二苯基丙烯酮

1、引 言 二苯基丙烯酮，又叫查耳酮，是合成黃酮類化合物的重要中間體，其廣泛的存在于自然界中，在許多文獻(xiàn)中都有過從天然產(chǎn)物中分離提取查爾酮的報道1。它對植物抵抗疾病、寄生蟲等起重要作用。其本身也有重要的藥理作用。由于其分子結(jié)構(gòu)具有較大的柔性,能與不同的受體結(jié)合,因此具有廣泛的生物活性2,3。由于其顯著的生物藥理活性及獨特的可塑性結(jié)構(gòu),近年來引起了化學(xué)工作者的研究興趣。如：Laliberte R.報道了查耳酮的抗蟯蟲作用4；程桂芳，何克勤等在1996年報道了查爾酮的抗過敏性作用5,表現(xiàn)了多種藥理作用。DE VINCENZOR等在2000年發(fā)現(xiàn)了類黃酮化合物中的查爾酮,具有化學(xué)預(yù)防和抗腫瘤活性6-11

2、。同時，它還可作為抗生素、抗瘧疾的藥物成分。因此，查耳酮化合物在醫(yī)藥化學(xué)方面有廣泛的用途。 具有C=C-C=O結(jié)構(gòu)的查耳酮化合物，和兩端的苯環(huán)形成一個大的鍵。當(dāng)受到光波的照射后，電子在一定方向上發(fā)生移動，產(chǎn)生超極化效應(yīng)；此時的電子趨于離域，往往表現(xiàn)出較大的非線性光學(xué)效應(yīng)。因而，這一類的化合物在非線性光學(xué)材料方面具有廣泛的應(yīng)用前景。同時，查耳酮化合物還可以作為聚合物的支鏈，在液晶領(lǐng)域也有廣泛的用途12,13。除此之外查爾酮還是一種重要的有機(jī)合成中間體,可用于香料和藥物等精細(xì)化學(xué)品的合成14。合成查爾酮的方法很多,經(jīng)典的合成方法是使用強(qiáng)堿如醇鈉或者強(qiáng)酸在無水乙醇中催化苯乙酮和苯甲醛的羥醛縮合,合成

3、路線為: Scheme 1該反應(yīng)體系對設(shè)備腐蝕較大,產(chǎn)物不易分離且污染嚴(yán)重，且副反應(yīng)多,產(chǎn)率較低,產(chǎn)率在10% 70% 15。近年來也有報道采用金屬有機(jī)化合物 、NaOH 和1.2丁基2.3.2甲基六氟磷酸咪唑鹽、KF2Al2O3等作為堿性催化劑在溶液中合成查爾酮, 但催化劑制備較困難,價格比較昂貴,反應(yīng)時間較長,且產(chǎn)率不高。隨著各種催化劑的不斷發(fā)現(xiàn)及對反應(yīng)條件的大量探索,查爾酮的合成方法已趨向于多樣化。其代表性的合成方法有：1.溶液合成2007年董秋靜等報道16：以苯甲醛和苯乙酮衍生物為原料,在氫氧化鈉乙醇水溶液中,室溫下制備了一系列的查爾酮衍生物。方法簡單,操作容易,后處理方便,收率在60

4、%90%之間,特別適合于羥基查爾酮的合成。合成路線為： Scheme 22.微波合成自從Gedye等171986年將微波輻射用于有機(jī)合成反應(yīng)以來,微波技術(shù)在有機(jī)合成中已得到了廣泛的應(yīng)用18,19。2007年朱鳳霞等20報道了用NaOH作催化劑、無水乙醇作溶劑,在微波輻射條件下使乙?；F與芳醛發(fā)生縮合反應(yīng)以制備9個二茂鐵基查爾酮衍生物。反應(yīng)時間只需0. 54 min,產(chǎn)率61% 84%之間,操作簡便。2006年徐洲21等報道了用2-羥基苯乙酮與取代苯甲醛在20%NaOH 水溶液中,在四丁基溴化銨( TB2AB)存在下,微波輻射37min,合成了13種羥基查爾酮及其衍生物,收率良好,在57%8

