查尔酮的合成

《查尔酮的合成》由会员分享，可在线阅读，更多相关《查尔酮的合成（40页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、安徽工程大学毕业设计（论文）-39 -二苯基丙烯酮，乂叫查耳酮，是合成黄酮类化合物的重要中间体，其广泛的存在丁自 然界中，在许多文献中都有过从天然产物中分离提取查尔酮的报道1。它对植物抵抗疾病、寄生虫等起重要作用。其本身也有重要的药理作用。由丁其分子结 构具有较大的柔性，能与不同的受体结合，因此具有广泛的生物活性2,3。由丁其显著的生 物药理活性及独特的可塑性结构，近年来引起了化学工作者的研究兴趣。 如：Laliberte R. 报道了查耳酮的抗蝶虫作用4;程桂芳，何克勤等在199祁报道了查尔酮的抗过敏性作 用5,表现了多种药理作用。DE VINCENZOR等在2000年发现了类黄酮化合物中的

2、查尔 酮,具有化学预防和抗肿瘤活性6-11。同时，它还可作为抗生素、抗疟疾的药物成分。因 此，查耳酮化合物在医药化学方面有广泛的用途。具有C=C-C=。结构的查耳酮化合物，和两端的苯环形成一个大的兀键。当受到光 波的照射后，电子在一定方向上发生移动，产生超极化效应；此时的兀电子趋丁离域，往往表现出较大的非线性光学效应。因而，这一类的化合物在非线性光学材料方面具有 广泛的应用前景。同时，查耳酮化合物还可以作为聚合物的支链，在液晶领域也有广泛 的用途12,13。除此之外查尔酮还是一种重要的有机合成中间体 ，可用丁香料和药物等精细 化学品的合成14。合成查尔酮的方法很多，经典的合成方法是使用强碱如醇

3、钠或者强酸在无水乙醇中 催化苯乙酮和苯甲醛的羟醛缩合，合成路线为:Scheme 1该反应体系对设备腐蚀较大,产物不易分离且污染严重，且副反应多，产率较低，产 率在 10% 70% 15。近年来也有报道采用金届有机化合物、NaOH和1.2丁基2.3.2甲基六氟磷酸咪口坐盐、KF2AI2O3等作为碱性催化剂在溶液中合成查尔酮，但催化剂制备较困难，价格比较 昂贵，反应时间较长，且产率不高。随着各种催化剂的不断发现及对反应条件的大量探索 查尔酮的合成方法已趋向丁多样化。其代表性的合成方法有：1. 溶液合成2007年董秋静等报道16:以苯甲醛和苯乙酮衍生物为原料，在氢氧化钠乙醇水溶液中 室温下制备了一系

4、列的查尔酮衍生物。方法简单，操作容易，后处理方便，收率在60%90%之间，特别适合丁羟基查尔酮的合成。合成路线为：R1R2Scheme 22. 微波合成自从Gedye等17 1986年将微波辐射用丁有机合成反应以来，微波技术在有机合成中已得到了广泛的应用18,19。2007年朱凤霞等20报道了用NaO作催化剂、无水乙醇作溶剂，在微波辐射条件下使乙 酰基二茂铁与芳醛发生缩合反应以制备9个二茂铁基查尔酮衍生物。反应时间只需0. 5 4 min,产率61%84%之间，操作简便。2006年徐洲21等报道了用2-羟基苯乙酮与取代苯甲醛在20%NaOH水溶液中，在四 丁基漠化铉(TB2AB)存在下,微波辐

5、射37min,合成了 13种羟基查尔酮及其衍生物，收 率良好，在57%85%之间。反应路线为：OCHOOScheme 42007年刘兴利22等报道了以硝基苯乙酮和取代苯甲醛为原料，在微波辐射无溶剂条 件下，以理想的产率得到9个查尔酮。操作简单、反应速度快、产率高，是一种合成查尔酮的好方法。合成路线为：OH OCHOOH O20%NaOH/TBTA1微波 3-7minRRScheme 5微波干法与一般溶剂反应方法比较具有的优势是：(1)不受溶剂活性因素的影响，可有效减少副反应；(2)不受溶剂沸点、挥发性等因素影响，反应可在较宽的温度范围内进 行；(3)反应速度增大13374114倍，大大地缩短了

6、反应时间；(4)目标物的产率得到较大 的提高。微波干法反应的产率在90%98%之间，而一般溶剂反应的产率在57%82%之 问。因此微波干反应法是合成查尔酮的一种对环境友好、简便、高效、实用的好方法。3. 相转移催化剂合成2006年蒋新宇23等报道了以聚乙二醇(PEG)为相转移催化剂进行了苯甲醛与苯乙酮 的克莱森 施密特缩合反应，在较优化的合成条件下，查耳酮产率可达80%。4. 绿色合成2006年段宏昌24等报道了以苯甲醛衍生物和苯乙酮为原料，弱碱碳酸钾为催化剂，用十 六烷基三甲基漠化铉(CTMAB)作相转移催化剂，以水作溶剂丁回流条件下反应 6h，产率 高达90%o工艺具有反应条件温和、化学选

7、择性强、不用惰性气体保护、产物易分离、 合成方法简单等优点。合成路线为：催化剂加热回流+ H2。Scheme 62006年吴浩25等报道了以离子液体1, 3-二丁基-2-甲基四氟硼酸咪口坐盐(dbmim BF 4)为反应溶剂，以水滑石作催化剂的绿色无污染合成查尔酮的新方法。查尔酮产率可以 达到98. 5%。反应体系易丁产物分离，离子液体和水滑石可以循环使用，具有高效、环 境友好的特点，可实现绿色无污染合成。合成路线为:CHO水滑石dbmimBF4343KScheme 75. 室温下合成2008年党珊26等报道了以未保护羟基的取代邻羟基查尔酮 （1a1e）和取代苯甲醛 （2f, 2 j, 2 l

