肉桂酸的制备

发布日期：2012-09-19 19:41 来源：研究小组作者：admin 浏览次数：

　　用珀金反应制备肉桂酸。

实验试剂：

【物理常数】

名称	分子量	比重（d²⁰₄）	熔点（℃）	沸点（℃）	溶解度
肉桂酸	148.17	1.2475	135-136	300	0.0418
苯甲醛	106.13	1.0415(15℃)	-26	178.1	0.3
无水醋酸钾	98.15	1.57(25℃)	292		253(20℃)
乙酐	102.09	1.0820	-73.1	140.0	12(冷)
苯乙烯	104.16	0.9060	-30.63	145.2	不溶

一、反应原理
　　肉桂酸又名β－苯丙烯酸，有顺式和反式两种异构体。通常以反式形式存在，为无色晶体，熔点133℃。肉桂酸是香料、化妆品、医药、塑料和感光树脂等的重要原料。肉桂酸的合成方法有多种，实验室里常用珀金（Pe-ruin）反应来合成肉桂酸。以苯甲醛和醋酐为原料，在无水醋酸钾（钠）的存在下，发生缩合反应，即得肉桂酸。
　　反应时，酸酐受醋酸钾（钠）的作用，生成酸酐负离子；负离子和醛发生亲核加成生成β－羧基酸酐；然后再发生失水和水解作用得到不饱和酸
PerKin反应：芳醛与酸酐的缩合反应。催化剂一般为酸酐对应的羧酸钠盐或钾盐，用无水碳酸钾代替醋酸钾，可缩短反应时间，产率也有所提高。

　　反应机理如下：乙酐在弱碱作用下打掉一个H，形成CH₃COOCOCH₂^－，然后

　　用K₂CO₃代替CH₃CO₂K，碱性增强，因此产生碳负离子的能力增强，有利于碳负离子对醛的亲核加成，所以反应时间短，产率高。

二、实验步骤
1.合成：
① 在100 mL干燥的圆底烧瓶中加入1.5mL (1.575 g,15 mmol) 新蒸馏过的苯甲醛，4 mL (4.32 g，42 mmol) 新蒸馏过的醋酐以及研细的2.2 g无水碳酸钾，2粒沸石，按装置图按好装置。
② 加热回流（小火加热）40 min，火焰由小到大使溶液刚好回流。（也可将烧瓶置于微波炉中，装上回流装置，在微波输出功率为450W下辐射8min）。
③ 停止加热，待反应物冷却。
2.后处理：
　　待反应物冷却后，往瓶内加入20 mL热水，以溶解瓶内固体，同时改装成水蒸气蒸馏装置（半微量装置）。开始水蒸气蒸馏，至无白色液体蒸出为止，将蒸馏瓶冷却至室温，加入10 %NaOH（约10 mL）以保证所有的肉桂酸成钠盐而溶解。待白色晶体溶解后，滤去不溶物，滤液中加入0.2 g活性炭，煮沸5分钟左右，脱色后抽滤，滤出活性炭，冷却至室温，倒入250 mL烧杯中，搅拌下加入浓HCl，酸化至刚果红试纸变兰色pH＝2-3。冷却抽滤得到白色晶体，粗产品置于250 mL烧杯中，用水—乙醇重结晶，先加60 mL水，等大部分固体溶解后，稍冷，加入10 mL无水乙醇，加热至全部固体溶解后，冷却，白色晶体析出，抽滤，产品空气中晾干后，称重。

三、实验重点：
　　水蒸汽蒸馏操作：水蒸气蒸馏是分离和提纯液态或固态有机物的一种方法。
　　水蒸气蒸馏应用范围：
⑴某些沸点高的有机物，在常压下蒸馏虽可与副产物分离，但易将其破坏。
⑵混合物中含有大量树脂状杂质或不挥发性杂质，采用蒸馏。萃取等方法难于分离。
⑶从较多固体反应物中分离出被吸附的液体。
被提取物应具备条件：
⑴不溶或难溶于水。
⑵共沸腾下与水不发生化学反应。
⑶在100℃左右时，必须具有一定蒸气压[至少666.5－1333Pa（5－10mmHg）]。

