2-羟基-2-基乙酮的制备_凯茵工业添加剂
背景及概述[1][2]
安息香又名为二乙醇酮，是一种重要的半合成中间体和光聚催化剂。经典的制备方法是在氰化钠(钾) 催化下，由两分子甲醛通过缩合反应而得，产率虽高，但毒性很大，既破环环境，又影响健康。盐酸硫胺素( 维生素B1) 是含有噻唑环的化合物，可以用来代替氰化物催化该反应。对安息香氧化反应的研究已有相当长的历史，其氧化产物主要是偶酰即二基乙二酮，是重要的有机化工原料，也是合成药物的中间体，在医药、香料和日用化学品生产中有着广泛的应用。经典的安息香合成采用氰化钠或氰化钾作为催化剂，在氰负离子（CNˉ） 的作用下促使两分子甲醛缩合，虽然产率高，但毒性很大，既破坏环境，又影响健康。传统方法以甲醛为原料，在碱性条件下催化反应1.5 h，采用了氰化物作为催化剂，缩合反应得到安息香产物。由于催化剂毒性较大，故实验具有一定的危险性，近年来该法已废止。在CNˉ化安息香缩合机理的启发下，70 年代末化学家发现维生素B1 可以代替CNˉ作为安息香缩合的催化剂，而不必用剧毒的NaCNˉ或KCNˉ。国内外许多化学家都在探索新的合成条件来代替水溶法的弊端。超声空化相转移催化法就是一种新型的合成法，此法具有反应条件温和，污染较小的优势，还可以加快液液两相间的物质传递，超声空化产生微小气泡，可以减少相转移催化剂的用量，甚至可以不用相转移催化剂，具有明显提高产率等显著优点。
应用[1-3]
二乙醇酮是一种重要的半合成中间体和光聚催化剂。其应用举例如下：
1. 安息香氧化反应。由安息香氧化合成偶酰为成熟。是偶酰常用的合成路线。氧化安息香合成偶酰所用的氧化剂很多，大多是弱氧化剂，但其氧化方法可以分为两种，一种是直接氧化法，以无机化合物、有机化合物、金属有机化合物以及聚合化合物作氧化剂；另一种是间接氧化法，利用催化剂、微波辐射进行催化。氧化反应方程式见图：
2. 安息香缩合反应。安息香缩合或偶姻反应是合成1，2-二基羟乙酮的方法。在化学工业和药物合成等方面都有广泛的应用。如抗癫痫药物二基乙内酰脲的合成以及二基乙二酮、二基乙二酮肟，安息香等制备都用到这个反应。所以，深入研究安息香的缩合反应，对提高产率、扩大应用、具有理论和现实的意义。经典的安息香合成以氰化钠或氰化钾为催化剂，虽然产率高，但毒性很大，既破坏环境，又影响健康。维生素B1 催化的辅酶合成，解决了这个问题，具有良好的发展前景。
制备 [3-5]
方法1：在超声波条件下，以微量季铵盐溴化十二烷基二甲基苄基铵作为相转移催化剂，维生素B1作催化剂进行甲醛的羟醛缩合合成二乙醇酮。该方法具有操作简便、反应条件温和、产率高和重现性好等优点。具体步骤为：在干燥的100 mL 三口瓶中依次加入溴化十二烷基二甲基苄基铵( 0.02 g) 、蒸馏水( 3 mL) 、乙醇( 95%，7.5 mL) 、维生素B1( 0.9 g) ，塞上瓶口，摇匀使其完全溶解。置于冰盐浴中充分冷却保持-5 ℃。将一定浓度的NaOH 溶液也置于冰盐浴中充分冷却，保持-5 ℃，把此NaOH 溶液加入三口瓶中，随后加入新蒸甲醛( 5 mL) ，充分摇匀，调pH= 8.3 ～ 9.3，根据反应液的颜色就可以判断碱的用量是否合。装上回流管，放置在超声波清洗器水浴( 65 ℃) 中保温30 min，三口瓶里溶液完全深入水浴，保持pH 值。
方法2：采用超声空化、相转移催化法，用水/ 乙醇为反应介质，以甲醛为原料，盐酸硫胺（VB1） 为催化剂，在碱性溶液中反应制得安息香。对原料配比、反应温度、反应时间、体系pH 值、相转移催化剂的种类等各种反应条件的影响作了详细的研究。实验得到优条件为：乙醇/ 水二元混合溶液中，甲醛5 mL，盐酸硫胺2.0 g，相转移催化剂用量占甲醛质量的百分比为10%～12%，蒸馏水量2 mL，乙醇量8 mL，体系的pH 值控制在9.3～9.7 之间，水浴超声空化控温在70 ℃左右，反应时间90 min，超声功率80%。优条件下收率达到93.57%，产品含量在90%以上。该工艺具有反应条件温和、转化率较高等优点。具体反应过程为：称取适量VB1，置于由冰水浸透的小三口烧瓶中，加2 mL 水，8mL 乙醇，用由冷水浸透氢氧化钠溶液（1 mol/L），调节pH 值至9.3~9.7，由于VB1 在酸性条件下稳定，但易吸水，反应前VB1 溶液及氢氧化钠溶液必须用冷水冷透。实验中pH 值很难调节，需要长时间耐心滴加氢氧化钠溶液。加入适量相转移催化剂，5 mL 新蒸甲醛，置于超声波清洗器内，设定水浴温度、超声功率、超声时间，采用程序升温方式，使水浴达到预设温度，开始超声。反应过程中，即有产物从反应液析出。反应完毕后将反应液倒入小烧杯内，冰水浴冷却静置。数小时后抽滤、水洗、自然风干，获得产品安息香。称重，计算粗产率，用沸腾的乙醇进行重结晶（安息香在沸腾的95%乙醇中的溶解度为12～14 /100 mL）。用数字熔点仪测得熔点，并计算产品纯度。
方法3：一种安息香的制备方法，包括以下步骤：S1、将甲醛、蒸馏水、催化剂混合并充分摇匀制得混合溶液，甲醛、蒸馏水、催化剂的摩尔比为49：400：6～9，将混合溶液用碱溶液调节PH值至8～10，然后置于电热套中加热至50～80℃并进行回流反应，回流反应的时间为 3～7小时，且回流反应期间每30min加一次碱溶液，以将混合溶液的PH值维持在8～10，反应完毕后自然冷却，待完全析出晶体后，减压抽滤，得到安息香粗产品；S2、将安息香粗产品用 浓度为95％的乙醇溶液重结晶制得安息香纯品。
主要参考资料
[1] 安息香氧化反应的研究进展
[2] 安息香缩合反应的改进
[3] 超声空化合成安息香
[4] 乙醇酮的制备及表征
[5] CN201810289121.0 安息香的制备方法