8、, 2p, 2 t）为原料，在稀NaOH /乙醇溶液中，室温反应，合成了 23种2 -羟基查尔 酮（3a3w,其中3d3w为新化合物），收率48%90%。合成路线为：Scheme 8此外，2007年杨金会27等报道了以2, 4, 6 -三羟基苯乙酮和对羟基苯甲醛为起始原 料,经选择性的甲基化，甲氧甲基化，羟醛缩合,还原，脱保护等反应首次完成了 2, 4 -二 羟基-4, 6-二甲氧基2二氢查尔酮的全合成，总收率40%。目标产物具有抗氧化性。6. 采用酰基化、Fries重排和醇醛缩合反应合成方法2008年石秀梅28等报道了利用问苯二酚作为起始原料，通过酰基化、Fries重排、醇醛 缩合反应合成中

9、问体3, 5 -二羟基查尔酮，收率达80%。方法具有反应时间短操作简便、 收率较好等优点。合成路线为：H3PO4(CH3CO) 2oScheme 97. 其他合成方法2006年廖头根29等报道了以3, 5 -二羟基苯甲酸为原料，分别经酯化、甲氧甲基保护 或甲基化、酰月井化、氧化、醛酮缩合、脱保护基、O-基化或O-异戊烯基化等步骤，以5. 6% 46%的总收率合成了 8个未见文献报道的查尔酮类化合物。早在1955年就有关丁氮杂查尔酮合成的研究 30 .C.Marvel, L.E.ColemanandGRScotc 等人在研究氮杂查尔酮的合成中发现：苯乙酮与2-毗噬甲醛按照K.Chadwell在文

10、献中所 报道的制备业节基乙猷苯的方法31没有制得氮杂查尔酮1,而分离得到了产物2和3。当溶 剂中以乙醇为主时，以麦克尔加成型产物为主；当溶剂中不含乙醇时，只得到了 3。OOH O123综上所述，对查尔酮类化合物合成方法的研究，人们已经开展了较为深入系统的工 作。随着越来越多查尔酮化合物的发现，化学工作者的合成工作也越来越重，继续深入研 究其构效关系，寻求简便易行的绿色合成方法，开发生理活性好、应用前景好的该类化合 物将是今后的研究方向码。迈克尔加成反应33是指含活泼业甲基的化合物与 四&不饱和球基化合物或a ,书 不饱和洗酸酯、a，-都饱和腊在碱性催化剂作用下的共轴加成反应，它是一类重要的形

11、成C-C键的有机反应。迈克尔加成在有机合成中有着广泛的应用，传统上通常采用强碱 作为催化剂，一般需要控制好反应条件，如果碱的用量过大，反应温度较高、反应时间 较长，很容易产生供体的自缩合等副产物。迈克尔加成的机理33:在有机化学中,碳负离子与a，-而饱和共钥体系（醛、酮、酯、 腊和硝基化合物等）进行的共钥迈克尔加成。通常把能够形成亲核性碳负离子的化合物 叫做给予体,而把亲电的a，-停饱和共轴体系称为接受体。一般用以下通式表示 ：R-C-C-y（接受体）（给予体）其中，y代表能和 C=C共钥的吸电子基团,如-CHO,-COR,-COOR,-CN和-NO2等；HR代 表含有活泼氢的化合物，是给予体

12、，包括Lewies质子酸，含先H的醛、酮或酯以及1,3位 置上带有吸电子基团的物质（主要指后者），如：COR/COR/COOR/CN/NO2 /CORCOORCOORCOORCOORF二酮P-酮酸酯丙二酸酯割基乙酸酯硝基乙酸酯由丁-COR,-COOR,-CN和-NO2的强吸电子性，致使活性业甲基-CH2-中的碳原子 上的电子云密度较低，它们在碱的作用下，都容易失去质子而形成比较稳定的碳负离子 作为亲核试剂发生化学反应。在迈克尔加成反应中，常用的碱有氢氧化钠（钾）、乙醇钠、 叔丁醇钾、氨基钠等强碱和三乙胺、六氢毗噬等弱碱。2003年Shimizu,K.I等尝试采用Lewis酸做催化剂，效果也不是

13、很理想。文献中有关 迈克尔加成反应的催化剂报道很多，主要有 AI2O3、K2CO3、铭配合物、钉配合物、粘 土负载漠化锐等，但是许多反应存在产率低，反应时间长等缺点。近年来，离子液体作为环境友好的溶剂和催化剂体系，其研究开发利用已越来越 受到世界各国催化界和石化行业界的密切关注，离子液体与传统溶剂相比，具有一系列 特性，如低蒸汽压、宽液态温区、与反应物具有良好的相溶性、操作处理方便、可循环 使用、分子具有可设计性、酸碱催化和相转移催化等特性。在许多的有机反应中，特别 是在催化反应当中，离子液体催化体系都表现出了很高的活性和选择性。在催化和有机 合成领域中，离子液体酸催化一直扮演着极为重要的角色

14、，而且碱性离子的催化应用也开始有了一定的研究。基丁上述：本文主要通过尝试在不同温度 （如20、40、60、80、100）、不同溶剂（如 水、乙醇等）、不同碱（如Na2CO3、K2CO3、三乙胺等）及相转移催化剂（PTC条件下 查尔酮的反应时间与转化率的关系，摸索出一种最佳的系列查尔酮的水相合成反应条 件。同时用所得到的查尔酮与丙二酸二乙酯、袱乙酸乙酯、丙二袱在20、40、60、80、100时水相中用不同碱（如Na2CO3、K2CO3、三乙胺等）及相转移催化剂（PTC）进行 一系列不同的迈克尔加成，通过对比其反应时间与转化率曲线，得到最优的水相迈克尔 加成条件。分离出的各产物通过测定熔点、红外和

