香豆素

香豆素的合成

一．实验目的

(1)了解香豆素的性质和用途；

(2)掌握珀金反应原理及其实验方法；

(3)巩固水蒸气蒸馏、重结晶等操作技术。

二．实验原理

香豆素（coumarin),学名邻羟基桂酸内酯，又称香豆内酯，分子

式为C9H602，相对分子质量146.15，其结构式为。香豆素是一种具有黑香豆浓重香味及巧克力气息的白色晶体或结晶粉末，味苦，能升华。熔点68〜701，沸点297〜299℃，不溶于冷水，溶于热水、乙醇、乙醚和氯仿。它是一种重要的香料，常用作定香剂，用于配制紫罗兰、薰衣草、兰花等香精，也用作饮料、食品、香烟、橡胶制品、塑料制品等的增香剂。在电镀工业中用作光亮剂。

香豆素存在于许多植物中，天然黑香豆中含有1.5%以上，工业上利用珀金反应原理来制备。芳香醛与脂肪酸酐在碱性催化剂作用下进行缩合，生成α、β-不饱和芳香酸的反应，称为铂金反应(Perkin Reaction ) 。香豆素是以水杨醛和醋酸酐作原料，在弱碱（如醋酸钠、叔胺等）催化下经铂金反应、酸化及环化脱水而制得：

反应中生成少量反式邻经基肉桂酸，不能进行内酯环化，而生成邻乙酰氧基肉桂酸副产物，反应式如下：

三．主要试剂和仪器

1.试剂

水杨醛4.2g（3.8ml，0.034mol）；醋酸酐10.8g（10ml，

0.104mol）；三乙胺3.0g(4ml,0.03mol);或无水醋酸钠3.0g

（0.036mol）；无水氯化钙、沸石、碳酸氢钠、稀FeCl3溶液、活性炭。

2.仪器

50ml圆底烧瓶、回流冷凝管（直行）、干燥管、250ml三口烧瓶、水汽发生装置、抽滤装置、电热套、75°弯管。接引管、烧杯、250ml锥形瓶。

四．实验步骤

1.回流反应

在50mL圆底烧瓶中，依次加入1.9mL水杨醛、2mL三乙胺及5mL醋酸酐，投入2粒沸石，配置回流冷凝管，冷凝管上连接氯化钙干燥管，将混合物加热回流2h

2.水蒸气蒸馏

回流结束后，将反应混合物趁热转入盛有40 mL水的250 mL 三口烧瓶中，用少量热水冲洗反应瓶，以使反应物全部转入三口烧瓶中。然后，进行水蒸气蒸馏，蒸除未反应完全的水杨醛。蒸馏至馏出液为清亮时，再蒸馏一段时间，间或取出馏液试样用几滴稀FeCl3溶液检验，直到无显色反应，蒸馏即到终点。

3.粗产品

水蒸气蒸馏结束后，待蒸馏烧瓶中的剩余物稍稍冷却，倒入烧杯，在充分搅拌下，慢慢加入碳酸氢钠粉末，直到溶液呈弱碱性 (pH8)将烧杯置入冰浴中使晶体析出。

如果无结晶析出，可投入一粒香豆素晶种或用玻璃棒在烧瓶壁上摩擦以诱使结晶析出。经过滤，用少许冷水洗涤，即得香豆素粗产品。

4.纯化

香豆素粗品可用水重结晶：lg粗品加200mL水，煮沸15min。稍冷，加入半匙活性炭，再煮沸3min，趁热过滤。将滤液转至烧杯中，投入1〜2粒沸石，加热沸煮直到溶液体积剩下约80mL为止。待溶液稍冷却后，将烧杯置入冰浴之中，使香豆素晶体充分析出，然后过滤，收集固体产品，干燥、称量、测熔点并计算产率。香豆素粗品也可用1:1的乙醇水溶液进行重结晶。记录香豆素的红外光谱，并与图2-4作比较，其核磁共振谱见图2-5。

