紫罗兰酮的全合成及表征

紫罗兰酮的全合成及表征
一、实验原理
从柠檬醛合成假性紫罗兰酮, 再合成紫罗兰酮的主要工艺如下
由于丙酮易得，故用丙酮制备更为实际。

柠橡醛与丙酮的反应, 环合生成紫罗兰酮的工作，方程式为：
+O
O
+
O
O
紫罗兰酮的合成分两步进行： (1) 柠檬醛（山苍子油的主要成分）在碱性条件下与丙酮缩合，生成中间体假紫罗兰酮； (2) 假紫罗兰酮在酸催化剂作用下环化合成紫罗兰酮。

其中 (1) 第一步碱浓度对反应有影响（将在第四部分影响因素中再做详细讨论）。

(2) 第二步环化过程中，酸不同可控制环化选择性。

；如用硫酸环化，则β-紫罗兰酮为主要产物；当使用Lewis 酸如三氟化硼乙醚时，主要得到γ
-紫罗兰酮。

CHO
O
citral
pseudoionones
H 2SO 4α-ionone β-ionone γ-ionone
二、实验步骤
1. 缩合反应
原料配比(质量比) : m (98%柠檬醛) : m (95%丙酮) : m (1. 5%NaOH) = 1: 2 : 2
将34. 693 g 柠檬醛及80 g 丙酮和80 g 1. 5%的NaOH 水溶液加入三口烧瓶中强烈搅拌升温至50℃保持2 h ；
再升温至60 ℃保持
3 h ；
稍冷后转入分液漏斗中静止30 min ，分去下层丙酮碱水； 上层加入10%醋酸摇匀（用刚果红试纸测试呈酸性），静止分层； 上层转入克氏蒸馏瓶，油浴加热蒸去丙酮后用直接水蒸汽蒸粗的假性紫罗兰酮，使流出物中有油珠停止，再减压分馏，收集124～144 ℃/799. 932 Pa 的产品。

2. 环化反应
原料配比(质量比) : m (假性紫罗兰酮) : m(62%H 2SO 4 ): m (苯) = 1: 1. 5: 1. 23
将22. 5 g 62 % H 2 SO 4置于三口烧瓶内，加入18. 45 g 苯，混合后冷却至20 ℃左右慢慢加入15 g 假性紫罗兰酮，控制温度不超过20 ℃。

加完继续搅拌30 min ，温度自然上升至36 ℃，维持30 min ； 迅速加入10 g 碎冰块，转入分液漏斗，冰溶解后分成上下两层； 上层油液用水洗，下层用25 mL 苯萃取后并入上层，用10%纯碱中和至碱性（pH8～9），再用10%醋酸中和至微酸性（pH5～6）。

转入克氏蒸馏瓶用油浴蒸出溶剂，再真空分馏收集120～124℃/ 1. 333 kPa 的产品。

总收率文献值为55.9%。

三、实验机理
实验中涉及的羟醛缩合机理，均以以下步骤来表示：
C R
O CH 3H
R CH 2OH
CH 2
C
CH 3
O
+H
脱水
R
CH
CH
C
CH 3O
关环反应的实验机理为：
O
O
+
A
O
+
O
O
O
++
四、仪器与药品
仪器：三口烧瓶、搅拌器、温度计、水蒸汽发生器、烧杯、直流冷凝器、回流冷凝器、蒸馏瓶、克氏蒸馏瓶、分液漏斗、真空泵、水银压力计、多头接液管、油浴锅、水浴锅、电炉、调压变压器、2W 型阿贝折光仪。