15、紫外光谱加以表征；进一步考察取代 基的电子效应以及光谱学性质上的规律。第1章 查尔酮及氮杂查尔酮的合成1.1实验部分1.1.1实验药品苯乙酮分析纯国药集团化学试剂有限公司毗噬酮分析纯国药集团化学试剂有限公司苯甲醛分析纯国药集团化学试剂有限公司3-硝基苯甲醛分析纯国药集团化学试剂有限公司4-硝基苯甲醛分析纯国药集团化学试剂有限公司4-漠苯甲醛分析纯国药集团化学试剂有限公司3, 4-二氯苯甲醛分析纯中科院上海有机所化学研究院3, 4-二甲氧基苯甲醛分析纯中科院上海有机所化学研究院碳酸钠分析纯上海大合化学品有限公司碳酸钾分析纯上海大合化学品有限公司氢氧化钠分析纯蚌埠化学试剂厂乙酸乙酯分析纯无锡市业盛

16、化工有限公司石油84分析纯无锡市业盛化工有限公司无水乙醇分析纯无锡市业盛化工有限公司无水甲醇分析纯蚌埠化学试剂厂1.1.2实验仪器FC-104型电子天平上海精密科学仪器有限公司天平仪器厂SHB-IHA型循环水式多用真空泵河南省太康科教器材J101-1型电热包温鼓风干燥箱上海跃进医疗器械厂85 -1型磁力加热搅拌器上海志威电器有限公司加热套建湖县卢沟电热器厂接触调压器上海长江电气设备集团B型玻璃仪器气流烘十器郑州市上街华科仪器厂SY-1型旋转烝发仪南与卫康科教器材J薄层色谱用硅胶GF254宵岛海洋化工厂ZF-2型三用紫外仪上海巾安旱电于仪器厂数字显微熔点测定仪北京福凯仪器有限公司EQUINOX5

17、5型傅立叶变换红外光谱仪德国Bruker公司JK-50B型超声波活洗器合肥金尼克机械制造有限公司1.1.3实验原理反应式:R-CHO 十B1(B2)OH-RPX=CH;X=NR=C6H5,R=3-NO 2C6H4,R=4-NO 2C6H4,R=4-BrC 6H4R=3.4-Cl 2C6H3,R=3.4-CH 2O2C6H3Scheme 1-1反应机理:CO32-HCO 3- OScheme 1-21.1.4实验方法查尔酮的合成向一 250ml圆底烧瓶中依次加入 20mmol的苯甲醛（或带有不同取代基的苯甲醛 如：3-硝基苯甲醛，4-硝基苯甲醛，4-漠苯甲醛，3, 4-二氯苯甲醛，3, 4-二

18、甲 氧 基苯甲醛等）和20mmol苯乙酮，用150ml的水作为介质，以8mmol的碳酸钠（或碳酸 钾及氢氧化钠）为催化剂，在加热搅拌下反应直至反应结束。（具体根据薄层色谱分析/TLC来判断原料是否反应完全以及反应的转化率和选择性）。反应结束后静置加冰冷却 结晶至有产物析出，将静置液用抽滤瓶抽滤（在抽滤过程中可适当加水冲洗）得到查尔 酮产物，收集固体产品烘干。精品可通过柱层析进一步分离和提纯。氮杂查尔酮的合成氮杂查尔酮的合成与查尔酮的合成方式基本相似：向一 250ml圆底烧瓶中依次加入 20mmol的苯甲醛（或带有不同取代基的苯甲醛 如：3-硝基苯甲醛，4-硝基苯甲醛，4-漠苯甲醛，3, 4-二

19、氯苯甲醛，3, 4-二 甲 氧 基苯甲醛等）和20mmol毗噬酮，用150ml的水作为介质，以8mmol的碳酸钠（或碳酸 钾及氢氧化钠）为催化剂，在加热搅拌下反应直至反应结束。（具体根据薄层色谱分析/TLC来判断原料氢化物是否反应完全以及反应的转化率和选择性）。反应结束后静置加冰冷却结晶至有产物析出，将静置液用抽滤瓶抽滤（在抽滤过程中可适当加水冲洗）得 到氮杂查尔酮产物，收集固体产品烘干。精品可通过柱层析进一步分离和提纯。1.1.5薄层色谱分析（TLC）薄层色谱（Thin Layer Chromatography）乂叫薄板层析，常用TLC表示，是色谱法中 的一种，是快速分离和定性分析少量物质的

20、一种很重要的实验技术，届固一液吸附色谱，预试”。它兼备了柱色谱和纸色谱的优点，一方面适用丁少量样品（几到几微克，甚至0.01微克） 的分离；另一方面在制作薄层板时，把吸附层加厚加大，因此，乂可用来精制样品，此 法特别适用丁挥发性较小或较高温度易发生变化而不能用气相色谱分析的质。此外，薄 层色谱法还可用来跟踪有机反应及进行柱色谱之前的一种预试”。在进行化学反应时，常利用薄层色谱观察原料斑点的逐步消失来判断反应是否完成。原料A的样品点板反应液Q的样品点板标准产品用勺点板A Q P展开剂：PE:EA=5:1TLC点样说明图TLC点样说明图1-1不同反应时期TLC点板的现象:反应初期反应前期反应中期反

