4'－羟基查尔酮的合成研究

王雅珍，芮清清

(1.江苏理工学院化学与环境工程学院，江苏 常州 213001;2.南京工业大学，江苏 南京 210032)

0 引言

查尔酮及其衍生物是芳香醛酮发生交叉羟醛缩合的产物，化学结构为1，3－二苯基丙烯酮，以它为母体的天然化合物广泛存在于甘草、红花等植物中，是合成黄酮类化合物的重要中间体，它也可用于香料和药物的合成[1]。查尔酮分子结构具有较大的柔性，能与不同的受体结合，因此具有广泛的生物活性[2]。据有关文献报道，许多查尔酮化合物具有抗蛲虫[3]、抗过敏[4]、抗肿瘤、抑制和清除氧自由基、抗菌、抗病毒、抗溃疡和解痉等生物活性[5－6]。近年来，还有文献报道查尔酮的共轭效应使其电子流动性非常好，且具有不对称的结构，所以是优越的有机非线性光学材料，可以作为光储存、光计算、激光波长转换材料[7]。此外，查尔酮还可用作光化学中的光交联剂、荧光材料和液晶材料等[8]。反应如下:

1 实验合成

1.1 实验试剂与仪器

苯酚、浓硫酸、乙酸酐无水三氯化铝、硝基苯、苯甲醛均为化学纯;红外光谱仪(sepectrum100系列)，KBr压片;数字阿贝折射仪(WAY－2S)。

1.2 乙酸苯酯的合成

在干燥的装有回流冷凝装置的两口烧瓶中(一口插入温度计)，依次加入一定量的苯酚和乙酸酐，小心混合加入适量浓硫酸做催化，缓慢加热至沸腾，回流3 h后冷却至室温改为蒸馏装置，收集190～196℃馏分，得无色透明液体乙酸苯酯，称重，计算产率，测其折光率和红外谱图并分析改产物。

1.3 4－羟基苯乙酮的合成

在烘干的装有电动搅拌器、温度计和加料漏斗的三口烧瓶中加入一定量的乙酸苯酯、硝基苯，剧烈搅拌下分数次缓慢加入适量无水三氯化铝，加完后开始升温至反应温度反应一段时间后，停止加热，搅拌下加入适量的蒸馏水分解多余的无水三氯化铝。将反应液倾入锥形瓶中，冷却至室温析出白色针状结晶，过滤得4－羟基苯乙酮粗产物。

将4－羟基苯乙酮粗产物和20倍量的蒸馏水加入反应瓶中加热至沸腾。分去油层后添加少量活性炭，在沸腾状态下脱色15 min，趁热过滤得无色透明液体，室温下静置，冷却，结晶后过滤，真空干燥得白色针状结晶4－羟基苯乙酮，称重，计算产率，测定熔点和红外谱图分析产物。

1.4 4'－羟基查尔酮

取一定量的对羟基苯乙酮，溶解于适量的乙醇中，在冰浴条件下加人适量的氢氧化钠溶液，同时不断搅拌。开始滴加适量的苯甲醛(重蒸后)和乙醇的溶液，30 min滴完。室温搅拌反应一段时间后，滴加浓盐酸至偏酸性，冷冻，过滤，用乙醇重结晶羟醛缩合产物后，得到黄色晶体，称重，计算收率，测定熔点和红外谱图分析产物。

2 结果与讨论

主要从酚酯化、Fris重排和羟醛缩合反应三个方面进行讨论。

2.1 影响酚酯化反应的产率的因素

影响酚酯化反应的因素有很多，如反应温度、苯酚和乙酸酐的摩尔比、反应时间、反应液的后处理等。

2.1.1 反应温度对酚酯化反应产率的影响

当苯酚和乙酸酐摩尔比一定、反应时间一定的情况下，通过改变反应温度(105～140℃)，来考察反应温度对酚酯化反应的影响，乙酸苯酯的收率见表1。

表1 反应温度对乙酸苯酯收率的影响

由表1可以看出:反应温度对乙酸苯酯收率影响较大。当反应温度为125～130℃时，乙酸苯酯收率最高。适当提高反应温度可以增加乙酸苯酯的收率，温度太低反应不完全，而温度过高则会有副产物。因为提高温度容易使反应基团活化，加快了反应速度，从而使收率提高;当温度过高时，会促使苯环参加反应，降低了乙酸苯酯的收率[19]。

