抗癫痫药物

华南农业大学综合性实验 实验 1．实验目的 （1）了解酰基负碳离子等价物及其反应，掌握辅酶催化下合成安息香的方法。 （2）掌握安息香氧化的实验方法及薄层层析法监测有机反应进程的操作方法。 （3）了解二苯乙二酮和尿素反应制备5,5-二苯乙内酰脲的方法和反应机理，熟练掌握回流、重结晶等基本操作。 2．实验原理 本实验的总反应为： （A）安息香的辅酶合成 本实验使用有生物活性的辅酶维生素B1（Thiamine）代替有毒的氰化物完成安息香缩合反应。碱夺取噻唑环上氢生成负碳离子Ⅳ Ⅳ与苯甲醛作用生成中间体后经过异构化脱质子得中间体烯胺，与苯甲醛反应得到缩合的中间产物，再进一步得安息香。 （B）安息香的氧化——薄层层析法监测反应的进程 本实验用硝酸氧化法安息香氧化成二苯基乙二酮，反应过程中，为了了 解氧化反应进行的情况，可以采用薄层色谱跟踪反应，以免浪费时间和产物 发生进一步反应。 （C）抗癫痫药物5，5—二苯基乙内酰脲 二苯基乙二酮是一个不能烯醇化的α-二酮，用碱处理发生重排得二苯基 乙醇酸。羟基负离子向羰基加成的活性中间产物，经苯基重排形成二苯基乙醇酸。再与尿素反应得产物。 3．操作步骤（及装置）： (1) 辅酶催化合成安息香 在150 mL圆底烧瓶中加入3.6gVB1(盐酸硫胺素),12ml蒸馏水,30ml95%乙醇,震摇溶解，用塞子塞上瓶口,放在冰盐浴中冷却.锥形瓶加12ml10%氢氧化钠溶液，冰盐浴冷却。缓慢滴加氢氧化钠使烧瓶ph=9.4~9.6 。分批加入30ml新蒸苯甲醛，60~70℃水浴回流保温90min，冰浴冷却，抽滤，冰水洗涤，95%乙醇重结晶。烘干，计产率。 (2) 二苯乙二酮的制备 烧杯中加5g硅胶，15ml 0.5%羧甲基纤维素钠搅匀作黏合剂，在洁净玻片上制成薄层硬板，室温凉干，烘箱110℃活化1h，备用。 50ml三颈瓶上装冷凝管，温度计，和氢氧化钠气体吸收装置。加入3.0g粗品安息香和15ml冰醋酸及7.5ml浓硝酸混合均匀。水浴加热85~95℃，每隔15~20min用毛细管取出少量反应液在薄板上点样，放置一会儿，用二氯甲烷展开，风筒吹干，紫外光下显色。观察反应进程。 反应完后，冷却并加120g冰水，抽滤，冰水洗涤，抽干后用95%乙醇重结晶。 烘干计产率。 (3) 5,5-二苯乙内酰脲的制备 50ml圆底烧瓶中加1g二苯乙二酮，0.5g尿素、15ml95%乙醇和3ml30%氢氧化钠，水浴回流1.5h。水浴冷却后倒入25ml水的烧杯中，抽滤，20ml水洗。95%乙醇重结晶，活性炭脱色8~10min，烘干计产率。 4．结果与讨论 表1 各步反应的收率 实验步骤 第一步 第二步 第三步 实际产量（g） 6.84 2.24 0.25 理论产量（g） 20.83 2.97 1.20 收率（%） 32.84 75.42 20．83 反应进程中的薄层层析图 表2 TLC薄层跟踪反应 薄板序号 1 2 3 4 5 6 X1（反应物）/cm 3.25 2.90 2.70 2.90 3.60 3.30 X2（生成物）/cm 4.00 3.55 3.21 3.15 4.10 4.00 Y/cm 4.55 4.15 3.95 4.10 5.00 5.13 Rf（反应物） 0.71 0.70 0.68 0.71 0.72 0.64 Rf（生成物） 0.88 0.86 0.81 0.77 0.82 0.78 5．分析讨论 （A）安息香的辅酶合成 1、本次实验我们最后得到6.84g的产品。由于是通过自然冷却结晶，故产品形状较好，为白色针状晶体。 . 2、 实验中我们所使用的原料VB1易潮解, 潮解后易被空气氧化而失效,因此, 最好采用新鲜的噻胺；苯甲醛不能含有苯甲酸,长期放置的苯甲醛使用前，最好用5%NaHCO3洗涤后蒸馏【1】，因为苯甲酸会氧化维生素B1而使其失效，还会降低溶液PH。苯甲醛后加原因是它是易挥发且有毒性物质，若先加再调PH的话，它长时间在敞开环境挥发易造成中毒。 3、本实验中最重要的步骤是要控制要溶液的PH值和反应的温度。 PH的控制：由于VB1需要以苯偶姻的形式催化反应，在PH=9.4-9.6的碱性溶液中，VB1形成的两性离子最为稳定。