苯甲醛安息香缩合反应催化合成苯偶姻新方法_陈益民
第39卷第6期2009年12月
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精细化工中间体
FINECHEMICALINTERMEDIATES
Vol.39No.6December2009
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功能材料
苯甲醛安息香缩合反应催化合成苯偶姻新方法
陈益民，银董红*，周摘
全，谭
蓉，喻宁亚
（湖南师范大学精细催化合成研究所，湖南长沙410081）
要：制备了不同取代基的噻唑盐催化剂，研究了噻唑盐催化苯甲醛合成苯偶姻的安息香缩合反应，考察了噻唑盐取代基、催化剂用量、反应温度及反应时间对苯甲醛安息香缩合反应的影响规律。结果表明，以3-乙基-4-甲基-5-羟乙基噻唑溴盐为催化剂，噻唑盐用量为1.5%（以苯甲醛计，n／n，在反应温度为
100℃，反应时间为6h时，苯偶姻收率达72.5%，且反应过程中不需添加任何有机溶剂，具有环境友好
的特点。
关键词：苯甲醛；安息香缩合；噻唑盐；催化；苯偶姻中图分类号：O621.25
文献标识码：A
文章编号：1009-9212（2009）06-0057-04
ANovelSynthesisofBenzoinCatalyzedbyThiazoliumSalts
CHENYi-min，YINDong-hong*，ZHOUQuan，TANRong，YUNing-ya
（InsitituteofFineCatalysisandSynthesis，HunanNormalUniversity，Changsha410081，China）
Abstract：Anovelmethodforsynthesisofbenzoinwasachievedbythecondensationofbenzaldehydeinthepresenceofvariousthiazoliumsaltsasthecatalysts.Theeffectsofvarioussubstitutedgroupsbearingonthethiazoliumsalts，thedifferentamountofcatalyst，thereactiontemperatureandthereactiontimeonthebenzoincondensationofbenzaldehydewereinvestigated.Resultsshowed3-ethyl-5-（2-hydroxyethyl）-4-methylthiazoliumbromidebethebestcatalyst.Benzoincouldbeobtainedin72.5%yieldwhenthemolarratioofthiazoliumsalttobenzaldehydewas1.5%andthereactionwasperformedat100℃for6h.Furthermore，thebenzoincondensationwasenvironment-friendly，withoutuseofanyvolatileorganicsolvent.
Keywords：benzaldehyde；benzoincondensation；thiazoliumsalts；catalysis；benzoin1
前
言
负离子（CN-）促使两分子苯甲醛缩合反应，效果好，收率高，但是氰化物有剧毒，环境污染严重，不适合工业生产。自从1943年Vgai等［2］研究发现可以利用维生素B1（硫胺素）催化苯甲醛的安息香缩合反应合成苯偶姻以来，这种方法成为本领域的研究热点，用维生素B1代替含CN-化合物作为安息香缩合反应的催化剂，可以解决用氰化物带来的环境污染问题，但是研究发现用维生素B1催化合成苯偶姻收率很低。虽然人们不断改进工艺，但是收率均低于60%［3～6］，而且催化剂用量大。维生素
苯偶姻，化学名为1，2—二苯基羟乙酮，是一种白色针状晶体，是一种重要的化工原料，广泛用作感光性树脂的光敏剂、染料中间体和粉末涂料的防缩孔剂，也是一种重要的药物合成中间体，如抗癫痫药物二苯基乙内酰脲的合成以及二苯基乙二酮、二苯基乙二酮肟、乙酸安息香类化合物的制备等。苯偶姻通常是通过苯甲醛的自身偶姻缩合（俗称安息香缩合）制备，传统苯甲醛的安息香缩合是用氰化钠或氰化钾作催化剂，在碱性条件下，氰
基金项目：长沙市科技计划重点项目（长财企指［2008］31）。
［1］