5、5%之間。反應(yīng)路線為：Scheme 42007年劉興利22等報道了以硝基苯乙酮和取代苯甲醛為原料,在微波輻射無溶劑條件下,以理想的產(chǎn)率得到9個查爾酮。操作簡單、反應(yīng)速度快、產(chǎn)率高,是一種合成查爾酮的好方法。合成路線為：Scheme 5微波干法與一般溶劑反應(yīng)方法比較具有的優(yōu)勢是:(1)不受溶劑活性因素的影響,可有效減少副反應(yīng);(2)不受溶劑沸點、揮發(fā)性等因素影響,反應(yīng)可在較寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行；(3)反應(yīng)速度增大13374114倍,大大地縮短了反應(yīng)時間；(4) 目標(biāo)物的產(chǎn)率得到較大的提高。微波干法反應(yīng)的產(chǎn)率在90%98%之間,而一般溶劑反應(yīng)的產(chǎn)率在57%82%之間。因此微波干反應(yīng)法是合成查爾酮的一

6、種對環(huán)境友好、簡便、高效、實用的好方法。3.相轉(zhuǎn)移催化劑合成 2006年蔣新宇23等報道了以聚乙二醇(PEG)為相轉(zhuǎn)移催化劑進(jìn)行了苯甲醛與苯乙酮的克萊森施密特縮合反應(yīng),在較優(yōu)化的合成條件下,查耳酮產(chǎn)率可達(dá)80%。4.綠色合成 2006年段宏昌24等報道了以苯甲醛衍生物和苯乙酮為原料,弱堿碳酸鉀為催化劑,用十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)作相轉(zhuǎn)移催化劑,以水作溶劑于回流條件下反應(yīng)6h,產(chǎn)率高達(dá)90%。工藝具有反應(yīng)條件溫和、化學(xué)選擇性強(qiáng)、不用惰性氣體保護(hù)、產(chǎn)物易分離、合成方法簡單等優(yōu)點。合成路線為：Scheme 62006年吳浩25等報道了以離子液體1, 3-二丁基-2-甲基四氟硼酸咪唑鹽( d

7、bmim BF 4)為反應(yīng)溶劑,以水滑石作催化劑的綠色無污染合成查爾酮的新方法。查爾酮產(chǎn)率可以達(dá)到98. 5%。反應(yīng)體系易于產(chǎn)物分離,離子液體和水滑石可以循環(huán)使用, 具有高效、環(huán)境友好的特點,可實現(xiàn)綠色無污染合成。合成路線為: Scheme 75.室溫下合成 2008年黨珊26等報道了以未保護(hù)羥基的取代鄰羥基查爾酮(1a1e)和取代苯甲醛(2f, 2 j, 2 l, 2p, 2 t)為原料,在稀NaOH /乙醇溶液中,室溫反應(yīng),合成了23種2- 羥基查爾酮(3a3w,其中3d3w為新化合物) ,收率48%90%。合成路線為： Scheme 8此外, 2007年楊金會27等報道了以2, 4, 6

8、 - 三羥基苯乙酮和對羥基苯甲醛為起始原料,經(jīng)選擇性的甲基化,甲氧甲基化,羥醛縮合,還原,脫保護(hù)等反應(yīng)首次完成了2, 4 - 二羥基- 4, 6- 二甲氧基2二氫查爾酮的全合成,總收率40%。目標(biāo)產(chǎn)物具有抗氧化性。6.采用?；?、Fries重排和醇醛縮合反應(yīng)合成方法2008年石秀梅28等報道了利用間苯二酚作為起始原料,通過?；?、Fries重排、醇醛縮合反應(yīng)合成中間體3, 5 - 二羥基查爾酮,收率達(dá)80%。方法具有反應(yīng)時間短操作簡便、收率較好等優(yōu)點。合成路線為： Scheme 97.其他合成方法2006年廖頭根29等報道了以3, 5 - 二羥基苯甲酸為原料,分別經(jīng)酯化、甲氧甲基保護(hù)或甲基化、