2.1.2 苯酚和乙酸酐的摩尔比对酚酯化反应产率的影响

当反应温度为125～130℃，反应时间一定的情况下，通过改变乙酸酐与苯酚(0.21 mol/19.8 g)摩尔比，来考察投料比对乙酸苯酯收率的影响，乙酸苯酯的收率见表2。

表2 原料摩尔比(乙酸酐∕苯酚)对乙酸苯酯收率的影响

由表2可以看出:适当提高乙酸酐与苯酚的摩尔比可以提高乙酸苯酯的收率，当乙酸酐与苯酚的摩尔比为0.25∶0.21时，乙酸苯酯最高收率达到86%。而原料中乙酸酐含量过高时，乙酸苯酯的选择性降低，这可能是由于乙酸酐含量过多促进了苯环的酰基化反应的发生[20]。

2.1.3 反应时间对酚酯化反应产率的影响

当反应温度为125～130℃;乙酸酐和苯酚(0.21 mol/19.8 g)的摩尔比为0.25∶0.21时，通过改变反应时间，来考察反应时间对乙酸苯酯收率的影响，乙酸苯酯的收率见表3。

表3 反应时间对乙酸苯酯收率的影响

由表3可以看出:随着反应时间相对减少，酚酯的收率逐渐降低。其原因可能是反应时间短，反应不完全，从而导致收率降低。

2.2 最佳实验条件验证和讨论

根据以上讨论得出的酚酯化最佳条件，即在反应温度为125～130℃;乙酸酐和苯酚(0.21 mol/19.8 g)的摩尔比为0.25∶0.21;反应时间为2.5 h时，进行酚酯化反应，得到的乙酸苯酯收率见表4。

表4 最佳反应条件下乙酸苯酯的收率

2.3 影响Fries重排反应产率的影响

2.3.1 反应温度对Fries重排反应的影响

当反应时间不变，催化剂用量不变，在硝基苯为溶剂时，通过改变反应温度，来考察反应温度对Fries重排的影响，4－羟基苯乙酮收率见表5。

表5 温度对4－羟基苯乙酮收率的影响

由表5可以看出:温度控制在25～30℃较为适宜。乙酸苯酯在无水三氯化铝作用下进行Fries影响重排的诸多因素中，反应温度对产物结构影响较大。低温适宜于对位酚酮的生成，高温则有利于邻位异构体的生成。

2.3.2 催化剂用量对Fries重排反应的影响

当反应温度控制在25～30℃，反应时间不变，以硝基苯为溶剂时，通过改变乙酸苯酯(0.15 mol/20.3 mL)和无水三氯化铝的摩尔比，来考察催化剂的用量对Fries重排反应的影响，对羟基苯乙酮收率见表6。

表6 催化剂用量对4－羟基苯乙酮收率的影响

由表6可以看出:乙酸苯酯(0.15 mol/20.3 mL)和催化剂摩尔比为0.15∶0.18时收率最高。由于反应先生成酰基正离子，再和苯环发生亲电取代反应，反应中酰基在Lewis酸AlCl3的催化下从苯氧基转移到苯环上，产物会和AlCl3生成失去催化活性的配合物，因此，催化剂用量应略多于原料用量，等量的Lewis酸将用于形成络合物，而多余部分可以保证反应有催化剂存在。若催化剂与原料的摩尔比太大，则副反应增加，使收率降低[22]。

2.3.3 反应时间对Fries重排反应的影响

当反应温度为25～30℃，乙酸苯酯(0.15 mol/20.3 ml)和无水三氯化铝摩尔比为0.15∶0.18，以硝基苯为溶剂时，通过改变反应时间，来考察反应时间对Fries重排的影响，对羟基苯乙酮收率见表7。