21、应后期反应结束不同时期TLC点板现象图1-21.2反应影响因素分析1.2.1反应影响因素确定原料配比、催化剂种类、催化剂用量、反应溶剂、反应本实验的主要影响因素有：温度、搅拌速度等。在催化剂种类方面我们选择碳酸钠（或碳酸钾）作为本实验的催化 剂。同时，搅拌速度在本实验中暂不做讨论。由此，本实验主要需摸索量为： 什么样 的原料配比最好、 怎样的催化剂用量最合适、 何种反应温度最佳、 何种反应溶 剂反应效果最好。本实验的探索原则：尽量以一种绿色、环境友好型的方法来合成产物，即能用弱碱的尽量不用强碱，能用低温的尽量不用高温，能用水溶剂就尽量不用有机溶剂。反应因素确定的研究方法：本实验采用控制变量法。

22、其中变量有：原料配比、催化剂用量、反应溶剂、反应温度。通过控制其中三个变量改变一个变量的方法来 平行实验，最终选择最优方案。1.2.1.1反应物料配比的确定由该反应方程式可知：该反应原料的理论配比为 A : B=1: 1。但考虑到反应实际情 况，假设一种原料物过量，可能会提高该反应的反应速率和反应产率。为验证假设是否成立，现设计探索方法如下：由丁苯甲醛，3-硝基苯甲醛，4-硝基苯甲醛，3.4-二硝基苯甲醛，4-漠苯甲醛，3.4- 二氯苯甲醛，3.4-二甲氧基苯甲醛均届丁同一系列物质，我们选用具有代表性的苯甲醛 与苯乙酮反应。同时用氢氧化钠做催化剂，EtOH作为溶剂，加热反应8小时。经实验，我们

23、得至U苯甲醛与苯乙酮在不同配比下的反应结果如表1-1:A（苯甲醛）B1（苯乙酮）产卒实验项目/mmol/mmol/%12040842203081320208743020835402086以同样的方法得到苯甲醛与毗噬酮在不同配比下的反应结果如下表1-2 :A（苯甲醛）B2（毗嚏酮）产卒实验项目/mmol/mmol/%12040812203085320208443020825402084由表1,表2实验1、2、3这三组实验数据我们可以知道当 B1,B2反应原料过量 时反应的产率变化不大。因此，我们可以断定 B1,B2过量不会明显改变反应产率。而由表1,表2的实验3、4、5这三组实验数据我们乂可知道

24、当 A反应原料过量时反应的产 率同样变化不大。因此，我们可以断定 A过量同样不会明显改变反应产率。综上所述，我们可以确定合成查尔酮和氮杂查尔酮的最佳原料配比为A:B=1:1。另外：在实际实验中，由丁查尔酮和氮杂查尔酮合成的系列反应中，原料苯乙酮和 毗噬酮为液态，而带有不同取代基的苯甲醛基本为固态。我们让苯乙酮过量5%。因为:列B过量时，我们可以用TLC检测A来判断反应进行的程度，并最终确定反应是否 完全。A为固态，B为液态，在反应结束后，B过量在抽滤时可用适量水活洗滤液去 除，以得到更纯的产品。1.2.1.2反应催化剂用量的确定由丁本实验旨在探索绿色，环境友好的查尔酮和氮杂查尔酮的合成方法。因

25、此，在 催化剂方面，我们考虑用碳酸钠或碳酸钾等弱碱性类物质来替代传统的强碱性的氢氧化为了确定合理的催化剂用量。我们选用原料A:B=1:1.05，不同摩尔量的碳酸钠（D）, 在EtOH-H2。做溶剂中加热反应后，结果如下：苯甲醛与苯乙酮反应情况如下表 1-3:实验项目A（苯甲醛）B1（苯乙酮）碳酸钠反应时间/mmol/mmol/mmol/h120214202202161532021812420211012520211211苯甲醛与毗噬酮反应情况如下表1-4 :实验项目A（苯甲醛）B2（毗嚏酮）碳酸钠反应时间/mmol/mmol/mmol/h1202142322021629320218144202

26、11013520211212由表3中1, 2,3项可知：催化剂从4mmol增加到8mmol时，反应元全所需要的时间卜降明显。3, 4,5项表明：催化剂从 8mmol增加到12mmol时，反应元全所需要的时间仍在下降，但趋势明显减缓。考虑到催化剂的有效利用和经济性，在查尔酮合成 中催化剂碳酸钠在8mmol是最佳，即物料配比为 A:B:D=1:1.05:0.4时最合理。同样表4的变化趋势与表3相似。即：催化剂从4mmol增加到8mmol时，反应完全 所需要的时间下降明显。催化剂从8mmol增加到12mmol时，反应完全所需要的时间仍 在下降，但趋势明显减缓。因此：在氮杂查尔酮合成中催化剂碳酸钠在

27、8mmol是最佳, 即物料配比为A:B:D=1:1.05:0.4时最合理。1.2.1.3反应溶剂（介质）的确定在反应中我们尝试用H2O或EtOH-H2O作为溶剂代替EtOH,以达到环境友好的目 标。由丁查尔酮和氮杂查尔酮合成的物料配比已确定。而且在物料配比和催化剂选择上我们发现两个系列的物质合成有很大的相似性。因此：在溶剂的确定过程中氮杂查尔酮 可以参照查尔酮的实验结果来确定。选用最佳的物料配比，采用 H2O, EtOH-H2O, EtOH为溶剂做对比实验如下表1-5:A （苯甲醛）B1 （苯乙酮）D （碳酸钠）产卒反应时间溶剂/mmol/mmol/mmol/%/hH2O202188713Et

28、OH-H2O202188312EtOH202188815由表5可以看出：EtOH-H2。作为溶剂的产率最低，EtOH做溶剂的产率最高。EtOH 和H2O作溶剂的产率相差很小。但从反应完全所需时间看： EtOH-H2O作为溶剂时间最 短，EtOH最长，H2O和EtOH-H 2O所需时间相差不明显。综上：考虑到水是可再生，环境友好型物质，我们认为选择水作为查尔酮和氮杂查尔酮 合成的溶剂是最好的。1.2.1.4反应温度的确定由以上确定的最佳物料配比和最优溶剂，最后确定反应最佳温度。在温度的确定过 程中氮杂查尔酮可以参照查尔酮的实验结果来确定。选择25oC （室温），60C, 100C, 150C作为

