超声波辐射法仿生催化合成取代二苯乙醇酮

万子露，黄林伟，贺吉，郭景成，李波，陈连清（中南民族大学，湖北武汉430074）

超声波辐射法仿生催化合成取代二苯乙醇酮

万子露，黄林伟，贺吉，郭景成，李波，陈连清
（中南民族大学，湖北武汉430074）

以苯甲醛为原料，维生素B1/Na2CO3代替氰化物作为催化剂，在超声波辐射条件下反应，控制反应体系pH为8～9，安息香产率可达50%以上，重现性好，其他6种安息香衍生物也可以用此法合成，此法反应时间短、无毒且条件温和，具有仿生催化的特点。

超声波辐射法；仿生催化；二苯乙醇酮

二苯乙醇酮又名安息香，是一种重要的半合成中间体和光聚催化剂[1]。经典制备方法是在氰化钠（钾）催化下，由两分子苯甲醛通过缩合反应而得，此法毒性大，严重污染环境，人们期待一些改进的方法[2]。维生素B1是组成丙酮酸去氢酶复合物的五种辅酶之一——硫胺素焦磷酸（TPP）的必要物质[3]，其主要结构是噻唑环，环上的S和N之间的氢原子有一定的酸性，在碱的作用下形成碳负离子（类似于CN-），能进攻苯甲醛的醛基，使羰基碳极性反转，从而催化合成安息香，因此维生素B1可以代替氰化物催化安息香缩合反应，无毒无污染，条件温和，具有仿生催化的特点。

Richard和Loomis在上世纪20年代首先发现超声波可以加速化学反应[4]，近年来超声波在有机合成中因具有反应条件温和、操作简便、清洁无污染等优点而受到了广泛关注。本文为了改变NaOH作为强碱性试剂时容易导致维生素B1结构破坏、反应时间长、重现性低等问题，也为了进一步提高实验操作安全性，以温和的弱碱性试剂Na2CO3代替NaOH在超声波条件下合成了二苯乙醇酮及其衍生物。

1试剂与仪器

苯甲醛、维生素B1、四丁基溴化铵、95%乙醇和Na2CO3均为国药集团化学试剂有限公司产品；XT4A型显微熔点测定仪，上海荆和分析仪器有限公司；超声波清洗仪(KQ3200E)；核磁共振氢谱采用Bru⁃kerAvanceIII 400测定，CDCl3为溶剂，TMS为内标。

2实验步骤

称取1.75gVB1和0.2g四丁基溴化铵于100mL圆底烧瓶中，加入7 mL蒸馏水振荡使其溶解，将饱和Na2CO3溶液缓慢滴加到烧瓶中，边滴加边振荡以防止局部碱性过强而破坏VB1的结构，滴加过程中可以看到有气泡产生，调节溶液pH为9～10，之后迅速加入10mL新蒸的苯甲醛和15mL乙醇并振荡使之混合均匀，装上球形回流冷凝管，放入水温65±2℃的超声波清洗器中超声，反应过程中保持溶液pH 为8～9，若pH偏低可适当补加Na2CO3溶液并振荡均匀。TLC点板监测，反应结束后将烧瓶置于冰水浴中充分冷却，析出浅黄色的结晶，抽滤，用2×25mL冷水分两次洗涤结晶。粗产品用95%的乙醇重结晶（安息香在沸腾的95%乙醇中的溶解度为12～14g/ 100mL）得2a，产率52%。m.p.134～136℃.1H NMR (400 MHz, CDCl3) 7.94～7.89 (m, 2H), 7.54～7.22 (m, 8H), 5.95 (d, 1H), 4.57 (d, 1H).

化合物2b、2c、2d、4的合成采用以上同样的方法，其中1c、1d为固体，用乙醇溶解后加入反应体系，2b、2c、2d后处理采用硅胶柱层析得到（乙酸乙酯：石油醚=1:15）。

图1 超声波辐射法制备二苯乙醇酮及其衍生物的合成路线

3结果与讨论

图2 维生素B1催化合成安息香的机理

3.1安息香缩合反应机理

安息香缩合反应机理如图2所示，维生素VB1在碱的作用下，产生碳负离子（I）；碳负离子（I）与芳醛的羰基发生亲核加成，形成烯醇加合物(II)，环上带电荷的氮原子起了调节电荷的作用；烯醇加合物(II)再与另一分子芳醛的羰基发生亲核加成生成一个新的辅酶加合物(III)；辅酶加合物(III)离解成二苯乙醇酮(IV)，维生素B1复原。安息香缩合反应的实质是辅酶维生素B1在碱性条件下形成具有亲核性的碳负离子ylide（I）后，对芳醛进行两次亲核加成反应形成辅酶加合物(III)，然后VB1基作为离去基团离去后重新形成维生素B1，同时生成一分子的二苯乙醇酮(IV)。