PH偏低，VB1噻唑环就不能失去质子形成碳负离子，无催化作用，若PH偏高，则使噻唑环开环，生成其他物质，降低了维生素B1对反应的催化作用。 温度的控制：①加氢氧化钠调节PH时，反应要在冰盐浴上进行。保持低温以免VB1噻唑环开环，降低催化作用。②加入苯甲醛后的水浴反应要控制在70°C以下，开始前期加热不必太快, 后期可适当升高温度【1】，温度过高造成VB1损失，若过低又会降低反应速率。 4、影响产品产率的因素有： ①整个反应过程在PH的控制上要严谨，最好在加入苯甲醛后再测一次PH。由于精密PH试纸比较难准确地对比出溶液实际PH，导致反应未能在最适合的碱性环境下进行。 ②调PH时，溶液会放热，且VB1不耐热。因此溶液和氢氧化钠都应置于冰盐浴上，并缓慢滴加氢氧化钠。确保散热。但由于我们没有充分冷却10%NaOH就急于滴加，因此VB1可能有部分开环了。 ③重结晶时要注意乙醇加入量多了，造成产品的损失。 5、本次实验操作技巧： ①为防止调节PH时温度过高，我们可以把两者都处于冰盐浴上冷却调节。 ②由于我们所需氢氧化钠的量大约为12ml，我们可以先加入10.5ml后才开始测PH，节省时间。 ③若产物难以析晶，用力振摇或摩擦瓶壁。 ④重结晶时，先加入少量乙醇，待沸腾时才补充乙醇溶解产品。 6、维生素B1和氰化钠两种催化剂进行了比较：催化原理的不同、安全性的不 同（氰化钠为剧毒药品, 微量即可致死）、价格和得到难易程度的不同（氰 化钠为剧毒药品, 价格较贵, 不经济, 而且购买、运输和保管都非常不方 便，而维生素B1为普通药品, 价格低廉, 容易购买、运输和保管。作为一 般实验使用, 非常合适【2】、维生素B1为催化剂反应条件温和且收率高【3】 7、谱图分析 ①在3650 - 3200 cm-1 范围内有较强的吸收峰，可以判断为O-H的伸缩振动吸收峰;在1000-1130 cm-1 醇类C-O的伸缩震动,从1080 cm-1的峰判断为仲醇 。 ②在3000 cm-1 附近有较弱的吸收峰为苯环=C-H的伸缩振动，在1600，1450 和1300cm-1出的峰为苯环上的C=C 骨架振动，且存在共轭。700-800 cm-1出现较强的2个峰为苯环的单取代C-H面外弯曲振动吸收。 ③在1677cm-1有强吸收峰为酮C=O伸缩振动，由于存在共轭故向低波数位移。 因此，其红外谱图基本符合安息香结构。 (B)安息香的氧化 1、 制作薄板时，匀浆太稠会出现层纹，太稀表面会出现较粗糙气孔；涂层过薄点样易过载，过厚显色不明显。我们制作的薄板气孔较大，应该匀浆太稀的原因。薄层板含水量越大，活性越低，因此使用前要进行干燥活化。 2、 本实验反应使用硝酸作为氧化剂，会产生有毒气体二氧化氮，因此要安装NaOH气体吸收装置。我们可以用胶管一头连接冷凝管，另一头安装倒漏斗稍悬于NaOH溶液表面来吸收气体。注意小心倒吸。 3、 反应温度要控制好不要太高，否则极易生成硝化副产物。 4、 利用薄层层析法观察反应进程。由于吸附剂的毛细作用，展开剂二氯甲烷能够沿薄板缓慢上升，反应物和产物因为在展开剂的溶解性和被吸附剂吸附程度不同，随展开剂移动而分开，在不同位置形成斑点。实验采用正相薄层色谱，极性大的物质爬行较慢，Rf值较小。我们知道反应物安息香极性比产物二苯基乙二酮大，在吸附剂的吸附程度比二苯基乙二酮大，故安息香爬行较慢，所以Rf（反应物）< Rf（生成物）,反应物在产物下方。 5、 比移值Rf在一定条件下是一个化学物的特征值。一般来说，Rf值差别越大，则分离越完全。其Rf值一般在0.85>Rf>0.05范围较合适。最后我们实验得出的Rf（反应物）平均值为0.69，Rf（生成物）平均值为0.82，因此制作的薄片对组分的分离还是比较合适的。虽然两者的差值不是很大，但显色后能观察到反应物和产物两者分离的斑点。 6、 显色后发现斑点有拖尾现象，这是由于点样样品量过多造成的，还有发现有3个斑点，这是因为其中一个是硝化的副产物斑点。我们反应经过1.5小时后，发现反应物的斑点较小，因此可以下一步的操作了。 7、 产物二苯基乙二酮为黄色晶体固体，原料安息香为白色固体，这是因为二苯基乙二酮的两个C=O与苯环形成共轭比安息香大，降低了体系能量，其兀→兀*能级跃迁能量变小，吸收移向长波方向，故安息香为紫外光区的白色固体移至二苯基乙二酮的黄色可见光区。 