摘要草酸催化合成4-甲基香豆素的方法研究专业：化学学号：201004014003姓名：余祥波指导老师：柯杨摘要本论文主要利用间苯二酚、乙酰乙酸乙酯为原料，在草酸的催化条件下合成4-甲基香豆素，探讨了反应温度、反应时间、反应原料配比等条件因素对实验产率的影响；结果显示：以间苯二酚和乙酰乙酸乙酯为原料，在草酸催化下，最佳反应温度为80℃，最佳反应时间为2h，最佳反应物配比为n间苯二酚:n乙酰乙酸乙酯=1:1.2；草酸催化下间苯二酚的转化率最高，苯酚次之，对硝基苯酚最低。
关键词：4-甲基香豆素草酸催化合成产率ABSTRACTMethyl coumarin method- 4oxalic acid catalyzedsynthesisThis paper mainly use resorcinol and ethyl acetoacetate as raw materials,synthesis of oxalic acid under catalytic conditions 4 - methyl coumarin methods research,Explored reaction temperature, reaction time, ratio of raw materials and other conditions the experimental yield Impact,The results showed that:resorcinol and ethyl acetoacetate as raw materials in the oxalic acid catalysis,the optimum reaction temperature is 80 ℃, the optimum reaction time was 2h,best molar ratio of resorcinol with ethyl acetoacetate of 1:1.2 ;Oxalic acid catalysis under conditions resorcinol highest conversion rate, followed by phenol, nitrophenol minimum.Keywords:4-methyl coumarin, Oxalic acid catalysis, Synthesis, Yield目录1 前言 (1)1.1 香豆素的应用 (1)1.2 国内外的研究现状 (1)1.3 实验的内容及意义 (1)2 实验内容及数据 (2)2.1 实验内容 (2)2.1.1 实验原理 (2)2.1.2 主要实验试剂及仪器 (2)2.1.3 4-甲基香豆素的合成方法 (2)2.2 实验步骤及数据 (2)2.2.1 温度对草酸催化合成的影响 (2)2.2.2 反应时间对草酸催化合成的影响 (3)2.2.3 反应物配比对草酸催化合成的影响 (3)2.2.4 酚类化合物合成香豆素类衍生物 (4)3 总结 (5)3.1 不同条件对反应结果的影响 (5)参考文献 (6)致谢 (7)1 前言1.1 香豆素的应用香豆素(coumarin)是广泛存在于高等植物中一类天然产物，具有明显的生理和生物活性，如抗肿瘤、抗真菌、抗氧化、抗HIV等[1]，同时也具有农药生物活性，如东莨菪素、蛇床子素[2]、滨蒿内酯和秦皮乙素[3]等天然香豆素对杂草和植物病原菌具有抑制作用，它还具有光学活性,可用于生产荧光增白剂、荧光分散染料和激光染料等，也可用作荧光指示剂[4]。
此外,还在生产香料、杀虫剂、食品和化妆品等方面也有广泛应用[5]。
因此,香豆素类化合物的合成一直是有机合成和药学领域的研究热点[6]。
它的抗病毒和抗癌等多种生物活性引起国内外化学工作者和药物工作者的关注。
1.2 国内外的研究现状继1883 年Pe ch m ann[7]首次报道了β-酮酯在浓硫酸存在条件下和酚类得到香豆素衍生物的合成以来,人们不断的寻求新的催化剂和新的方法，前后出现TiCl4[8]、固体酸,Sm(NO3)3•6H2O[9]、HClO4•SiO2[10]、ZrCl4[11]、InCl3[12]等新的方法，目前工业上制备4-甲基香豆素是以硫酸为催化剂，由间苯二酚与乙酰乙酸乙酯通过Pechmann缩合反应而得，但是这种方法腐蚀设备，三废污染严重。
近年来，环境友好型绿色催化剂，以其催化性能高、不腐蚀设备、不污染环境等优点得到更多的青睐。
1.3 实验的内容及意义本实验采用草酸催化合成4-甲基香豆素，分别探讨以间苯二酚为原料在草酸催化的条件下下与乙酰乙酸乙酯反应产率的影响，分别研究反应温度，反应时间及原料配比三方面对实验结果的影响。
还研究了不同结构的酚类在草酸催化下的收率。
本实验探讨了不同条件反应条件对合成4-甲基香豆素的影响，草酸作为新型环境友好型催化剂，不光有不腐蚀设备、不污染环境等优点，它还具备反应时间短、操作简单、原料便宜易得、条件容易达到等诸多优点。
2 实验内容及数据2.1 实验内容2.1.1 实验原理实验采用间苯二酚及乙酰乙酸乙酯为原料，在催化剂作用下反应，合成4甲基香豆素2.1.2 主要实验试剂及仪器主要仪器：圆底烧瓶（50ml）、球型冷凝管、水浴锅、抽滤机、重结晶装置。
试剂：草酸、乙酰乙酸乙酯、苯酚、间二苯酚、对硝基苯酚。