图2-4香豆素的红外光谱图（研糊法)

图2-5 香豆素的核磁共振谱图

五．实验数据记录与处理

m醋酸酐=10.80g

m三乙胺=3.01g

m水杨醛=4.22g

反应开始时为浅黄色液体，随着反应的进行，颜色逐渐加深。

水蒸气蒸馏，加入40ml水后,蒸出乳白色液体共沸物，用三氯化铁检验馏出物，呈深紫色。补加15+30ml水。检验为很淡的紫色，说明水杨醛已经基本蒸出。

加入碳酸氢钠粉末，产生大量白色泡沫，调制弱碱性后成为淡黄色。冰浴后固体析出，过滤得淡黄色部分微褐的粗产品。

放置一周后粗产品变成了咖啡色

加入100ml水，活性炭脱色两遍后，颜色变淡一些，但还是黄色。

蒸至约40ml，冰浴没有晶体析出。继续蒸至约20ml，还是没有晶体析出。

六．实验讨论

实验产率主要影响因素：

1.催化剂

Perkin法是合成香豆素的经典方法，一般是水杨醛与醋酸酐在醋酸钠催化剂作用下发生反应制得香豆素。后改用醋酸与醋酸钠作为催化剂，可以很大提高收率，但反应周期长，操作麻烦。实验发现加入少量吡啶或三乙胺都可以提高产品的收率。【1】本实验采用三乙胺作为催化剂。

催化反应机理一般为，催化剂与醋酸酐反应形成参与加成反应的碳负离子，为了保证有足够的碳负离子形成催化剂应该比醋酸酐过量。

2.原料比

由反应历程看，每生成1分子香豆素，需要脱除2分子水(生成双键和内酯化)，其中1分子水和原料乙酸酐作用生成乙酸，因此乙酸酐的理论用量应为水杨醛的2倍左右一般情况下，为使水杨醛充分反应，乙酸酐应稍过量，故实际用量应该略多一些。【2】在反应初期，若乙酸酐量过少，过量的水杨醛会发生二聚副反应，生成二聚水杨醛而过多的乙酸酐，会导致生成水杨醛三乙酸酯的副反应加剧，从而使香豆素的收率下降【3】

3.反应温度

由于水杨醛的反应活性较低，乙酸酐是活性较弱的亚甲基化合物，故制备香豆素的铂金反应需要较高的反应温度和较长的反应时间。但反应温度太高，将会发生脱羧和消除反应生成烯烃。并可能发生氧化反应产生副产物。

分析本次实验：

得到粗产品约0.6g,但最终却没有得到最后的产品。

对于本次实验过程中，第一周的反应现象均与文献记载一致，但是对于放置一周后的颜色变化，没有找到相关的文献，反应中副产物的颜色都是白色、淡黄色甚至白色，并没有发现深颜色物质。其发生

的反应尚不明确。只有以下文献中有提到反应物料变为深红色及棕红色，有些接近。给出的解释为反应过程中的氧化副反应导致。

【2】

所以（1）反应的产率低可能是反应中产生的副产物多，及催化剂的选择有关。

（2）由于活性炭为大颗粒，脱色效果不好，所以脱色了两次，导致产物减少。

（3）蒸水时用的是敞口烧杯，而分子量小的香豆素具有挥发性，有可能随着水一同蒸出。

（4）另外香豆素的α-吡喃酮环具有α,β-不饱和内酯性质，在稀碱液中会逐渐水解生成顺邻羟桂皮酸的盐，而顺邻羟桂皮酸的盐不易游离存在，其盐的水溶液经酸化即闭环恢复成内酯。这个闭合过程极易发生，但香豆素如果和碱液长时间加热，水解产物顺邻羟桂皮酸衍生物则发生异构化，转变成反邻羟桂皮酸的盐，再经酸化也不再发生内酯花闭环反应。所以有可能调pH时加入过多的碳酸氢钠，而过滤的时候未洗涤干净，在碱液中存放时间过长，导致产物变质，产率降低。