药品：含98%的柠檬醛、丙酮(CP)、NaOH (CP)、冰醋酸(CP)、硫酸(CP)、苯(CP)、纯碱(CP)、冰块、刚果红试纸、万用试纸。

五、影响因素
1. 丙酮用量对产率的影响
当柠檬醛与碱液的用量为定量时，丙酮用量在某一值以下，假性紫罗兰酮的产率随丙酮的用量增加而提高。

当用量高于某一值以后，随着丙酮用量的增加收率反而下降。

可能是丙酮自身的醇醛缩合所造成收率的下降。

文献中该值为60g 。

2. 柠檬醛用量对产率的影响
当丙酮与碱液的用量为定量时，柠檬醛用量在某一值以下，假性紫罗兰酮的产率随柠檬醛用量的增加而提高。

当用量高于某一值以后，随着柠檬醛用量的增加产率反而下降。

可能是柠檬醛自身的缩合、柠檬醛在碱的影响下水解、两个柠檬醛和一个分子丙醛缩合所造成收率的下降。

文献中，该值为28g 。

显然，丙酮与柠檬醛的反应配料比对产率的影响很大。

3. 缩合时间的变化对产率的影响
当配料参数为定量，缩合时间为变量时，随着缩合时间的延长，产率反而降低。

可能是深度反应后副产物增多，影响主产物的产率，造成产率下降。

4. 溶剂苯用量对产率的影响
查阅文献可知，该实验中溶剂苯应有一个最适用量。

其他条件不变时，在最适用量下反应的产率最高。

以上述反应物用量为例，文献中苯的最适用量应为18.45g 。

可能的原因是溶剂量过少时对反应物的溶解不利，造成反应速率缓慢，而且溶剂量过少可能使反应物浓度过高，发生副反应。

如果溶解量过多，则会使反应物浓度过稀，同样使反应速率变慢，而且由于反应存在化学平衡，会使反应物转化率下降。

5. 催化剂H 2 SO 4用量对产率的影响
催化剂H 2 SO 4对紫罗兰酮的产率影响较大。

在这里直接引用文献当中的说法：当催化剂62 % H 2 SO 4的量达到30g 时产率为最高。

继续加量至45g 。

产率没有很大变化，稍呈下降。

根据α-紫罗兰酮和β-紫罗兰酮折光率，也可知在强酸性介质中，假性紫罗兰酮环化后易形成β-紫罗兰酮。

据资料介绍，硫酸的浓度若不是62%，则用量应相应改变，否则将影响产品的组成。

6. 环化温度对产率的影响
环化温度对产率的影响是比较明显的。

当环化温度在10度时产率低，即温度偏低，反应不完全。

到40度时产率也低，可能是因为反应温度过高，反应物与生成物发生了聚合反应，致使反应中生成的聚合物大大增加，从而导致了收率的降低。

最适宜的温度范围是在20到30度之间，得到的紫罗兰酮产率较高。

六、其他合成方法
参阅文献，我们发现了其他的几种合成方法，其中不乏较好的方法，如下：
CHO
O
+
O
CHO
+CH 3COCH 3
Cu 2Cl 2
O
其中，A 方法即本实验所用方法。

方法B ：由α-紫罗兰酮或γ-紫罗兰酮在氯化亚铜催化下经重排反应制备。

方法C ：以β-环柠檬醛为原料与丙酮缩合制备。

研究发现，α-环柠檬醛与丙酮缩合产物主要不是预期的α-紫罗兰酮，而是β-紫罗兰酮，由此产生一种新的合成方法：
O CHO
文献中所给的步骤如下，在此直接引用：
1、α-环柠檬醛的制备
将45．6 g(0．3 mol)柠檬醛用45 IIIL二氯乙烷稀释加入250 mL四口瓶中，水浴保温，室温搅拌下缓慢滴加在30 mL溶有30．0 g苯胺的二氯乙烷溶液。

滴加完毕，再搅拌0.5 h，薄层跟踪反应完毕(乙酸乙酯：石油醚=l：3)。

将反应混合液用8 g无水硫酸钠干燥，所得柠檬醛亚胺的二氯乙烷溶液可直接用于环化反应。

500 mL四口瓶中加入120 mL 98％的浓硫酸和140 mL二氯乙烷混合搅拌，冷浴冷却至-20至-25℃，在剧烈搅拌下，将上面制得的亚胺溶液缓慢滴入其中，温度控制在一20℃左右，约l h加完，滴毕继续搅拌反应20 min。

1000 mL烧杯中放250 g碎冰，在搅拌下，将上述环化反应液缓慢加入，加完后搅拌至粘稠物消失，然后缓慢升温至30℃左右搅拌0.5 h，分层，有机相水洗，无水硫酸钠干燥，回收溶剂，残留物减压蒸馏，收集53~58℃／l mmHg馏分39．6 g，为无色透明液体，气相含量97．1％，收率87％。

2、缩合反应制备β-紫罗兰酮
在500 mL四口瓶中，加环柠檬醛30．4 g(0．2 m01)和250 g丙酮，再加入5％的氢氧化钠水溶液3 mL，氮气保护下于45℃搅拌反应。

约6 h后气相色谱跟踪至原料基本消失，加入l mL乙酸，常压回收丙酮后油泵减压精馏收集85—89℃／l nmHg馏分，得产品29．4 g(气相含量93．5％)，收率71．6％
从总收率来看，总收率为87％×71．6％=62.3%，较之前的方法高。

该反应的机理即由于孤立双键较共轭双键能量高，热力学稳定性差，所以反应过程中会自动发生孤立双键转化为共轭双键的反应。

该过程可能历经两种途径：
CHO
-
CH
3COCH
3
O
我们认为，该路线产率高的原因有以下两点：①关环反应由于过程中，由于空间位阻小，所以反应更加容易进行；②羟醛缩合过程中由于双键上电正性的碳在环内，相对更加不容易被进攻，所以在醛基本身进行反应的几率更大。

七、参考文献
1、王小梅，李谦和；假紫罗兰酮环化合成紫罗兰酮催化剂研究进展；合成化学2002,10(6)
2、潘士印，王立新，蔡泽贵，杜振军；紫罗兰酮及类似化合物的合成；化学研究与应用2006,18(5)
3、吴琴芬，刘燕燕，祝志武，王瑜；紫罗兰酮的合成研究；南昌大学学报•工科版第28卷第3期，2006年9月
4、张悠金，鲁传华；紫罗兰酮的合成；安徽大学学报•自然科学版No.3,1994
5、沈润溥，胡四平；由α-环柠檬醛直接缩合制备夕一紫罗兰酮的研究；高校化学工程学报第25卷第3期, 2011年6月。