黄酮类化合物是自然界分布较广的一类次生代谢产物，是药用植物中的主要活性成分之一，具有广泛的药理作用，如抗氧化、降血压、抗肿瘤等^[1–4]。近年来，每年都有大量文献报道从天然产物中提取分离得到新的黄酮化合物^{[5, 6]}。基础有机化学实验中“中药槐花米中芦丁的提取”，是利用回流、减压蒸馏和抽滤等实验技术从植物中提取黄酮的实验，该实验使学生掌握了植物提取黄酮药物的原理和方法^[7]。但学生从实验的结果发现黄酮的提取产率较低，提取不完全，主要原因是植物中黄酮的含量低，成分多样，这一问题激发起学生去探究高效制备黄酮的兴趣。学生们发现化学合成法可以克服植物提取的弊端，通过分析了一系列植物提取的黄酮分子结构，显示这些分子结构中均含有2-苯基色原酮结构(俗称黄酮)。根据以上分析结果，学生们自主设计了既适合本科教学，又安全、易操作的基础实验来合成最简单的黄酮母核结构分子。首先，学生采用逆合成法，设计了合成2’-羟基查尔酮的路线。然后，通过查阅文献^{[8, 9]}，发现利用碘催化可以实现分子内的环合，能获得高收率的黄酮药物分子。根据所设计的合成路线，学生运用已掌握的实验技能成功地实现了两步合成黄酮化合物。

本改进实验具有安全、易操作、重复性好、产率高等优点，既可应用到大学基础化学实验教学，也可用于学生的课外拓展与开放实验。此外，通过本次实验的改进激发了学生对其他黄酮类药物合成的兴趣，进一步引导学生采用与本实验类似的方法，设计并合成了乙氧黄酮(治心绞痛药物立可定中的主要活性成分)。将这一改进实验引入到本科教学实验中，非常有利于学生更深刻认识到化学合成的安全性和高效性，也使学生认识到不仅要在实验中学习知识和技能，还要学会用科学的眼光发现问题，并设计合理的方法去解决问题，为本科毕业后从事科学研究和服务社会打下坚实的基础。

2’-羟基查尔酮合成的反应机理主要分为四个步骤(图 1)。首先碱与2-羟基苯乙酮中的α-氢和羟基氢结合，脱去两分子水，形成碳负离子中间体，随后互变异构成烯醇负离子，负离子作为亲核试剂，立即进攻苯甲醛分子中的羰基碳原子，发生加成反应后生成一个烷氧负离子。接着烷氧负离子与水作用得到β-羟基酮化合物。最后经分子内脱水，由于脱水是反式共面消除，因此生成的双键构型应为反式。再用盐酸酸化，得到最终产物2’-羟基查尔酮^[10]。

黄酮合成的反应机理：首先，DMSO分子的氧进攻碘，碘分子异裂，碘正离子加成到DMSO上形成硫鎓离子，随后碘负离子进攻2’-羟基查尔酮的双键发生类似Michael加成，氧负离子进攻硫鎓离子，然后经过分子内消除HI，硫鎓盐以DMSO形式离去。随后经过β消除脱去一分子碘化氢，得到产物黄酮(图 2) ^{[11, 12]}。碘化氢被DMSO氧化回碘，完成催化剂循环^[13]。

实验试剂或材料，以及实验所需仪器见表 1和表 2。

在100 mL三口烧瓶中用移液管依次加入1.02 mL苯甲醛(10 mmol)、1.20 mL 2-羟基苯乙酮(10 mmol)，量筒量取30.0 mL乙醇加入，搅拌。量取10.0 mL 10%的氢氧化钠(25 mmol)溶液加到恒压滴液漏斗中，缓慢滴加到三口烧瓶中，室温下反应4 h (图 3)。采用薄层色谱法监测反应，展开剂的极性选择为V_石油醚 : V_乙酸乙酯 = 20 : 1，比移值约为0.5。反应结束后，把反应体系倒入盛有冰盐水的烧杯中，搅拌下加入10%的盐酸溶液，调节pH为5–6。静置，待固体完全析出后，抽滤，依次用冰水和无水乙醇洗涤，重复三次，烘干，称量，产物2’-羟基查尔酮为黄色固体，称得质量约为2.05 g，收率91%。测得2’-羟基查尔酮熔点为87–88 ℃，通过核磁表征确定结构，核磁数据显示双键氢原子耦合常数为12.4，证明2’-羟基查尔酮中双键为反式。