29、实验温度，在最佳物料配比和最佳溶剂下做对比实验得表1-6:实验项目A （苯甲醛）B1 （苯乙酮）D （碳酸钠）温度产率反应时间/mmol/mmol/mmol/oC/%/h12021825873022021860841932021810086134202181508010由表6可知：温度为25oC时产率最高，但反应时间是150oC时的3倍。当温度为150oC 时，反应所需的时间最短，但产率明显下降。而在100oC时，产率接近最高产率，反应100oC作为所需时间也在合理范围内。因此：对比不同温度下的产率和反应时间后，取 反应温度最为合理。综上所述：查尔酮和氮杂查尔酮合成的最佳反应温度为100oC。

30、1.2.2反应条件最优化有上述原料配比、催化剂原料、反应溶剂、反应温度的探索。我们可以确定最终的 反应最优方案为：物料配比-原料A:原料B:催化剂D=1:1.05:0.40,同时，碳酸钠为 催化剂，水作溶剂在100oC条件下反应。其过程既绿色，环保，无蠹，无害，乂能在较 短的反应时间内得到较高的产率。1.3系列查尔酮和氮杂查尔酮的合成由以上探索的最优反应条件，运用1.1.4的实验方法进行查尔酮和氮杂查尔酮系列产品的合成（通过TLC判断反应进度和完成情况）OP查尔酮系列产品的合成的反应方程式如下：R-CHOANa2CO3CH 3 H2OOR=C 6H5, R=3-NO 2C6H4, R=4-NO

31、 2C6H4, R=4-BrC 6H4R=3.4-Cl 2C6H3, R=3.4-CH 2O2C6H3Scheme 1-3氮杂查尔酮系列产品的合成的反应方程式如下:R-CHO +BR=C6H5, R=3-NO 2C6H4, R=4-NO 2C6H4, R=4-BrC 6H4 R=3.4-Cl 2C6H3, R=3.4-CH 2O2C6H3PScheme 1-41.4查尔酮和氮杂查尔酮系列产品的合成结果在水中，100oC下由最优化条件查尔酮的合成结果如下表1-7:产物产卒/%时间/h(1) aR1aC6H587131b3-NO2C6H485111c4-NO2C6H488141d4-BrC6H48

32、4131e3.4-Cl2C6H38581f3.4-CH 2O2C6H38910在水中，100oC下由最优化条件氮杂查尔酮的合成结果如下表1-8:产物(2) aR产卒/%时间/h2b3-NO2C6H482122c4-NO 2C6H 480142d4-BrC6H484112e4-OMeC 6H483132f3.4-CH 2O2C6H376141.5产物结构与性质表征1.5.1产物的物理性质查尔酮系列产品的物理性质如下表1-9:产物产品名称结构式颜色 状态 气味 熔点1a 查尔酮3-硝基查1b尔酮NO 2淡黄色固体粉末无 55-57黄色固体粉末无 147-149无 165-166固体粉末无 160-

33、1611e3.4-二氯查尔酮OUC：淡黄色固体粉末无115-1173.4-二甲OOCH3黄色固体粉末无149-1501f氧基查尔酮OCHOCH 3氮杂查尔酮系列产品的物理性质如下表1-10:产品名称结构式颜色状态 气味 熔点3-硝基氮杂查2b尔酮ONO2淡黄色固体粉末182-1834-硝基氮杂查2c尔酮O淡黄色固体粉末157-159NO24-漠氮杂查尔2dO淡黄色固体粉末154-155Br2e2f4-甲氧基杂查尔酮O淡黄色固体粉末123-124OCH 33.4-二甲氧基氮杂查尔酮OOCH3淡黄色固体粉末156-157OCH 31.5.2产物的红外表征以对硝基查尔酮为例进行红外谱图分析:sOS

34、宇 【事】ODuLIEU_IJUUE!JiL35003DDD25M2000Waven u m ber cm-11500对硝基查尔酮红外光谱图1-3吸收峰/cm-1吸收峰的归属振动形式3077, 3106C-H芳香碳氢伸缩振动2925烯烧基(-C=C-H )烯炷碳氢伸缩振动1660酮基（-C=O）碳氧双键对称伸缩振动1608烯烧基（C=C）烯炷碳碳双键伸缩振动1514硝基(C-NO 2 )硝基碳氮单键伸缩振动1412硝基（C-NO 2）硝基碳氮单键伸缩振动746 和 684苯坏芳香碳氢单键伸缩振动其它各取代查尔酮的C=O吸收波数总结如下化合物C=O吸收峰/cm-11a16641b16621d16

35、541e16641f1654C=O因与苯环共钥而使C=O得力学常数减少，振动频率减低。因为共钥效应使共粗体系中的电子云密度平均化，结果使原来的双键略有伸长（电子云密度降低）、力常数减少，使其吸收频率往往向低波数方向移动。以3.4-二甲氧基氮杂查尔酮为例进行分析：IIIIII|V|I|35G03000250。200015001000500wavenumber cm-13.4-二甲氧基氮杂查尔酮红外光谱图1-4吸收峰/cm-1吸收峰的归属振动形式3007烯烧基（-C=C-）烯炷碳氢单键伸缩振动2825甲氧基（-OCH3）甲氧基碳氧单键伸缩振动1664酮基（-C=O）碳氧双键对称伸缩振动1577烯烧