作者简介：陈益民（1983-），男，湖南岳阳人，硕士，研究方向：有机催化。联系人：银董红，教授。收稿日期：2009－11－13
（E-mail：[email protected]）
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58精细化工中间体第39卷
B1不溶于苯甲醛和水，反应过程需添加有机溶剂，
操作过程较为复杂。最近有人用咪唑型离子液体催化苯甲醛的安息香缩合反应［7］，收率最高可达到
试剂：苯甲醛（>98%，天津市大茂化学试剂厂）、4-甲基-5-羟乙基噻唑（99%，滕州市悟通香料有限责任公司）；异丙醇、乙腈、乙醚（AR，天津大茂化学试剂厂）、溴乙烷、溴代正丙烷、碘代正丁烷、异丙基溴、苄基溴（AR，国药集团化学试剂有限公司）。
87%，为苯偶姻的制备开辟了新的途径。虽然离子
液体具有无挥发性、热稳定性高的特点，但是反应过程中不可避免需使用有机溶剂，催化剂用量大，而且反应时间长。因此，研究开发一种催化效果好、反应不需添加任何有机溶剂的催化剂，以实现苯偶姻工业化生产。
2.3噻唑盐催化剂的制备
3-烷基-4-甲基-5-羟乙基噻唑溴盐参照文
献［11］合成：在100mL圆底烧瓶中依次加入20mL乙腈，0.05mol4-甲基-5-羟乙基噻唑和0.05mol溴代烷烃，80℃条件下回流24h，冷却至室温，除去溶剂，得到粘稠状液体，用异丙醇和乙醚结晶后，过滤，用无水乙醚洗涤，得到白色晶体，再用无水乙醇重结晶，过滤，真空干燥得到不同取代基的噻唑盐（a～e）。
1958年Breslow［8］提出了安息香缩合的机理后，
人们发现噻唑盐具有和维生素B1相似的活性基团。
Davis［9］首次使用类似噻唑盐催化苯甲醛的安息香缩
合反应，以甲苯做溶剂，苯偶姻收率可达80%，但是该噻唑盐对反应条件要求苛刻，且在空气中难以稳定［10］。笔者制备了一系列噻唑环上连接不同取代基的噻唑盐催化剂，通过对噻唑盐的噻唑环上取代基进行了比较和优化，发现噻唑盐催化剂上氮原子的取代基对苯甲醛安息香缩合反应合成苯偶姻具有显著的影响，以3-乙基-4-甲基-5-羟乙基噻唑溴盐为催化剂，无需添加任何有机溶剂，苯偶姻分离收率可达72.5%。该工艺不仅绿色环保，且噻唑盐成本低，具有较好的工业应用前景。
2.4噻唑盐催化苯甲醛安息香缩合制备苯偶姻在反应釜中按比例加入一定量的苯甲醛和噻唑
盐，用2mol／L的氢氧化钠溶液调反应体系的pH值为8～10。在指定温度下反应，反应结束后，冷却析晶，抽滤，用冰无水乙醇洗涤，真空干燥，得到白色针状晶体。
2.5产物表征
由实验方法合成获得的苯偶姻红外光谱图分
22.1
实验部分反应原理
噻唑盐催化苯甲醛合成苯偶姻合成路线如下。
析可知，产物在1685cm-1处是羰基伸缩振动峰，3375cm-1处的强宽峰是羟基伸缩振动峰，而在1443cm-1、1493cm-1、1582cm-1处的峰是苯环的骨架伸缩振动峰，这些都是产物苯偶姻的特征吸收峰，与文献［14］值一致，用气相色谱-质谱联用仪分析产物得到的质谱数据为m／Z：212、107、
105、77，与GC-MS图谱库标准质谱一致，匹配
度在96%以上，产品的纯度为97％，此外，熔点仪测定合成的苯偶姻熔点为133~135℃，与文献［15］值相同，因此，采用笔者方法合成的苯偶姻结构得到了确证。
2.2仪器和试剂
仪器：恒温磁力加热搅拌反应釜（江苏省镇江
33.1
结果与讨论
不同噻唑盐对催化苯甲醛安息香缩合的影响表1为噻唑盐催化剂上氮原子不同取代基对苯
市丹徒环球机电配件厂）、SHB-Ⅲ循环式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）、NicoletAVATAR-
370红外光谱仪（分辨率为4cm-1，溴化钾压片，ThermoNicolet公司）、CS101-E气相色谱-质谱联
用仪（美国安捷伦科技有限公司）、YRT-3熔点仪（苏州市莱顿科学仪器有限公司）。
甲醛安息香缩合反应合成苯偶姻的反应结果。在反应温度100℃、反应时间4h、噻唑盐催化剂用量
1%（以苯甲醛计，n／n，下同）时，考察了不同取代基
噻唑盐对苯甲醛安息香缩合反应的影响。
第6期陈益民，等：苯甲醛安息香缩合反应催化合成苯偶姻新方法59
表1不同噻唑盐对催化苯偶姻缩合的影响
3.3反应时间对安息香缩合反应的影响
以1%3-乙基-4-甲基-5-羟乙基噻唑溴盐为
Table1Theeffectofdifferentthiazoliumsaltsontheyieldofbenzoin
催化剂噻唑环N上原子的R取代基苯偶姻收率／%