9、酰肼化、氧化、醛酮縮合、脫保護(hù)基、O-基化或O-異戊烯基化等步驟,以5. 6%46%的總收率合成了8個未見文獻(xiàn)報道的查爾酮類化合物。早在1955年就有關(guān)于氮雜查爾酮合成的研究30.C.Marvel，L.E.ColemanandG.RScotc等人在研究氮雜查爾酮的合成中發(fā)現(xiàn):苯乙酮與2-吡啶甲醛按照K.Chadwell在文獻(xiàn)中所報道的制備亞節(jié)基乙酞苯的方法31沒有制得氮雜查爾酮1，而分離得到了產(chǎn)物2和3。當(dāng)溶劑中以乙醇為主時，以麥克爾加成型產(chǎn)物為主;當(dāng)溶劑中不含乙醇時，只得到了3。 綜上所述,對查爾酮類化合物合成方法的研究,人們已經(jīng)開展了較為深入系統(tǒng)的工作。隨著越來越多查爾酮化合物的發(fā)現(xiàn),化學(xué)

10、工作者的合成工作也越來越重,繼續(xù)深入研究其構(gòu)效關(guān)系,尋求簡便易行的綠色合成方法,開發(fā)生理活性好、應(yīng)用前景好的該類化合物將是今后的研究方向32。 邁克爾加成反應(yīng)33是指含活潑亞甲基的化合物與，-不飽和羰基化合物或,-不飽和羰酸酯、,-不飽和腈在堿性催化劑作用下的共軛加成反應(yīng)，它是一類重要的形成C-C鍵的有機(jī)反應(yīng)。邁克爾加成在有機(jī)合成中有著廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)上通常采用強(qiáng)堿作為催化劑，一般需要控制好反應(yīng)條件，如果堿的用量過大，反應(yīng)溫度較高、反應(yīng)時間較長，很容易產(chǎn)生供體的自縮合等副產(chǎn)物。邁克爾加成的機(jī)理33：在有機(jī)化學(xué)中,碳負(fù)離子與,-不飽和共軛體系(醛、酮、酯、腈和硝基化合物等)進(jìn)行的共軛邁克爾加成。

11、通常把能夠形成親核性碳負(fù)離子的化合物叫做給予體,而把親電的,-不飽和共軛體系稱為接受體。一般用以下通式表示:其中,y代表能和C=C共軛的吸電子基團(tuán),如-CHO,-COR,-COOR,-CN和-NO2等;HR代表含有活潑氫的化合物,是給予體,包括Lewies質(zhì)子酸,含-H的醛、酮或酯以及1,3位置上帶有吸電子基團(tuán)的物質(zhì)(主要指后者),如： 由于-COR,-COOR,-CN和-NO2的強(qiáng)吸電子性,致使活性亞甲基-CH2-中的碳原子上的電子云密度較低,它們在堿的作用下,都容易失去質(zhì)子而形成比較穩(wěn)定的碳負(fù)離子作為親核試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在邁克爾加成反應(yīng)中,常用的堿有氫氧化鈉(鉀)、乙醇鈉、叔丁醇鉀、氨基

12、鈉等強(qiáng)堿和三乙胺、六氫吡啶等弱堿。 2003年Shimizu,K.I等嘗試采用Lewis酸做催化劑，效果也不是很理想。文獻(xiàn)中有關(guān)邁克爾加成反應(yīng)的催化劑報道很多，主要有Al2O3、K2CO3、銠配合物、釕配合物、粘土負(fù)載溴化鎳等，但是許多反應(yīng)存在產(chǎn)率低，反應(yīng)時間長等缺點。 近年來，離子液體作為環(huán)境友好的溶劑和催化劑體系，其研究開發(fā)利用已越來越受到世界各國催化界和石化行業(yè)界的密切關(guān)注，離子液體與傳統(tǒng)溶劑相比，具有一系列特性，如低蒸汽壓、寬液態(tài)溫區(qū)、與反應(yīng)物具有良好的相溶性、操作處理方便、可循環(huán)使用、分子具有可設(shè)計性、酸堿催化和相轉(zhuǎn)移催化等特性。在許多的有機(jī)反應(yīng)中，特別是在催化反應(yīng)當(dāng)中，離子液體催化