36、基（-C=C-）烯炷碳碳双键伸缩振动1523毗嚏(C=C,C=N )毗嚏碳碳，碳氮双键伸缩振动其他氮杂查尔酮产品红外谱图分析：化合物C=O吸收峰/cm-1振动形式毗嚏（C=C,C=N ）吸收峰/cm-1振动形式2b1674碳氧双键对称伸缩振动1525毗嚏碳碳，碳氮双键伸缩振动2c1678碳氧双键对称伸缩振动1512毗嚏碳碳，碳氮双键伸缩振动2d1674碳氧双键对称伸缩振动1583毗嚏碳碳，碳氮双键伸缩振动2e1668碳氧双键对称伸缩振动1597, 1512毗嚏碳碳，碳氮双键伸缩振动C=O因与苯环共钥而使C=O得力学常数减少，振动频率减低。因为共钥效应使共 轴体系中的电子云密度平均化，结果使原来

37、的双键略有伸长（电子云密度降低）、力常数减少，使其吸收频率往往向低波数方向移动。1.5.3产物的紫外表征以3-硝基查尔酮为例，其紫外吸收谱图分析如下（不同浓度叠加）：171.61.5141.3121.11.0尝 09g。8=0706050.40.3020.100-0.122024026028030032034G360380400波长3-硝基查尔酮紫外光谱图1-5由上图可知：3-硝基查尔酮的最大吸收波长为 285nm,其吸光系数为2.870其他查尔酮系列产品的紫外数据如下:产品取大吸收波长（ max/nm）吸光系数1a3082.4421c3143.0541d3162.2481e3052.4741

38、f3561.7753.4-二甲氧基氮杂查尔酮紫外光谱图1-6由上图可知：3.4-二甲氧基氮杂查尔酮的最大吸收波长为378nm,其吸光系数为1.824其他氮杂查尔酮系列产品的紫外数据如下：产品取大吸收波长/nm吸光系数2b2972.2552c3232.4462d3241.7922e3781.824说明：吸电子基会减低最大吸收波长和消光系数，并使得球基（ C=O）的红外吸 收波数蓝移；吸电子基会增高最大吸收波长和消光系数，并使得球基（ C=O）的红外吸收波数红1.6小结本章实验中，我们分别通过查尔酮（氮杂查尔酮）合成原料配比，催化剂类型，催 化剂用量、反应温度和溶剂的使用等五个方面变化来探讨不同条

39、件影响下的合成反应效 果。并试图以此寻找出一条绿色，环保，无污染的查尔酮（氮杂查尔酮）的合成方法。 同时，在最优反应条件下，通过比较系列查尔酮（氮杂查尔酮）的合成效果，来对比供 电子基团取代基与吸电子基团取代基在此合成反应的影响。并对这一系列合成产物进行光谱学分析。（1）反应条件通过以上探索，我们得到最佳的绿色合成条件为，物料配比 -原料A:原料B:催化 剂D=1:1.05:0.40，同时，碳酸钠为催化剂，水作溶剂在 100oC条件下反应。（2）取代基取代基对这些查尔酮及氮杂查尔酮生成的反应有一定的影响：供电子基团取代基苯甲醛不利丁合成反应的进行；吸电子基团取代基苯甲醛有利丁合成反应的进行。（

40、3）光谱学性质取代基对这些查尔酮及氮杂查尔酮的光谱学性质有较大影响：带有不饱和键的发色基团由丁增加了共轴程度，会使得紫外的消光系数降低，最大吸收波长发生红移，并使 得球基（C=O的红外吸收波数降低；中心原子带有孤对电子的生色基团（如甲氧基、 卤素等）会在一定程度增加紫外的消光系数，使得紫外发生蓝移，对球基（ C=O的红 外吸收波数的降低作用更为明显。第2章查尔酮的迈克尔加成反应由第一章我们知道查尔酮及氮杂查尔酮的合成完全可以用碳酸钠做催化剂、水作溶 剂来替代传统的氢氧化钠和 EtOH得到较高的产率。从而达到反应绿色、环保、无蠹、 无害的要求。为了保证实验的系统性和完整性。在第二章，我们将继续使

41、用第一章所得 到的查尔酮系列产品，尝试以碳酸钠（或碳酸钾）为催化剂，水为溶剂或无溶剂条件下 查尔酮的迈克尔加成反应。2.1实验部分2.1.1实验药品丙二酸二乙酯分析纯上海凌峰化学试剂有限公司袱乙酸乙酯分析纯国药集团化学试剂有限公司丙二腊分析纯国药集团化学试剂有限公司查尔酮分析纯第一章合成产品3-硝基查尔酮分析纯第一章合成产品4-硝基查尔酮分析纯第一章合成产品4-漠查尔酮分析纯第一章合成产品3.4-二氯查尔酮分析纯第一章合成产品3.4-二甲氧基查尔酮分析纯第一章合成产品碳酸钠分析纯上海大合化学品有限公司碳酸钾分析纯上海大合化学品有限公司相转移催化剂分析纯国药集团化学试剂有限公司氢氧化钠分析纯蚌埠

42、化学试剂厂乙酸乙酯分析纯无锡市业盛化工有限公司石油84分析纯无锡市业盛化工有限公司无水乙醇分析纯无锡市业盛化工有限公司无水甲醇分析纯蚌埠化学试剂厂2.1.2实验仪器FC-104型电子天平上海精密科学仪器有限公司天平仪器厂SHB-IHA型循环水式多用真空泵河南省太康科教器材J101-1型电热包温鼓风干燥箱上海跃进医疗器械厂85 -1型磁力加热搅拌器上海志威电器有限公司加热套建湖县卢沟电热器厂接触调压器上海长江电气设备集团B型玻璃仪器气流烘十器郑州市上街华科仪器厂SY-1型旋转烝发仪南与卫康科教器材J薄层色谱用硅胶GF254宵岛海洋化工厂ZF-2型三用紫外仪上海巾安旱电于仪器厂数字显微熔点测定仪北