四、实验注意点：
1.装置注意点：
⑴回流装置要干燥：否则会使酸酐发生水解，使产率降低。
⑵安全管高度：为插至接近瓶底，根据其内水面的升降情况，可判断装置是否堵塞。防止倒吸。
⑶导气管高度：导入蒸气的导气管应插至蒸馏瓶接近瓶底处，以便水蒸气和蒸馏物质充分接触并起搅拌作用。防止飞溅现象。
⑷T形管：靠近蒸馏瓶一端稍向上倾斜，而靠近水蒸气发生器一端则稍向下倾斜，以便蒸气在导气管中冷凝成的水能流回水蒸气发生器而不是流入蒸馏瓶中，可避免蒸馏瓶中积水过多。蒸气的通路尽可能短一些，以免蒸气过多冷凝。T形管支管用来除去水蒸气中冷凝下来的水。当操作发生不正常情况时（或反应结束时），应先旋开螺旋夹使发生器与大气相通，再关电炉检查，重新开始时应先加热至沸，有蒸气冲出支管再关紧螺旋夹。
2.反应物需新蒸：苯甲醛放久了，由于自动氧化生成较多量的苯甲酸，影响反应进行，且苯甲酸混在产品中不易除净，影响产品质量，故应用新蒸苯甲醛。醋酸放久了，由于吸潮和水解将转变为乙酸，故在实验前应重新蒸馏。
3.回流温度控制：加热的温度最好用油浴，控温在160—180⁰C，若用电炉加热，必须使烧瓶底离开电炉4－5cm，电炉开小些，慢慢加热到回流状态，等于用空气浴进行加热。如果紧挨着电炉，会因温度太高，反应太激烈，结果形成大量树脂状物质，甚至使肉桂酸一无所有，这点是实验的关键。
4.反应现象：刚开始，会因二氧化碳的放出而有大量泡沫产生，这时候加热温度尽量低些，等到二氧化碳大部分出去后，再小心加热到回流态，这时溶液呈浅棕黄色。反应结束的标志是反应时间已到规定时间，有小量固体出现。反应结束后，再加热水，可能会出现整块固体，很不好压碎，干脆不要去压碎它（当然能搞碎是最好的），以免触碎反应瓶。等水汽蒸馏时，温度一高，它会溶解的。
5.除杂时氢氧化钠用量：水汽蒸馏后的残留液用氢氧化钠中和到碱性，使肉桂酸全部变成钠盐溶于水中，并加入热水，使钠盐全部溶解，滤掉不溶物。
6.所用仪器必须是干燥的（包括称取苯甲醛和乙酸酐的量筒）。。因乙酐遇水能水解成乙酸，无水CH3COOK，遇水失去催化作用，影响反应进行。
7.放久了的醋酐易潮解吸水成乙酸，故在实验前必须将乙酐重新蒸馏，否则会影响产率。
8.久置后的苯甲醛易自动氧化成苯甲酸，这不但影响产率而且苯甲酸混在产物中不易除净，影响产物的纯度，故苯甲醛使用前必须蒸馏。
9.无水醋酸钾，必须是新配制的，它的吸水性很强，操作要快。它的干燥程度对反应能否进行和产量的提高都有明显的影响。
10、加热回流，控制反应呈微沸状态，如果反应液激烈沸腾易使乙酸酐蒸气冷凝管送出影响产率。
11.在反应温度下长时间加热，肉桂酸脱成苯乙烯，进而生成苯乙烯低聚物。
12.反应物必须趁热倒出，否则易凝成块状。
13.中和时必须使溶液呈碱性，控制pH＝8较合适，不能用NaOH中和，否则会发生坎尼查罗反应。生成的苯甲酸难于分离出去，影响产物的质量。
14.本实验中，反应物苯甲醛和乙酐的反应活性都较小，反应速度慢，必须提高反应温度来加快反应速度。但反应温度又不宜太高，一方面由于乙酐和苯甲醛的沸点分别为140℃和178℃，温度太高会导致反应物的挥发，另外，温度太高，易引起脱羧、聚合等副反应，故反应温度一般控制在150-170℃左右。
15.实验中视具体情况，反应时间可以延长，并用TLC技术进行反应进程跟踪。
保温过程中要注意观察反应混合物的状况，若发现未变色或无固体析出时，可补加少量醋酐
16.进行酸化时要慢慢加入浓盐酸，一定不要加入太快，以免产品冲出烧杯造成产品损失。
17.肉桂酸要结晶彻底，进行冷过滤；不能用太多水洗涤产品。
18.除去苯甲醛。可不用水蒸气蒸馏，用萃取，但效果较差
19.苯甲醛沸点较高，体系中又有大量焦油，所以选择水蒸汽蒸馏装置回收未转化的苯甲醛。水蒸气蒸馏过的反应混合物有焦油和一些有色杂质，因此用活性炭脱色
20.肉桂酸在30%的乙醇中溶解度随温度变化明显，可以在30%乙醇中重结晶。使用有机溶剂对晶体进行重结晶，制备高温饱和溶液应在回流装置中进行（也可以在水中进行重结晶）。
21.为防止醋酸、肉桂酸等随水蒸汽蒸馏出来，在水蒸气蒸馏前，将反应混合物调到弱碱性。
22.刚果红变色范围3..0~5.2，由蓝变红

五、思考
1、反应中，如果使用与酸酐不同的羧酸盐，会得到两种不同的芳香丙烯酸，为什么？
答：酸性条件下，羧酸盐自身也能形成碳负离子，因而反应体系中存在两种不同的碳负离子。
2、若用苯甲醛与丙酸酐发生Perkin反应，其产物是什么？

3、具有什么结构的醛能进行Perkin反应？
无α－H的芳香醛及呋喃甲醛等
4、苯甲醛分别同丙二酸二乙酯，过量丙酮或乙醛相互作用应得到什么产物？从这些产物如何进一步制备肉桂酸。如下：
(a)

(b)

(c)

　　Perkin W反应特点：温度较高，使用催化剂碱性较高，产率有时不高，但优点是原料便宜。
　　合成呋喃苯烯酸（医治血吸虫病的药呋喃丙胺的合成原料）

　　香豆素的合成：

　　珀金法制肉桂酸具有原料易得、反应条件温和、分离简单、产率高、副反应少等优点，工业上也采用此法。为了有效地控制反应过程中的温度，温度计必须插入反应液中。由于蒸气温度高于130℃，用不通水的球形冷凝管代替空气冷凝管。
　　后处理中，水蒸气蒸馏是为了除去少量的油状物杂质，故采用在反应瓶中加入水，直接蒸馏方式。肉桂酸是生产冠心病药物“心可安”的重要中间体。其酯类衍生物是配制香精和食品香料的重要原料。它在农用塑料和感光树脂等精细化工产品的生产中也有着广泛的应用。

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