表7 反应时间对4－羟基苯乙酮收率的影响

由表7可以看出:当其它反应条件不变时，反应时间为24 h时，4－羟基苯乙酮收率可达21%。当反应时间过短时，反应不能完全进行，以至产率较低。

2.3.4 溶剂的影响对Fries重排反应的影响

当乙酸苯酯(0.15 mol/20.3 ml)和催化剂无水三氯化铝摩尔比0.15∶0.18，反应温度在25～30℃下，分别在有溶剂和无溶剂的情况下，来考察溶剂对4－羟基苯乙酮合成的影响，结果表明:在没有溶剂的情况下，反应物与催化剂发生络合反应且多为吸热反应，反应物在搅拌过程中容易凝固，反应往往不易进行。在以硝基苯为溶剂的情况下，产量相对较低，但是有温度易控制、工艺简单、副反应少、可以得到单一产物、产品质量好、原料来源广、成本低、节能等特点[23]。

2.3.5 最佳实验条件验证和讨论

根据以上讨论得出的Fries重排反应的最佳条件，即在反应温度为25～30℃、乙酸苯酯(0.15 mol/20.3 mL)和催化剂无水三氯化铝摩尔比为0.15∶0.18、反应时间为24 h时，进行Fries重排反应，得到的4－羟基苯乙酮收率见表8。

表8 最佳反应条件下4－羟基苯乙酮的收率

2.4 反应时间对羟醛缩合反应的影响

在合成查尔酮类化合物的过程中，反应时间对反应的完成程度的影响比较关键，可以通过反应溶液的颜色变化来判断缩合反应的完成程度。在反应开始时，反应体系为淡黄色，此时仅有少量反应物脱水。随着反应进行，体系颜色逐渐变深，在反应5 h后，体系呈现橙色，此时已经部分脱水。反应12 h后，体系颜色已经变为橙色，继续延长反应时间，颜色不变，说明已经脱水反应比较完全。

2.4.1 催化剂的浓度对羟醛缩合反应的影响

当反应时间为12 h，在室温下，通过改变催化剂的浓度，来考察催化剂的浓度对羟醛缩合反应的影响，4'－羟基查尔酮的收率见表9。

表9 催化剂浓度对4'－羟基查尔酮收率的影响

由表9可以看出:当浓度为0.14 g/ml时，获得的4'－羟基查尔酮收率较高。在稀氢氧化钠溶液中，才有利于醛酮的缩合，当氢氧化钠浓度超过0.14 g/ml时，就会使不含α－H的苯甲醛发生自身歧化反应，导致收率降低;同时碱催化剂用量过少也会使反应不完全，收率下降[9]。

2.4.2 反应温度羟醛缩合反应的影响

当氢氧化钠浓度为0.14 g/ml，改变实验温度，反应完全后4'－羟基查尔酮的收率见表10。

羟醛缩合反应控制在室温下进行，高温下会产生副反应，如苯乙酮自身缩合、苯甲醛自身发生歧化，最终导致收率很低;而温度过低会使缩合反应缓慢，时间延长，需要5 d才能使其反应完全，并且收率也有所下降。因此4'－羟基查尔酮的缩合反应宜控制在室温条件下进行最适合。

表10 反应温度对4'－羟基查尔酮收率的影响

2.5 最佳实验条件验证和讨论

根据以上讨论得出的羟醛缩合反应的最佳条件，即在反应温度为20～30℃;反应时间为12 h;NaOH浓度为0.14 g/ml时，进行羟醛缩合反应，得到的4'－羟基查尔酮收率见表11。

表11 最佳反应条件下4'－羟基查尔酮的收率

3 产物分析

4 结论

酚酯化反应的最佳反应条件是:反应温度为125～130℃;乙酸酐和苯酚(0.21 mol/19.8 g)的摩尔比为0.25∶0.21;反应时间为2.5 h;产率为产率86%;Fries重排最佳反应条件是:反应温度为25～30℃;乙酸苯酯(0.15 mol/20.3 mL)和催化剂无水三氯化铝摩尔比0.15∶0.18;反应时间为2.5 h，产率为21%;羟醛缩合的最佳条件:反应温度为室温，在稀碱的醇溶液中(0.14 gl/mL)进行，反应时间为12 h，产率68%。

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