2.1.3 4-甲基香豆素的合成方法本实验采用间苯二酚和乙酰乙酸为原料，在草酸催化条件下反应两小时，自然冷却结晶，抽滤，用少量冷水洗涤，干燥，少量乙醇重结晶，干燥称量，测定产品熔点，确定其容程，对比标准数据，确定产品的纯度；4-甲基香豆素的熔点，83℃~84℃。
本实验采用草酸作为催化剂，草酸作为一种有机酸，首先不腐蚀仪器，对环境污染小，从经济角度考虑草酸制作成本较低，符合绿色催化剂的条件；其次，草酸作为催化剂反应原理简单，无溶剂为实验减少了很多工艺手续，反应时间相对于路易斯酸催化合成方法较短，最佳反应温度为80℃，容易控制。
2.2 实验步骤及数据2.2.1 温度对草酸催化合成的影响向编有号的3个圆底烧瓶中分别加入等量的间苯二酚20mmol、草酸2mmol、乙酰乙酸乙酯20mmol，加完后分别在70℃、75℃、80℃、85℃、90℃条件下反应2h，反应完毕后自然冷却结晶、抽滤、洗涤、干燥、用少量乙醇重结晶、干燥称量、测定熔点、计算产率，记录实验数据，分析在不同温度下苯酚的反应结果。
表1 温度对草酸催化合成的影响温度/℃70 75 80 85 90产率/% 69.8 74.8 77.1 76.5 71.3 根据表1实验数据，以间苯二酚为合成原料时，在70℃到80℃时，随着温度升高产量逐渐升高，80℃以后，随着温度的升高，到85℃，90℃产量有所下降，可以看出，在温度为80℃左右时，以间苯二酚为原料的产量最高，最适合反应，产率约为77.1%。
从上表可以看出随着温度的增加，产率也会随之增加，当反应温度超过一定温度后，产率会有所下降，说明反应温度过高会影响实验产率，温度过高，排除实验发生的副反应，还有可能使反应物、反应产物等发生碳化，从而改变产率。
2.2.2 反应时间对草酸催化合成的影响向编有号的3个圆底烧瓶中分别加入等量的间苯二酚20mmol、草酸2mmol、乙酰乙酸乙酯20mmol，加完后在80℃条件下分别反应1h、1.5h、2h、2.5h、3h 反应完毕后自然冷却结晶、抽滤、洗涤、干燥、用少量乙醇重结晶、干燥称量、测定熔点、计算产率，记录实验数据，分析反应时间对实验的影响。
根据实验数据作曲线图，观察产率随时间的变化。
1008060402000.51 1.52 2.53图1 反应产率随时间的变化根据图1数据分析，随着反应时间的增加，产率也随之增加，当达到2.5h 时最高，达到77.0%，然而，反应时间为2h时，产率为76.9%，与反应2.5h相比，产率增加不大，甚至略有下降，说明反应进行到2h时基本反应完全，为最佳反应时间。
从上图看出，同一温度下，随着时间的增加，产率也会随之增加，但是当达到一定产率后不会增加，说明反应基本完全，但是可以看见略有下降，说明随着反应时间的增加，发生副反应占的比例也就越大，另外产物随着时间的增加，也会发生氧化，发生碳化。
2.2.3 反应物配比对草酸催化合成的影响向编有号的3个圆底烧瓶中加入间苯二酚与乙酰乙酸乙酯物质的量比分别为1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4。
在80℃条件下反应2h，反应完毕后自然冷却结晶、抽滤、洗涤、干燥、用少量乙醇重结晶、干燥称量、测定熔点、计算产率，记录实验数据，分析在反应物不同配比下对实验结果的影响。
表2 反应物配比对草酸催化合成的影响n间苯二酚:n乙1:1 1:1.1 1:1.2 1:1.3 1:1.4酰乙酸乙酯产率/% 76.8 77.1 77.2 77.2 77.2 根据表3数据分析得出，间苯二酚与乙酰乙酸乙酯的配比对反应结果影响不大，配比为1:1.2时产率为77.2%，达到最高，随后，当达到1:1.3、1:1.4时，产率变化不大，从数据看出，当反应配比为1:1.2时产率最高，不过反应物配比对实验结果影响不大，五总反应物配比对应的产率都接近77.0%。
实验原理是1:1反应，但是当乙酰乙酸乙酯的量增多时，影响反应平衡，产率也会随之增加，但当怎加到一定程度到达新的平衡，产率就会随之稳定，变化不大。
2.2.4 酚类化合物合成香豆素类衍生物向编有号的3个圆底烧瓶中分别加入苯酚20mmol，间苯二酚20mmol，对硝基苯酚20mmol，再加入草酸2mmol，乙酰乙酸乙酯20mmol，加完后在合适条件下反应2h，反应完毕后自然冷却结晶、抽滤、洗涤、干燥、用少量乙醇重结晶、干燥称量、测定熔点、计算产率，记录实验数据，草酸催化对不同结构的酚类合成的影响。
表3 酚类化合物合成香豆素类衍生物反应物苯酚间苯二酚对硝基苯酚产率/% 51.8 77.0 32.9从表3数据可以看出，在草酸催化条件下合成香豆素衍生物时，间苯二酚最容易转化，产率高达77.0%，苯酚次之，产率为51.8%，对硝基苯酚转化率最低，仅为32.9%，从数据看出，在草酸催化条件下，间苯二酚最容易反应，产率最高。
3 总结3.1 不同条件对反应结果的影响从实验数据可以看出，当达到实验反应最佳温度时，产率会随着温度的增加不断升高，当超过最佳温度时，少量反应物,实验产物会因为温度高被氧化，从而影响产率。
从实验结果得出反应的最佳温度为80℃。
反应时间对实验结果的影响，随着时间的增加，产率也会随着增加，但是当反应时间过长，产率不会增加，反而略有下降，因为反应基本进行完全后，很难再发生反应，但是因为不断加热，可能使生成物发生碳化，从图1可以看出，反应的最佳时间为2h，不宜超过最佳反应时间。