43、京福凯仪器有限公司EQUINOX55型傅立叶变换红外光谱仪德国Bruker公司JK-50B型超声波活洗器合肥金尼克机械制造有限公司Scheme 2-12.1.3实验原理迈克尔加成反应是指含活泼业甲基的化合物与叫&不饱和洗基化合物或a，-昨饱和洗酸酯、a，-都饱和腊在碱性催化剂作用下的共轴加成反应，它是一类重要的形成C-C键的有机反应。迈克尔加成反应实验机理表示如下:C2H5OOCC COOC 2H 5CO32-2.1.4实验方法大多数有机反应是在有机溶液中进行的。然而，有机溶剂的性质及溶液的浓度不同， 反应结果往往不同。而且，在常规有机反应中溶剂用量一般为原料50100倍，有机溶剂的蠹性、强挥

44、发性和难以回收乂成为对环境污染的主要因素；有机溶剂的易燃易爆 乂可能造成反应的不安全；同时，有机溶剂一般较为昂贵，由丁反应中的大量使用，提 高了反应的合成成本。本实验选用三种物质（丙二酸二乙酯、袱乙酸乙酯、丙二袱）与查尔酮进行加成反 应。通过两种不同温度：25oC （室温）、80oC，不同催化剂用量和组成下在水或无溶剂条 件下进行系列对比反应。并试图通过优化实验寻找到一种绿色有效的查尔酮迈克尔加成 反应条件。其反应总的方程式为：PYGRi=COOC 2H5 ； Ri=CNR2=COOC 2H5 ； R2=CNScheme 2-22.2反应条件优化在优化实验中，我们选用无取代基查尔酮为例进行系列

45、对比反应2.2.1丙二酸二乙酯与查尔酮的加成反应条件优化该反应的反应方程式如下：EtOOC COOEtPYGScheme 2-3不同条件下丙二酸二乙酯与查尔酮的加成反应及结果如下表2-1:实验项目温度/oC溶剂催化剂组分催化剂用量/mol%4小时产率/%Exp125H2ONa2CO30.250Exp225H2ONa2CO30.450Exp325H2ONa2CO3+PTC0.25+0.04g0Exp425H2OK2CO3+PTC0.25+0.04g0Exp525H2OK2CO30.450Exp625H2OK2CO30.250Exp780H2ONa2CO30.250Exp880H2ONa2CO30

46、.450Exp980H2ONa2CO3+PTC0.25+0.04g0Exp1080H2OK2CO3+PTC0.25+0.04g0Exp1180H2OK2CO30.450Exp1280H2OK2CO30.250Exp1325/NaOH0.2593Exp1425/Na2CO30.2585Exp1525/K2CO30.2590根据上表，由Exp1、Exp2、Exp3可以看出：H2O作溶剂在25C时，N&CO3无法 催化丙二酸二乙酯与查尔酮进行迈克尔加成反应。由Exp4、Exp5、Exp6可以看出：H2O作溶剂在25C时，K2CO3同样无法催化丙 二酸二乙酯与查尔酮进行迈克尔加成反应。Exp7、Exp

47、8、Exp9表明：H2O作溶剂在80oC时，Na2CO3无法催化丙二酸二乙酯 与查尔酮进行迈克尔加成反应。Exp10、Exp11、Exp12表明：H2O作溶剂在80C时，K2CO3也无法催化丙二酸二 乙酯与查尔酮进行迈克尔加成反应。而Exp13、Exp14、Exp15表明：在无溶剂（即固相研磨）条件下， 25C时NaOH、 N&CO3、K2CO3均能催化丙二酸二乙酯与查尔酮进行迈克尔加成反应, 且4小时产率较 高。其中NaOH产率最高，K2CO3次之。综上：由上述实验可知，在溶剂 H2O中无论是25C或80C, Na2CO3和K2CO3均无 法催化丙二酸二乙酯与查尔酮进行迈克尔加成反应。在无溶

48、剂固相研磨条件下，NaOH、Na2CO3、K2CO3均能催化丙二酸二乙酯与查尔 酮进行迈克尔加成反应。且4小时反应产率均较高，其中NaOH产率最高，K2CO3次之。2.2.2袱乙酸乙酯与查尔酮的加成反应条件优化 该反应的反应方程式如下：NC COOEtPYGScheme 2-4不同条件下袱乙酸乙酯与查尔酮的加成反应及结果如下表2-2:实验项目温度/oC溶剂催化剂组分催化剂用量/mol%4小时产率/%Exp125H2ONa2CO30.250Exp225H2ONa2CO30.450Exp325H2ONa2CO3+PTC0.25+0.04g0Exp425H2OK2CO3+PTC0.25+0.04g0

49、Exp525H2OK2CO30.450Exp625H2OK2CO30.250Exp780H2ONa2CO30.2522Exp880H2ONa2CO30.4530Exp980H2ONa2CO3+PTC0.25+0.04g26Exp1080H2OK2CO3+PTC0.25+0.04g38Exp1180H2OK2CO30.4537Exp1280H2OK2CO30.2529Exp1325/NaOH0.2595Exp1425/Na2CO30.2590Exp1525/K2CO30.2592根据上表，由Exp1、Exp2、Exp3可以看出：H2O作溶剂在25C时，N&CO3无法 催化袱乙酸乙酯与查尔酮进行迈