在50 mL圆底烧瓶中依次加入1.12 g制备的2’-羟基查尔酮(5 mmol)、0.013 g碘(约0.05 mmol)和10.0 mL二甲基亚砜。把反应瓶放到磁力搅拌器上搅拌，使其混合均匀后转移到油浴锅中，加热到160 ℃，反应时间约1 h (图 4)。采用薄层色谱法监测反应，展开剂的极性选择为V_石油醚 : V_乙酸乙酯 = 15 : 2，比移值约为0.2。反应结束后，冷却，把反应体系倒入盛有冰盐水的烧杯中，用玻璃棒搅拌，静置，待固体完全析出后，抽滤，依次用水和石油醚洗涤，重复三次，烘干，称量，产物黄酮为淡黄色固体，质量约为1.02 g，收率92% (核磁收率95%)。测得黄酮熔点为95–96 ℃，通过核磁表征确定结构。

因2’-羟基查尔酮是在碱性条件下羟醛缩合制得的，所以查尔酮结构中含有酚钠基团，这需要调剂pH释放出酚羟基。在本实验中，选用盐酸做酸化剂，调节pH到5–6。因为pH调节过高，羟基无法完全释放，影响2’-羟基查尔酮的收率。有同学调节pH时不小心调得过低，导致下一步反应产率降低，并有较多杂质出现。为此同学们积极思考，提出不同见解。通过查阅文献，得知pH低于5时，2’-羟基查尔酮容易发生分子内环合，得到二氢黄酮副产物(图 5) ^{[14, 15]}。由此可见，后处理实验中，pH的调节是合成2’-羟基查尔酮反应成败的关键因素。

在2’-羟基查尔酮合成反应结束后，主要采用的是抽滤操作。第一步抽滤过程，实现固液分离，得到2’-羟基查尔酮。第二步用冰水洗涤的目的是除去2’-羟基查尔酮里包裹的少量盐酸和氯化钠等无机物。第三步用乙醇洗涤的主要目的是去除2’-羟基查尔酮里含有的少量有机杂质和水，有助于快速烘干2’-羟基查尔酮，为下一步反应节省时间。

在黄酮合成反应结束后，处理方法与2’-羟基查尔酮过程相似，同样采用抽滤操作。第一步抽滤过程，实现固液分离，得到需要的黄酮粗产品，通过核磁表征第一步得到的粗产品，结果表明样品纯度较高，仅含有微量杂质。第二步用冰水洗涤的目的是除去粗产品里包裹的少量氢碘酸和DMSO。第三步用石油醚洗涤的主要目的是去除粗产品里含有的少量有机杂质，且有利于快速烘干。

成功合成了黄酮分子后，激发起了学生合成黄酮衍生物的兴趣。为了进一步证明上述合成黄酮药物分子方法的普适性，开展了拓展应用实验。药物立可定主要适用于治疗慢性冠脉机能不全、心绞痛等病症，长期服用可防止心肌梗塞。与硝酸甘油合用，对自觉症状也起到良好的改善效果^[16]。从2, 4-二羟基苯乙酮和苯甲醛出发，只需要三步实验，可以高效地合成出药物立可定的主要活性成分乙氧黄酮。

在100 mL三口烧瓶中依次加入3.04 g 2’, 4’-二羟基苯乙酮(20 mmol)和30.0 mL乙醇，再缓慢滴加10.0 mL 40%氢氧化钾溶液到反应体系中，搅拌10 min。用移液管移取2.05 mL苯甲醛(20 mmol)加入其中，回流2 h (图 6)。采用薄层色谱法监测反应，展开剂的极性选择为V_石油醚 : V_乙酸乙酯 = 13 : 4，比移值约为0.3。反应结束后，冷却，把反应体系倒入盛有冰盐水的烧杯中，搅拌下加入10%的盐酸溶液，调节pH范围5–6。静置，待固体完全析出后，抽滤，依次用冰水洗涤和无水乙醇洗涤，重复三次，烘干，称量，产物2’, 4’-二羟基查尔酮为黄色固体，质量约为3.89 g，收率81%。测得2’, 4’-二羟基查尔酮熔点为146–147 ℃，通过核磁表征确定结构。