13、體系都表現(xiàn)出了很高的活性和選擇性。在催化和有機(jī)合成領(lǐng)域中，離子液體酸催化一直扮演著極為重要的角色,而且堿性離子的催化應(yīng)用也開始有了一定的研究。基于上述：本文主要通過嘗試在不同溫度（如20、40、60、80、100）、不同溶劑（如水、乙醇等）、不同堿（如Na2CO3、K2CO3、三乙胺等）及相轉(zhuǎn)移催化劑（PTC）條件下查爾酮的反應(yīng)時間與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系，摸索出一種最佳的系列查爾酮的水相合成反應(yīng)條件。同時用所得到的查爾酮與丙二酸二乙酯、氰乙酸乙酯、丙二氰在20、40、60、80、100時水相中用不同堿（如Na2CO3、K2CO3、三乙胺等）及相轉(zhuǎn)移催化劑（PTC）進(jìn)行一系列不同的邁克爾加成，通過對比其

14、反應(yīng)時間與轉(zhuǎn)化率曲線，得到最優(yōu)的水相邁克爾加成條件。分離出的各產(chǎn)物通過測定熔點、紅外和紫外光譜加以表征；進(jìn)一步考察取代基的電子效應(yīng)以及光譜學(xué)性質(zhì)上的規(guī)律。第1章 查爾酮及氮雜查爾酮的合成1.1 實驗部分1.1.1實驗藥品苯乙酮分析純國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司吡啶酮分析純國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司苯甲醛分析純國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司3-硝基苯甲醛分析純國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司4-硝基苯甲醛分析純國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司4-溴苯甲醛分析純國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司3，4-二氯苯甲醛 分析純中科院上海有機(jī)所化學(xué)研究院3，4-二甲氧基苯甲醛分析純中科院上海有機(jī)所化學(xué)研究院碳酸鈉分析純上海大合化學(xué)品有限公司碳

15、酸鉀分析純上海大合化學(xué)品有限公司氫氧化鈉分析純蚌埠化學(xué)試劑廠乙酸乙酯分析純無錫市亞盛化工有限公司石油醚 分析純無錫市亞盛化工有限公司無水乙醇 分析純無錫市亞盛化工有限公司無水甲醇 分析純蚌埠化學(xué)試劑廠1.1.2實驗儀器FC-104型電子天平上海精密科學(xué)儀器有限公司天平儀器廠SHB-A型循環(huán)水式多用真空泵河南省太康科教器材廠101-1型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠85 -1型磁力加熱攪拌器上海志威電器有限公司加熱套建湖縣盧溝電熱器廠接觸調(diào)壓器上海長江電氣設(shè)備集團(tuán)B型玻璃儀器氣流烘干器鄭州市上街華科儀器廠SY-1型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀南京衛(wèi)康科教器材廠薄層色譜用硅膠GF254青島海洋化工廠ZF-2型

16、三用紫外儀上海市安亭電子儀器廠數(shù)字顯微熔點測定儀北京福凱儀器有限公司EQUINOX55型傅立葉變換紅外光譜儀德國Bruker公司JK-50B型超聲波清洗器合肥金尼克機(jī)械制造有限公司1.1.3實驗原理反應(yīng)式：Scheme 1-1反應(yīng)機(jī)理：Scheme 1-21.1.4實驗方法 查爾酮的合成向一250ml圓底燒瓶中依次加入20mmol的苯甲醛（或帶有不同取代基的苯甲醛 如：3-硝基苯甲醛，4-硝基苯甲醛， 4-溴苯甲醛，3，4-二氯苯甲醛，3，4-二甲氧基苯甲醛等）和20mmol苯乙酮，用150ml的水作為介質(zhì)，以8mmol的碳酸鈉（或碳酸鉀及氫氧化鈉）為催化劑，在加熱攪拌下反應(yīng)直至反應(yīng)結(jié)束。（具

17、體根據(jù)薄層色譜分析/TLC來判斷原料是否反應(yīng)完全以及反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性）。反應(yīng)結(jié)束后靜置加冰冷卻結(jié)晶至有產(chǎn)物析出，將靜置液用抽濾瓶抽濾（在抽濾過程中可適當(dāng)加水沖洗）得到查爾酮產(chǎn)物，收集固體產(chǎn)品烘干。精品可通過柱層析進(jìn)一步分離和提純。 氮雜查爾酮的合成氮雜查爾酮的合成與查爾酮的合成方式基本相似：向一250ml圓底燒瓶中依次加入20mmol的苯甲醛（或帶有不同取代基的苯甲醛 如：3-硝基苯甲醛，4-硝基苯甲醛， 4-溴苯甲醛，3，4-二氯苯甲醛，3，4-二甲氧基苯甲醛等）和20mmol吡啶酮，用150ml的水作為介質(zhì)，以8mmol的碳酸鈉（或碳酸鉀及氫氧化鈉）為催化劑，在加熱攪拌下反應(yīng)直至反應(yīng)結(jié)

