α-呋喃丙烯酸的合成
方案(一):
原理:在吡啶介质中,以六氢吡啶为缩合剂,通过糠醛与丙二酸的Knoevenagel
缩合反应制备α-呋喃丙烯酸,反应式如下:
在吡啶介质中加入少量的六氢吡啶,与单纯使用吡啶为缩合剂相比,反应速
度加快,反应时间缩短,且产率由80%左右提高到90%以上。原料之一丙二酸
是一种稳定的晶体,反应副产物只有CO2,能够从反应体系中不断逸出,无需后
处理,而且可根据CO2的逸出量来判断反应的终点。
α-呋喃丙烯酸的物理特征:相对分子质量为138,产品为白色粉末或针状晶体,
熔点为141℃,沸点为286℃,112℃可在真空中升华。该产品微溶于冷水,尚溶
于热水,可溶于乙醇、乙醚、苯和醋酸,不溶于二硫化碳和石油英中,能随水蒸
气挥发。
实验仪器:50mL三口圆底烧瓶,球形冷凝管,电热套等。
实验药品:糠醛(新精制),丙二酸,吡啶,六氢吡啶,盐酸(3mol/L)。
实验步骤:在50mL干燥的三口烧瓶中依次加入7.3g丙二酸,4.8g糠醛,0.12mol
(12mL)干燥的吡啶,再滴加1.25×10-3mol的六氢吡啶,混合物在95℃下回流
1.25h,中止反应,将反应混合物倒入盛有50mL冷的3mol/L的盐酸中,立即出
现淡黄色沉淀,将其置于冰水中1h,抽滤,用水洗涤2~3次,得到粗产品。
注意事项:1 温度控制要恰当,温度低于85℃,缩合反应难于进行,温度高于
105℃,副反应较严重,产率较低,产品外观不好,熔点偏低,反应的适宜温度
为95℃。
2 反应中若糠醛过量,多余的糠醛由于在反应过程中氧化和聚合而使产品颜色
加深,熔点偏低,为了减少副反应的产生,应使丙二酸过量。
方案(二):
原理:以糠醛、乙酸酐为原料,4-二甲氨基吡啶为催化剂,在吡啶的存在下,经
Perkin反应一步合成α-呋喃丙烯酸。反应式如下:
利用此方法的优点是,糠醛和乙酸酐都是价廉易得的原料。以亲核性极强的
DMAP作为碳负离子引发剂,用吡啶为缚酸剂,能很大程度的提高α-呋喃丙烯酸
的产率。
实验仪器:50mL三口烧瓶,空气冷凝管,电热套等。
实验药品:糠醛(新精制),乙酸酐,吡啶,4-二甲氨基吡啶,盐酸(5mol/L)。
实验步骤:在装有搅拌器、空气冷凝管和温度计的50 mL干燥的三口圆底烧瓶
中,加入糠醛0.10mol()、乙酸酐0.30mol()、吡啶0.10mol()和DMAP0.005mol(),
在搅拌下缓慢升温至140℃,加热回流一定时间后中止反应,冷却至110℃时,
将反应混合物倒入装有200mL蒸馏水的烧杯中,并用少量热水洗涤反应烧瓶,
洗涤液并入烧杯中。用玻璃棒搅拌5min,再将烧杯中的溶液加热至析出的晶体
全部溶解,加入少量活性炭脱色,趁热过滤,滤液冷却至60℃时,用浓度为5mol/L
的盐酸溶液调节滤液pH=2,待滤液冷至室温后将其置于冰箱冷藏室中,放置2 h
后,过滤,得α-呋喃丙烯酸粗产品。将此粗产品用V(乙醇)∶V(H2O)=1∶3混合
溶剂重结晶,干燥后得白色针状结晶物α-呋喃丙烯酸。
注意事项:1 DMAP的用量需适宜,当其用量超过0.006mol时,产率会有所下降,
原因可能是DMAP是高效亲核试剂,过量时还能催化其他亲核加成副反应的发
生,副产物增多而降低了α-呋喃丙烯酸的产率。
2 吡啶对产率的影响相当大,这是因为吡啶作为缚酸剂,可以在反应过程中与生
成的副产物乙酸结合,减少乙酸与DMAP结合几率,从而降低DMAP催化作用的负面
影响。吡啶本身不参加反应,作为溶剂时,加入过量会降低反应物浓度,使α-呋喃
丙烯酸产率降低。