催化剂，反应温度100℃，考察不同反应时间对苯偶姻缩合反应的影响，见图2。
abcde
-CH2CH3-CH2CH2CH3-CH2CH2CH2CH3
-CH（CH3）2-CH2C6H5
58.742.534.630.225.1
结果表明，当催化剂噻唑环氮原子上取代基依次为乙基、丙基、丁基、异丙基和苄基时，随着取代基链长度和体积的增大，苯偶姻的收率逐渐降低。相同反应条件下，以3-乙基-4-甲基-5-羟乙基噻唑溴盐为催化剂催化苯甲醛安息香缩合反应，苯偶姻的收率最高；而当噻唑环氮原子上取代基为体积较大的苄基时，苯偶姻的收率最低为25.1%。从反应机理上推断［8，12］，这主要是由于噻唑环氮原子上取代基的空间位阻效应对反应所产生的影响。
图
2
反应时间对苯偶姻缩合反应的影响
Fig.2Theeffectofreactiontimeonbenzoincondensation
结果表明，随着反应时间从2h延长至6h，苯偶姻的收率从29.8%增加到63.6%。继续延长反应时间，收率没有明显提高。
3.2反应温度对安息香缩合反应的影响
以1%的3-乙基-4-甲基-5-羟乙基噻唑溴盐
3.4催化剂用量对催化苯甲醛安息香缩合反应的
影响
以3-乙基-4-甲基-5-羟乙基噻唑溴盐为催化剂，反应温度100℃、反应时间6h时，考察不同的催化剂用量对苯甲醛安息香缩合反应的影响（见表2）。结果表明，苯偶姻的收率随着催化剂用量增加而增加，催化剂的量增加到1.5%（n／n）时，苯偶姻的收率达72.5%，继续增加催化剂的用量反而引起苯偶姻收率下降，可能是由于过量的噻唑盐与苯甲醛形成其它中间体使反应副产物增加，导致苯偶姻收率下降［13］。因此，选择噻唑盐的适宜用量为
为催化剂，考察了不同反应温度对苯偶姻缩合反应的影响，结果如图1。
1.5%。
表2催化剂的用量对催化偶姻缩合反应的影响
图
1
反应温度对苯甲醛安息香缩合反应的影响
Table2
序号
Theeffectofcatalystcontentonbenzoincondensation
催化剂用量／%
苯偶姻收率／%
Fig.1Theeffectofreactiontemperatureonbenzoincondensation
10.51.01.52.0
32.463.672.570.3
结果表明，在3-乙基-4-甲基-5-羟乙基噻唑溴盐存在的反应体系中，苯甲醛在60℃时没有发生安息香缩合反应。随着反应温度升高，苯偶姻的收率明显提高。当反应温度为100℃时，苯偶姻的收率最高，达到58.3%。进一步升高温度，苯偶姻的收率反而降低，可能是由于噻唑盐在高温时发生了开环反应［11］。因此，选择反应温度100℃为适宜反应温度。
234
3.5噻唑盐催化苯甲醛安息香缩合反应的可能反应
机理
根据氰化物中CN-催化苯甲醛的安息香缩合反应机理［16］，推断了噻唑盐催化苯甲醛的安息香缩合反应机理。
60精细化工中间体第39卷
Reaction，1948，4：269.［2］
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在噻唑盐催化苯甲醛的安息香缩合反应过程中，噻唑盐的C-2位上的C-H具有一定的酸性，在pH值在8~10的碱性条件下很易失去这一质子生成碳负离子，必须控制好反应体系的pH值。碱性太弱不易脱去其氢，碱性过强噻唑会开环失去活性［8］。温度对噻唑盐的稳定性也有较大的影响。碳负离子与苯甲醛的C=O发生亲核加成反应，生成中间体，噻唑盐氮原子上的取代基的空间位阻效应是这一步是否顺利进行的关键因素，较小的取代基更易形成稳定的中间体，中间体在噻唑环的作用下失去原来醛基的质子生成中间体
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，的碳负离子可与噻唑环形成p-π共轭体系而
更加稳定，中间体再与另一分子的苯甲醛发生羰基加成反应，生成中间体，这一步决定着安息香缩合反应的速率，中间体不稳定，容易分解而生成苯偶姻和中间体，从而实现噻唑盐在苯甲醛的安息香缩合反应过程中的催化循环。
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4结论
以噻唑盐为催化剂，通过苯甲醛的安息香缩合制备苯偶姻。该方法催化剂制备简单，用量少，反应过程中无需有机溶剂，通过对噻唑盐催化剂上氮原子的取代基的比较，以3-乙基-4-甲基-5羟乙基噻唑溴盐为适宜催化剂，在催化剂的用量为
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