香豆素-3-羧酸的制备一．基本性质1.结构式：2.英文名：Coumarin-3-carboxylic acid别名：2-Oxo-2H-1-benzopyran-3-carboxylic acid3.分子式C10H6O44.分子量190.155.物理性质香豆素为无色或白色结晶或晶体粉末，有类似香草精的愉快香味。
存在于零陵香豆、薰衣草油等中。
难溶于冷水，能溶于沸水，易溶于甲醇、乙醇、乙醚、氯仿、石油醚、油类。
有挥发性，能随水蒸气蒸馏并能升华。
熔点190-193°C(分解），水溶性13 g/L (37°C)。
荧光是香豆素一个特有的物理性质，在紫外光下，常显蓝色荧光。
通过荧光人们很易辨认出它们的存在。
在C-7位引入羟基后，可使荧光加强，即使在可见光下，也能观察到荧光。
6.化学性质香豆素在热稀碱液中加热时，其内酯环可缓慢水解开裂，生成顺式邻羟基肉桂酸盐而溶解成一黄色溶液。
若酸化，生成的顺式邻羟基肉桂酸极不稳定，再环化可重新生成香豆素；若长时间放置在碱液中，则顺式盐转化为反式邻羟基肉桂酸，此时再酸化，得到稳定的反式邻羟基肉桂酸，不会再发生内酯化。
香豆素硝化、磺化和发生傅-克反应都在C-6位上进行；氯甲基化发生在C-3位上；Michael加成则发生在C-4位上。
室温下香豆素与溴的四氯化碳溶液作用，可得到在C-3和C-4双键上加成生成的二溴化物。
在钯碳催化下，该双键亦可加氢。
二．背景1.天然来源香豆素最早由V ogel于1820年从圭亚那的零陵香豆，即黄香草木犀（Melilotus officinalis）中获得。
香豆素的英文名称“Coumarin”源于零陵香豆的加勒比词“coumarou”。
香豆素天然产物广泛存在于芸香科、伞形科、菊科、豆科、瑞香科、茄科等高等植物以及动物及微生物代谢产物中。
迄今,已从自然界生物中分离鉴定的香豆素(I,coumarin,2H-1-benzopran-2-one,苯并(-吡喃酮或1,2-苯并(-吡喃酮)化合物超过1 300种。
2.人工合成方法Knoevenagel缩合法Knoevenagel缩合法为香豆素-3-羧酸乙酯的传统合成方法。
该方法以水杨醛和丙二酸二乙酯为初始原料,六氢吡啶为催化剂,反应生成香豆素-3-羧酸乙酯,但该方法采用有毒物质六氢吡啶做催化剂,产率比较低,副产物较多,因此该方法只能应用于实验室合成,近年来研究者为了改进工艺做了大量工作。
刘秀娟等在此基础上对方法进行了改进,缩短了反应时间、提高了产率,但仍然使用六氢吡啶做催化剂。
此后罗志臣等采用金属钠作为催化剂合成了香豆素-3-羧酸乙酯,不但避免了有毒物质六氢吡啶的使用而且产率得到提高。
香豆素的合成关键是形成吡喃酮环。
吡喃酮环的经典合成反应主要是Perkin反应和Pechmann反应。
香豆素-3-羧酸的具体合成方法较多，列举如下两种：A．以金属钠与乙醇作用生成的乙醇钠为催化剂合成了香豆素-羧酸乙酯，再经皂化、酸解环合合成香豆素-3-羧酸。
考察了各反应条件对香豆素-3-羧酸收率的影响。
确定了最佳工艺条件为：n（水杨醛）：n（丙二酸二乙酯）=1：1．25，金属钠用量0．25g、无水乙醇20mL（均对4．0g水杨醛），反应时间120min，香豆素-3-羧酸的收率达到90％以上。
B．在无水乙醇中，以二乙胺为催化剂，通过水杨醛与丙二酸二乙酯的Knoevenagel缩合反应合成了香豆素-3-羧酸乙酯，再经水解、酸化得到香豆索-3-羧酸。
对影响香豆素-3-羧酸乙酯收率的原料配比、催化剂的用量进行了研究。
所得最佳合成条件为：水杨醛与丙二酸二乙酯物质的量比1：1．2，二乙胺与水杨醛物质的量比为1：4，反应时间2h，在最佳工艺条件下。
香豆素-3-羧酸乙酯的收率85％，香豆素-3-羧酸的收率95％。
C．以水杨醛和丙二酸二乙酯为原料,六氢吡啶为催化剂,超声波辐射下合成了香豆素-3-羧酸乙酯,其结构经IR和元素分析表征。
考察了超声波辐射时间和辐射功率对反应的影响。
结果表明,在450 W辐射反应25 min,水杨醛4.0 g(0.033 mol),n(水杨醛):n(丙二酸二乙酯)=1∶1.20,六氢吡啶0.25 mL的条件下,香豆素-3-羧酸乙酯的收率达到91%以上。
3.应用作为一种重要的化工产品,香豆素具有抗艾滋病,抗肿瘤,抗微生物,降压,抗辐射等多方面的生物活性。
同时在香料工业中用途也十分广泛。
常用作定香剂,用于紫罗兰、素心兰、葵花、兰花等香型的日用化妆品及香皂中,也用作饮料、食品、香烟、橡胶制品、塑料制品等的加香剂。
香豆素类化合物是一类重要的有生物活性的天然产物。
4.意义香豆素类化合物是一类重要的有生物活性的天然产物,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。
香豆素-3-羧酸的制备能都广泛应用医药等工业，具有优越的发展前景。