50、克尔加成反应。由Exp4、Exp5、Exp6可以看出：H2O作溶剂在25C时，K2CO3同样无法催化袱 乙酸乙酯与查尔酮进行迈克尔加成反应。Exp7、Exp8、Exp9表明：H2O作溶剂在80oC时，N&CO3能催化袱乙酸乙酯与查 尔酮进行迈克尔加成反应。但产率较低，随催化剂用量的增加催化效果增强。且在加入相转移催化剂（PTC）后，Na2CO3催化效果有一定程度的提高。Exp10、Exp11、Exp12表明：H2O作溶剂在80C时，K2CO3也能催化袱乙酸乙酯 与查尔酮进行迈克尔加成反应。但产率较低，随催化剂用量的增加催化效果增强。且在 加入相转移催化剂（PTC）后，Na2CO3催化效果有一定

51、程度的提高。而Exp13、Exp14、Exp15表明：在无溶剂（即固相研磨）条件下， 25oC时NaOH、 N&CO3、K2CO3均能催化袱乙酸乙酯与查尔酮进行迈克尔加成反应， 且4小时产率较高。 其中NaOH产率最高，K2CO3次之。由Ex7和Exp12、Exp8和Exp11、Exp9和Exp10对比我们可以看出:80C下， K2CO3在H2O中的催化效果好丁 Na2CO3。综上：由上实验可知，在溶剂 H2O中25C, Na2CO3和K2CO3均无法催化袱乙酸乙 酯与查尔酮进行迈克尔加成反应。在溶剂H2O中80C, Na2CO3和K2CO3均能催化袱乙酸乙酯与查尔酮进行迈克尔加 成反应。随催

52、化剂用量的增加催化效果增强。且 K2CO3的催化效果好丁 Na2CO3。同时, 相转移催化剂（PTC）在一定程度上能提高催化剂效率。但两者在H2O中25oC条件下4小时产率都相对较低。在无溶剂固相研磨条件下，NaOH、Na2CO3、K2CO3均能催化袱乙酸乙酯与查尔酮 进行迈克尔加成反应。且4小时反应产率均较高，其中 NaOH产率最高,K2CO3次之。2.2.3丙二腊与查尔酮加成反应条件优化该反应的反应方程式如下：CN催化剂CN场GPYScheme 2-5不同条件下丙二腊与查尔酮的加成反应及结果如下表2-3:温度催化剂组分催化剂用量/mol%4小时产率/%实验项目/oC溶剂Exp125H2ON

53、a2CO30.2532Exp225H2ONa2CO30.4537Exp325H2ONa2CO3+PTC0.25+0.04g36Exp425H2OK2CO3+PTC0.25+0.04g40Exp525H2OK2CO30.4542Exp625H2OK2CO30.2534Exp780H2ONa2CO30.2541Exp880H2ONa2CO30.4548Exp980H2ONa2CO3+PTC0.25+0.04g46Exp1080H2OK2CO3+PTC0.25+0.04g51Exp1180H2OK2CO30.4550Exp1280H2OK2CO30.2542Exp1325/NaOH0.2595Exp

54、1425/Na2CO30.2591Exp1525/K2CO30.2593根据上表，由 Exp1、Exp2、Exp3 和 Exp7、Exp8、Exp9可以看出：H2O作溶剂在25OC或80OC时，Na2CO3均能催化丙二腊与查尔酮进行迈克尔加成反应。但产率较低， 随催化剂用量的增加催化效果增强。且在加入相转移催化剂（ PTC）后，Na2CO3催化效 果有一定程度的提高。同时，加热有利丁反应的进行。由 Exp4、Exp5、Exp6 和 Exp10、Exp11、Exp12 可以看出： H2O 作溶剂在 25C 或80OC时，K2CO3均能催化丙二腊与查尔酮进行迈克尔加成反应。但产率较低，随催化剂用量

55、的增加催化效果增强。且在加入相转移催化剂（PTC）后，Na2CO3催化效果有 一定程度的提高。同时，加热有利丁反应的进行。而Exp13、Exp14、Exp15表明：在无溶剂（即固相研磨）条件下， 25oC时NaOH、 Na2CO3、K2CO3均能催化丙二腊与查尔酮进行迈克尔加成反应，且 4小时产率较高。其 中NaOH产率最高,K2CO3次之。由Exp1和Exp6、Exp2和Exp5、Exp3和Exp4对比我们可以看出：25C下，K2CO3 在H2O中的催化效果好丁 N&CO3。由Exp7和Exp12、Exp8和Exp11、Exp9和Exp10对比我们可以看出:80C下， K2CO3在H2O中的

56、催化效果好丁 Na2CO3。综上：由上实验可知，在溶剂H2O中25oC或80C, Na2CO3和K2CO3均能催化丙二腊与查尔酮进行迈克 尔加成反应。随催化剂用量的增加催化效果增强。同时，相转移催化剂（PTC）在一定程度上能提高催化剂效率。且 K2CO3的催化效果好丁 Na2CO3。但两者在H2O中25C 条件下4小时产率都相对较低。加热更有利丁丙二腊与查尔酮进行迈克尔加成反应进行。在无溶剂固相研磨条件下，NaOH、Na2CO3、K2CO3均能催化丙二腊与查尔酮进行 迈克尔加成反应。且4小时反应产率均较高，其中 NaOH产率最高，K2CO3次之。2.3结果和讨论由上2.2.1、2.2.2、2.2.3实验我们可以得到以下结果：1. 无论室温或加热条件下，碳酸钠、碳酸钾均不能催化丙二酸二乙酯和查尔酮发生迈 克尔加成反应；2. 在加热条件下，碳酸钠、碳酸钾均能催化袱乙酸乙酯和查尔酮进行迈克尔加成反应, 且碳酸钾催化效果好丁碳酸钠，但两者反应效果均有限。而在室温下该迈克尔加成 反应却无法发生；3. 无论室温、加热条件下，碳酸钠、碳酸钾均能催化丙二腊和查尔酮进行迈克尔加成 反应。