8、 二苯基乙二酮易溶于乙醇和乙醚，不溶于水，熔点为94.87℃，因此重结晶可先用95%乙醇溶解再加入不良溶剂水，使产品溶解度降低析出。 9、 最后我们实验得出2.24g的二苯基乙二酮，产率较高，由于是通过自然冷却结晶，故产品形状较好，为黄色棱状晶体。 影响本次实验产率的因素有： 1 反应物安息香可能产品不纯。 2 反应过程中生成了一部分硝化副产物。因此要控制好温度和了解反应进行 的程度。 3 由于乙醇是良性溶剂，因此重结晶时乙醇中包含了一部分的产品。 4 产品熔点高，易结晶。在多次转移和抽滤中带有损失。 10、实验改进：采用硝酸氧化法，虽然操作简单，但会产生二氧化氮环境污 染。常见的氧化方法还有:氧化铬氧化法、氯化铁氧化法、硫酸铜 -吡啶氧化法等。但任存在副反应多、选择性差、后处理麻烦并排出大量废 水污染环境等问题。【4】 11、实验使用微波辅助加热极大的提高了安息香缩合反应速度和反应收率【5】 12、谱图分析 1 在3064 cm-1 处较弱的吸收峰为不饱和=C-H伸缩振动吸收。 2 在1600~ 1450cm-1出现较强峰为苯环上C=C骨架振动。770~680 cm-1出现较强峰为单取代苯环C-H面外弯曲振动吸收。 3 在1663 cm-1处强峰为酮C=O伸缩振动，由于存在共轭故向低波数位移。 因此，其红外谱图基本符合二苯基乙二酮结构。 （C）抗癫痫药物5，5—二苯基乙内酰脲 1. 实验中加乙醇是为了溶解二苯基乙二酮，氢氧化钠处理得到二苯基乙醇酸，再与尿素和酸反应得产物。 2、氢氧化钠溶液要冷却后缓慢加入，否则会使原料严重变色。生成副产物。我们加入氢氧化钠后颜色变成棕黑色，虽然随着反应的进行，颜色慢慢变浅，但应该有不少副产物了。 3、固体杂质可能含有未解的二苯乙二酮，及反应物原本带有的杂质，还有反应时生成的副产物。 4、向滤液滴加盐酸调PH值至5-6，如果盐酸加得太多会生成较多的红棕色副产品，加得太少则产品生成量少。 5、由于红棕色的副产品较多，用乙醇溶解后，待稍冷用活性炭脱色，由于我们的副产物可能太多，用了较多的活性炭都未能完全脱色，最后得到的产品带有很浅的黄色。不用丙酮作为溶剂重结晶是因为丙酮极性小，活性炭在丙酮里的脱色效果不好。 6. 若重结晶后冷却后发现无晶体析出或者析出量少，可以加入不良溶剂冰水。 7、最后我们实验得出0.25g的5,5-二苯基乙内酰脲（苯妥英），产率较低，且本为白色晶体的产品由于脱色不好带有一点黄色。影响本次实验产率的因素有： ①原本的反应物二苯乙二酮不纯，含有杂质。 ②副产品的生成。加入氢氧化钠时没控制好，导致副产物的生成。另外还有PH的调节，可能加入酸太多，生成副产物。 ③产品的在溶液中溶解度可能与温度有很大的正比关系，而我们在滤液冷却上温度不够低，造成有些产品未能析出。 8、一般的抗癫痫药物都是制成5,5-二苯基乙内酰脲的钠盐，也称苯妥英钠。我们用氢氧化钠把5,5-二苯基乙内酰脲制成钠盐脱色，真空干燥即可。【1】 9、谱图分析 ①在3500-3100 cm-1范围内吸收峰为胺N-H或者酰胺N-H的伸缩振动，在700附近N-H面外变形振动产生宽峰，1200 cm-1为C-N的伸缩振动。 ②在3650 - 3200 cm-1 范围内有较强的吸收峰，可以判断为O-H的伸缩振动吸收峰;在1000-1130 cm-1 醇类C-O的伸缩震动。 ③1715 cm-1附近峰为C=O伸缩振动 ④在1600~ 1450cm-1出现较强峰为苯环上C=C骨架振动。770~680 cm-1出现较强峰为单取代苯环C-H面外弯曲振动吸收。 因此，其红外谱图基本符合5，5-二苯基乙内酰脲结构。 5．参考文献 中文期刊： 1冯金城 麦禄根 苯妥英钠的制备 天津师大学报 第20卷 第3期 71-72 2 高兰萍 安息香缩合实验中的催化剂 内蒙古石油化工2009 年第10 期 55-56 3 苏柏榕 崔健 邹桂华 相转移法合成苯妥英钠 医药与保健 182 4 刘志良，张康华，曹小华，陈福山，吕国阳。苯偶姻“一瓶反应”合成苯妥英 九江学院学报 2009年第 3期 69 5 乔永锋 ,彭永芳 微波辅助苯偶姻合成反应优化 昆明学院学报2008, 30( 4) 98～99 _1301084668.bin