3.2 pH对反应的影响及碱（Na2CO3、NaOH）的选择

从安息香缩合反应机理可知，由苯甲醛形成安息香的关键在于羰基碳的极性反转，因此噻唑环上的S和N之间具有酸性氢的碳原子在碱的作用下能否顺利形成碳负离子（类似于CN-）是反应成败的关键。在强碱性条件下，噻唑环易开环失效，且苯甲醛在浓碱作用下可在两分子间发生Cannizzaro反应，一份子醛被还原成醇，一份子醛被氧化成酸[5]，而得不到目标产物，因此维生素B1催化安息香缩合反应对pH的要求很高，pH调节不当会导致产率较低甚至得不到产品，因此反应重现性低的原因除了实验误差以外，碱的实际用量起关键作用[6]，故选择强碱弱酸盐Na2CO3代替强碱NaOH作为维生素B1的氢受体，可以减缓对pH的影响，并且在滴加过程中有气泡冒出，可以作为直观的判断依据，一定程度上避免了碱性过强的情况发生，从而增加此反应的重现性。

另一方面，根据中华人民共和国《危险货物品名表》（GB 12268-90），氢氧化钠属第八类危险货物腐蚀品中的碱性腐蚀品，在使用过程中有一定的危险性，腐蚀性较强，故选择强碱弱酸盐碳酸钠代替强碱氢氧化钠作为维生素B1的氢受体，可以在一定程度上降低本实验的危险性。

3.3芳醛种类对反应的影响

在反应温度为65℃，反应时间30min，溶液pH= 9～10的条件下，分别用苯甲醛、糠醛、对氟苯甲醛、对氯苯甲醛、对溴苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、对羟基苯甲醛进行安息香缩合反应，其产率见表1。

芳醛种类对安息香缩合反应有影响，除了对甲氧基苯甲醛和对羟基苯甲醛没有得到预期的产物外，其他种类的醛在此条件下都能得到对应的缩合产物，这可能是由于：当苯环对位有吸电子取代基时，其容易和VB1发生亲核加成反应；而当苯环对位有给电子取代基时，其电子云通过苯环的共轭作用而传递到羰基上，降低了羰基碳的正电性，使羰基碳活性不高，不易和VB1进行亲核加成反应。

表1 芳醛种类对反应的影响

4 结论

研究表明：（1）当苯甲醛和维生素B1用量分别为100mmol和5mmol，四丁基溴化铵用量为0. 2g时，选择强碱弱酸盐Na2CO3代替强碱NaOH作为维生素B1的氢受体，且用恒温超声代替水浴加热，控制反应体系的pH为8～9，安息香产率可达50%以上，反应时间短，重现性好；（2）芳醛种类对安息香缩合反应有影响，在以上反应条件下，当苯环对位上有吸电子取代基时可以得到对应的安息香缩合产物，当苯环对位上有给电子取代基时不能到对应的安息香缩合产物。

［1］Coppola G. M.;Schuster H. F.α-Hydroxy Acids in Enantioselective Synthesis [M];Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 1997.

［2］Ken-ichi I.; Masako H. Benzoin reaction in water as an aqueous medium catalyzed by benzimidazolium salt. [J].Tetrahedron Letters. 2006, 47, 7175－7177.

［3］葛可佑.中国营养科学全书[M] .北京:人民卫生出版社, 2004: 977.

［4］W. T. Richards, A. L. Loomis.The chemical effects of high frequency sound waves I. A preliminary survey. [J]. J. Am. Chem. Soc., 1927, 49 (12): 3086－3100.

［5］王丽.超声辐射下芳香醛的Cannizzaro反应[D].河北大学,2005.

［6］何强芳,伍光仲,朱洁民.安息香缩合反应的影响因素[J].大学化学,2010,03:58-61.

Method for preparingsubstituted benzoin with biomimeticcatalyst and ultrasonic radiation

WANZi-lu, HUANGLin-wei, HE Ji, GUO Jing-cheng, LI Bo, CHENLian-qing
（South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074）

We synthesized benzoin under ultrasonic radiation conditionusingbenzaldehyde as the starting material and vitamin B1/Na2CO3as the catalyst, benzoin yield can reach more than 50% by controllingthe pH of the reaction system, and other four benzoin derivatives can also be synthesized by this method.Compared with traditional methods, the ultrasonic-assisted method had not only the advantage of short reaction time but also good reproducibility, no toxicity, simple operation and mild reaction conditions, which are the characteristics ofbiomimetic catalysis.

ultrasonicradiation; biomimetic catalysis; benzoin

10.3969/j.issn.1008-1267.2016.02.004

TQ244.2

A

1008-1267（2016）02-0010-03

2015-10-23

湖北省高等学校省级教学研究项目（JYS11001）；国家自然科学基金（20702064，21177161和31402137）；湖北省杰出青年基金（2013CFA034）；人事部留学人员科技活动择优资助项目（BZY13007）；武汉市青年科技晨光计划（201271031422）；湖北省青年英才开发计划（RCJH15001）。

万子露（1991-）男，在读硕士，主要从事有机合成方面研究。

陈连清（1979-）男，副教授，博士，硕士生导师。