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2024年6月29日发(作者：图纸switch什么意思)
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 acid
3.分子式 C10H6O4
4.分子量 190.15
5.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Vogel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：
O
O
O
H
O
H
O
O
O
O
E
t
O
O
E
t
O
E
t
O
六氢 吡
¤
啶
O
O
O
E
t
H
O
2
C
H
C
H
O
H
3
2
O
OK
H
C
l
O
O
O
H
KOH
O
O
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
名称
水杨醛
分子式
C7H6O 2
分子量
122.12
沸点
197℃
性状
无色澄清
油状液体，
有焦灼味
及杏仁气
味。
丙二酸乙
C7H12O4
二乙酯
160.17 198.9℃ 无色透明
液体, 微具
芳香气味
香豆素一3
C10H6O4
一甲酸
190.15 190-193°C(分
白色斜方
解） 晶体或结
晶粉末
A．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。
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