18、束。（具體根據(jù)薄層色譜分析/TLC來判斷原料氫化物是否反應(yīng)完全以及反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性）。反應(yīng)結(jié)束后靜置加冰冷卻結(jié)晶至有產(chǎn)物析出，將靜置液用抽濾瓶抽濾（在抽濾過程中可適當(dāng)加水沖洗）得到氮雜查爾酮產(chǎn)物，收集固體產(chǎn)品烘干。精品可通過柱層析進(jìn)一步分離和提純。1.1.5薄層色譜分析（TLC）薄層色譜(Thin Layer Chromatography)又叫薄板層析，常用TLC表示，是色譜法中的一種，是快速分離和定性分析少量物質(zhì)的一種很重要的實驗技術(shù)，屬固液吸附色譜，它兼?zhèn)淞酥V和紙色譜的優(yōu)點，一方面適用于少量樣品（幾到幾微克，甚至0.01微克）的分離；另一方面在制作薄層板時，把吸附層加厚加大，因此，

19、又可用來精制樣品，此法特別適用于揮發(fā)性較小或較高溫度易發(fā)生變化而不能用氣相色譜分析的質(zhì)。此外，薄層色譜法還可用來跟蹤有機(jī)反應(yīng)及進(jìn)行柱色譜之前的一種“預(yù)試”。 在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時，常利用薄層色譜觀察原料斑點的逐步消失來判斷反應(yīng)是否完成。TLC點樣說明圖1-1不同反應(yīng)時期TLC點板的現(xiàn)象： 不同時期TLC點板現(xiàn)象圖1-21.2 反應(yīng)影響因素分析1.2.1反應(yīng)影響因素確定 本實驗的主要影響因素有：原料配比、催化劑種類、催化劑用量、反應(yīng)溶劑、反應(yīng)溫度、攪拌速度等。在催化劑種類方面我們選擇碳酸鈉（或碳酸鉀）作為本實驗的催化劑。同時，攪拌速度在本實驗中暫不做討論。由此，本實驗主要需摸索量為： 什么樣的原料配

20、比最好、 怎樣的催化劑用量最合適、 何種反應(yīng)溫度最佳、 何種反應(yīng)溶劑反應(yīng)效果最好。本實驗的探索原則：盡量以一種綠色、環(huán)境友好型的方法來合成產(chǎn)物，即 能用弱堿的盡量不用強(qiáng)堿， 能用低溫的盡量不用高溫， 能用水溶劑就盡量不用有機(jī)溶劑。反應(yīng)因素確定的研究方法：本實驗采用控制變量法。其中變量有：原料配比、催化劑用量、反應(yīng)溶劑、反應(yīng)溫度。通過控制其中三個變量改變一個變量的方法來平行實驗，最終選擇最優(yōu)方案。1.2.1.1反應(yīng)物料配比的確定 由該反應(yīng)方程式可知：該反應(yīng)原料的理論配比為A：B=1：1。但考慮到反應(yīng)實際情況，假設(shè)一種原料物過量，可能會提高該反應(yīng)的反應(yīng)速率和反應(yīng)產(chǎn)率。 為驗證假設(shè)是否成立，現(xiàn)設(shè)計探

21、索方法如下： 由于苯甲醛，3-硝基苯甲醛，4-硝基苯甲醛，3.4-二硝基苯甲醛，4-溴苯甲醛，3.4-二氯苯甲醛，3.4-二甲氧基苯甲醛均屬于同一系列物質(zhì)，我們選用具有代表性的苯甲醛與苯乙酮反應(yīng)。同時用氫氧化鈉做催化劑，EtOH作為溶劑，加熱反應(yīng)8小時。 經(jīng)實驗，我們得到苯甲醛與苯乙酮在不同配比下的反應(yīng)結(jié)果如表1-1：實驗項目A(苯甲醛)/mmolB1(苯乙酮)/mmol產(chǎn)率/%12040842203081320208743020835402086 以同樣的方法得到苯甲醛與吡啶酮在不同配比下的反應(yīng)結(jié)果如下表1-2：實驗項目A(苯甲醛)/mmolB2(吡啶酮)/mmol產(chǎn)率/%120408122