三．实验室制备1.实验目的A．学习利用knoevenagel反应制备香豆素的原理和试验方法；B．了解酯水解法制备羧酸；C．掌握回流和无水操作、结晶、洗涤、重结晶等基本操作；学习IR 测定和分析。
2.实验原理反应式：3.试剂与仪器装置试剂：水杨醛10.5ml(0.1mol)，丙二酸乙二乙酯21.1mL (0.14mol)，无水乙醇，0.8mL 六氢吡啶，冰醋酸，95％乙醇，8g 氢氧化钠，浓盐酸，无水氯化钙。
仪器装置：分液漏斗(500ml)、恒压滴液漏斗、布氏漏斗（φ8）、电动搅拌器、旋转蒸发仪、水浴锅、电热干燥箱、三口烧瓶（250ml ）、球形冷凝管、干燥管、玻璃水泵、温度计（0℃~300℃）、烧杯（500ml ）、量筒（100ml ）、滴液漏斗（60ml ）、电子天平4.主要原料及产物物性六 氢 吡啶 ¤ H O H O O O O E t O E t O O E t O O H 2 O C H 3 C H 2 O H O O E t O O O OK O OH C lO O H O OA．水杨醛：(1) 溶解性: 微溶于水，溶于乙醇、乙醚。
(2) 健康危害: 本品对呼吸道有刺激性，吸入后引起咳嗽、胸痛。
对眼和皮肤有刺激性。
(3) 主要用途: 用作分析试剂、医药、染料、香料、食品添加剂及用于有机合成。
B．丙二酸二乙酯:(1) 溶解性：不溶于水，溶于乙醇、乙醚、三氯丙烷、苯。
(2) 健康危害：本品对眼睛、皮肤、粘膜有刺激作用。
(3) 主要用途：用于有机合成, 也是染料、香料的中间体, 并作为医药的原料。
C．香豆素－3－甲酸：香豆素具有甜味且有香茅草的香气，是重要的香料，常用作定香剂，可用于配制香水、花露水香精等，也可用于一些橡胶制品和塑料制品，其衍生物还可用作农药、杀鼠剂、医药等。
5.操作步骤A．香豆素-3-缩酸酯（1）在25mL圆底烧瓶中依次加入1mL水杨醛、1.2mL丙二酸二乙酯、5mL无水乙醇和0.1mL六氢吡啶及一滴冰醋酸。
（2）在无水条件下搅拌回流1.5h，待反应物稍冷后拿掉干燥管。
（3）从冷凝管顶端加入约6mL冷水，待结晶析出后抽滤并用1mL 被冰水冷却过的50%乙醇洗两次，可得粗品香豆素-3-缩酸酯。
B．香豆素-3-缩酸（1）在25mL圆底烧瓶中加入步骤A所制得的香豆素-3-羧酸乙酯、0.9012g氢氧化钾、6mL乙醇和3mL水，加热回流约15min。
（2）趁热将反应产物倒入30ml浓盐酸和15g碎冰块的混合物中，立即有白色晶体析出。
（3）冰浴冷却后过滤，用少量冰水洗涤，干燥后的粗品，可用水重结晶，熔点190℃（分解）。
6.实验过程现象(1).实验开始，溶液亮黄色，设定温度80摄氏度;(2).加热20分钟后，体系温度71摄氏度，圆底烧瓶上形成液珠并成股流下，但回流不明显；重新设定温度90摄氏度并重新计时；(3).10分钟后，体系温度76摄氏度，回流加剧，液滴均匀流下，23滴/s；(4).15分钟后,体系温度80摄氏度。
烧杯内出现大量气泡，液滴不断均匀流下，39滴/s；(5).实验过程中，颜色逐渐变淡。
90分钟后停止加热。
(6).倒入冷水后溶液浑浊，呈乳白色，略带黄色，冰镇，晶体析出变多，抽滤并洗涤得到乳白色固体0.9032g。
(7).继续反应，保持上述温度不变，15分钟后停止反应，冷却后过滤、干燥，得到白色晶体0.6742g。
7.计算产率0.6742/0.9032=74.65%8．操作重点及注意事项（1）水杨醛或者丙二酸酯过量，都可使平衡向右移动，提高香豆素-3-甲酸乙酯的产率。
可使水杨醛过量，因为其极性大，后处理容易。
（2）用滴加的方式将溶于乙醇的丙二酸二乙酯加入圆底烧瓶，无水乙醇介质使原料互溶性更好，每次加入数滴，使其完全包裹在水杨醛与六氢吡啶的溶液内，充分接触，反应更充分。
（3）随着催化剂六氢吡啶的用量的增加，产率提高，主要是碱性增强，碳负离子数目增多，产率增大，但用量过多时，其会与生成的香豆素-3-甲酸乙酯进一步生成酰胺，产率降低，所以其最好与丙二酸酯的物质的量比为1:1。
（4）反应温度以能让乙醇匀速缓和回流为好，大概在80℃左右，温度过高回流过快，甚至有负反应发生。
（5）用冰过的50%乙醇洗涤可以减少酯在乙醇中的溶解。
(6)实验过程中不能把水溅到油浴中。
四．实验心得通过这次实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅.实验过程中培养了我在实践中研究问题，分析问题和解决问题的能力以及培养了良好的工程素质和科学道德，例如团队精神、交流能力、独立思考的能力等。
此外，提高了自己动手能力和严谨的做风。
实验过程中，我发现良好的实验习惯非常重要，比如向烧瓶中加试剂要“一平二斜三直”；实验过程中试剂及产品不能随意丢弃，否则会浪费资源并造成环境污染等。
最后，感谢实验过程中老师的帮助和指导！。