度，反应物分子活性提高，加速了苯甲醛和丙酮分子的运动，使其碰撞、反应的概率增加，从而提高反应产率并加快反应速率。然而，当反应温度从40 ℃升高到60 ℃时，反应产率降低，这表明反应温度较高时有副反应产生，从而导致反应产率下降。因此，最佳反应温度为40 ℃。

2.3 反应时间对反应进程的影响

在催化剂质量分数为6%、反应温度为40 ℃的条件下，考察反应时间对4-苯基-3-丁烯-2-酮合成的影响，结果见表3。

由表3 可知，随着反应时间的延长，产率有明显的提升。当反应时间为6 h 时，产率仅为20%；当反应时间延长至12 h 时，产率增加至65%。这说明反应开始时进行缓慢，随着反应时间的延长，产率不断增加，12 h 已经完成了65%的反应，但是仍有大量原料未参与反应。为了进一步提升反应产率，继续延长反应时间至24 h 时，产率达到81%；进一步延长反应时间至36 h 时，产率增加幅度较小，这说明反应进行到一定程度，仅通过延长反应时间，难以对反应起到明显的促进作用，此时制约反应进行的将不再是反应时间。因此，最佳反应时间为24 h。

表3 反应时间对羟醛缩合反应的影响

2.4 苯甲醛纯度对反应进程的影响

长期放置的苯甲醛中，因被空气氧化会混有少量的苯甲酸，使其纯度下降。为了进一步明确苯甲醛纯度对反应的影响，设计了以下反应。首先对苯甲醛重新蒸馏得到较高纯度的苯甲醛，然后选用重蒸的苯甲醛作为反应底物进行反应，反应时间为24 h，同时与未纯化的苯甲醛进行对比，分析苯甲醛纯度对4-苯基-3-丁烯-2-酮合成的影响，结果见表4。

表4 苯甲醛纯度对羟醛缩合反应的影响

从表4 可以看出，当使用未纯化的苯甲醛或纯化后的苯甲醛做底物时，反应温度对反应的影响规律是相同的。当反应温度较低时，反应只有少量发生，这说明温度过低，反应活性较低。缓慢升高反应温度，反应产率不断提高，当产率达到最大值后，随着反应体系温度的升高，产率开始下降。两个反应均是在40 ℃时产率达到最高，而在60 ℃时产率下降，分析可能的原因：60 ℃时，反应活性过高，导致反应体系中发生了其他副反应，使产率下降。

从表4 还可以看出，反应温度相同时，纯化后的苯甲醛可获得更高的产率。在温度相同的情况下，苯甲醛的纯度是合成反应的关键，这说明进一步纯化原料是提高反应产率的手段。特别是低温时反应的活性不高，纯度对反应影响较大。对比苯甲醛纯度和反应温度对反应的影响可以看出，反应温度对羟醛缩合反应的影响大于苯甲醛纯度。

2.5 反应机理

根据实验结果及文献[10,16]，推测可能的反应机理，如图2 所示。在碱性条件下，丙酮中与羰基相连的邻位碳容易失去一个α-H，形成一个强的亲核试剂4，试剂4 会进攻苯甲醛的羰基碳，从而形成中间体5，中间体5 上的O-攫取一个氢变为羟基生成产物6，随后失去一分子水生成4-苯基-3-丁烯-2-酮。

2.6 4-苯基-3-丁烯-2-酮的结构表征

4-苯基-3-丁烯-2-酮是黄色针状固体，其400 MHz 核磁共振氢谱分析结果见图3。

从图3 可以看出，7.49～7.55 为多重峰，积分值为3 个氢，7.39～7.41 处为多重峰，积分值为3 个氢，这两组峰是苯环上的5 个氢以及苄烯位的氢。6.72处为耦合常数16.1 的双重峰，积分值为1 个氢，是羰基α-位的双键上的1 个氢。2.37 处的单峰为羰基α-位的甲基峰，积分值为3 个氢。即：1H NMR(400 MHz, CDCl3) δ 7.49～7.55 (m, 3H), 7.39～7.41 (m, 3H), 6.72(d, J=16.1 Hz, 1H), 2.37(s,3H)。经与核磁共振标准谱图对比[15-16]，确定该结构即4-苯基-3-丁烯-2-酮。

3 结 论

羟醛缩合反应是一个重要的增长碳链的反应。采用NaOH 作为催化剂催化苯甲醛和丙酮进行羟醛缩合的方式构建新的碳碳双键，以控制变量的方法探究影响反应的因素。主要探究催化剂质量分数、反应温度、反应时间和苯甲醛纯度对反应的影响，从而确定最佳反应条件：催化剂NaOH 的质量分数为6%、反应温度为40 ℃、反应时间为24 h。进一步经核磁共振氢谱确定了产物结构。该羟醛缩合反应条件温和，不需要加入金属催化剂，是绿色环保型反应。