在50 mL圆底烧瓶依次加入1.20 g制备的2’, 4’-二羟基查尔酮(5 mmol)、0.013 g碘单质(约0.05 mmol)和10.0 mL二甲基亚砜。室温搅拌均匀，加热到160 ℃，反应1 h (图 7)。采用薄层色谱法监测反应，展开剂的极性选择为V_石油醚 : V_乙酸乙酯 = 10 : 6，比移值约为0.2。反应结束后，冷却，把反应体系倒入盛有饱和食盐水的烧杯中，分别用10.0 mL的二氯甲烷萃取三次，再用大量水反萃取三次，去除高沸点的DMSO，收集有机相，旋蒸除去溶剂后，把得到的样品进行快速的柱层析，得到7-羟基黄酮，产物为白色固体，质量约为1.07 g，收率90%。测得7-羟基黄酮熔点为245–246 ℃，通过核磁表征确定结构。

在25 mL圆底烧瓶中依次加入0.24 g制备的7-羟基黄酮(1 mmol)、0.35 g碳酸钾(约2.5 mmol)和2.0 mL丙酮，室温搅拌10 min。然后加入0.12 mL溴代乙酸乙酯(1.1 mmol)和0.02 g碘化钠(约0.1 mmol)，于65 ℃加热反应2 h (图 8)。采用薄层色谱法监测反应。展开剂的极性选择为V_石油醚 : V_乙酸乙酯 = 11 : 4，比移值约为0.5。反应结束后，冷却，把反应体系倒入盛有饱和盐水的烧杯中，分别用5.0 mL的二氯甲烷萃取三次，收集有机相，旋蒸除去溶剂后，把得到的样品进行快速的柱层析，得到乙氧黄酮，最终产物乙氧黄酮为淡黄色固体，质量约为0.21 g，收率87%。测得乙氧黄酮熔点为123–124 ℃，通过核磁表征确定结构。

本改进实验涉及2-羟基苯乙酮、2, 4-二羟基苯乙酮、苯甲醛、溴代乙酸乙酯、碳酸钾、碘、碘化钠、乙醇、二甲基亚砜、丙酮、盐酸等药品，均为本科生实验的常用化学试剂，因此本实验原料易得。其中，要注意溴乙酸乙酯为无色或黄色的液体，其蒸气有毒。反应过程因使用溴乙酸乙酯可能产生的溴灼伤，用苯和甘油洗涤，可以迅速溶解溴，再用大量水清洗。丙酮是无色透明液体，具有易燃性，丙酮本身还极易挥发，大量蒸气聚集遇热易发生爆炸，丙酮被列为危险品中的第三类易燃液体。盐酸的性状为无色透明的液体，有强烈的刺激性气味，具有腐蚀性。

学生实验全程都要佩戴护目镜，穿实验服，戴手套操作。在实验过程中，取用药品和进行实验应当在通风橱中进行，全程不出现明火加热，注意规范操作。

黄酮制备实验需要教学时长约6 h，如需缩短教学时长，在2’-羟基查尔酮制备实验时适当提高反应温度到60 ℃ (产率略下降为74%)，教学时长可缩短到4 h。拓展实验合成乙氧黄酮需要7 h完成，可用于学生的课外拓展与开放实验。实验时长均符合教学要求。

进一步验证黄酮合成实验的可行性，在课余时间组织20名学生进行开放实验，结果见表 3。

在每一步实验结束后，挑选收率较高和较低的同学合成的产物进行核磁氢谱表征和熔点测定。结果表明，收率高的同学产物2’-羟基查尔酮和黄酮的纯度也高，熔点接近已知数据。而收率低的同学产物颜色不均匀，谱图显示产物纯度不够，有明显的二氢黄酮杂质混入，熔程较大。通过结构表征，确定了收率较低的原因，帮助学生提高实验操作技能。

本文所合成黄酮和乙氧黄酮两个药物分子，是对本科有机化学教学实验“中药槐花米中芦丁黄酮的提取”实验的拓展实验。通过有机化学合成途径，以较高收率得到黄酮和乙氧黄酮两个药物分子，实验具有较好的延伸性，在引导学生积极探索实验原理的同时，教师还可根据课程需要，灵活安排实验。改进实验具有安全、易操作、重复性好、产率高等优点，有效地促进了学生实践能力的提升和创新意识培养。

本实验为化学合成天然药物提供了切实可行的教学案例，可将其纳入课程标准中，丰富有机化学实验的教学内容。同时给学生自主研究提供了多重角度，拓宽了学生的思维广度，提高了学生分析和解决问题的能力，培养了学生自主学习并提高了学习能力，提升了化学服务人类健康生活的价值观。