22、03085320208443020825402084 由表1，表2實驗1、2、3這三組實驗數(shù)據(jù)我們可以知道當(dāng)B1,B2反應(yīng)原料過量時反應(yīng)的產(chǎn)率變化不大。因此，我們可以斷定B1,B2過量不會明顯改變反應(yīng)產(chǎn)率。而由表1，表2的實驗3、4、5這三組實驗數(shù)據(jù)我們又可知道當(dāng)A反應(yīng)原料過量時反應(yīng)的產(chǎn)率同樣變化不大。因此，我們可以斷定A過量同樣不會明顯改變反應(yīng)產(chǎn)率。綜上所述，我們可以確定合成查爾酮和氮雜查爾酮的最佳原料配比為A:B=1:1。 另外：在實際實驗中，由于查爾酮和氮雜查爾酮合成的系列反應(yīng)中，原料苯乙酮和吡啶酮為液態(tài)，而帶有不同取代基的苯甲醛基本為固態(tài)。我們讓苯乙酮過量5%。因為：當(dāng)B過量時，我們可

23、以用TLC檢測A來判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度，并最終確定反應(yīng)是否完全。A為固態(tài)，B為液態(tài)，在反應(yīng)結(jié)束后，B過量在抽濾時可用適量水清洗濾液去除，以得到更純的產(chǎn)品。1.2.1.2反應(yīng)催化劑用量的確定 由于本實驗旨在探索綠色，環(huán)境友好的查爾酮和氮雜查爾酮的合成方法。因此，在催化劑方面，我們考慮用碳酸鈉或碳酸鉀等弱堿性類物質(zhì)來替代傳統(tǒng)的強(qiáng)堿性的氫氧化鈉。為了確定合理的催化劑用量。我們選用原料A:B=1:1.05，不同摩爾量的碳酸鈉（D），在EtOH-H2O做溶劑中加熱反應(yīng)后，結(jié)果如下：苯甲醛與苯乙酮反應(yīng)情況如下表1-3：實驗項目A(苯甲醛)/mmolB1(苯乙酮)/mmol碳酸鈉/mmol反應(yīng)時間/h1202

24、14202202161532021812420211012520211211苯甲醛與吡啶酮反應(yīng)情況如下表1-4：實驗項目A(苯甲醛)/mmolB2(吡啶酮)/mmol碳酸鈉/mmol反應(yīng)時間/h120214232202162932021814420211013520211212由表3中1，2，3項可知：催化劑從4mmol增加到8mmol時，反應(yīng)完全所需要的時間下降明顯。3，4，5項表明：催化劑從8mmol增加到12mmol時，反應(yīng)完全所需要的時間仍在下降，但趨勢明顯減緩?？紤]到催化劑的有效利用和經(jīng)濟(jì)性，在查爾酮合成中催化劑碳酸鈉在8mmol是最佳，即物料配比為A:B:D=1:1.05:0.4時

25、最合理。 同樣表4的變化趨勢與表3相似。即：催化劑從4mmol增加到8mmol時，反應(yīng)完全所需要的時間下降明顯。催化劑從8mmol增加到12mmol時，反應(yīng)完全所需要的時間仍在下降，但趨勢明顯減緩。因此：在氮雜查爾酮合成中催化劑碳酸鈉在8mmol是最佳，即物料配比為A:B:D=1:1.05:0.4時最合理。 1.2.1.3反應(yīng)溶劑（介質(zhì)）的確定在反應(yīng)中我們嘗試用H2O或EtOH-H2O作為溶劑代替EtOH，以達(dá)到環(huán)境友好的目標(biāo)。由于查爾酮和氮雜查爾酮合成的物料配比已確定。而且在物料配比和催化劑選擇上我們發(fā)現(xiàn)兩個系列的物質(zhì)合成有很大的相似性。因此：在溶劑的確定過程中氮雜查爾酮可以參照查爾酮的實驗

26、結(jié)果來確定。選用最佳的物料配比，采用H2O，EtOH-H2O，EtOH為溶劑做對比實驗如下表1-5：溶劑A（苯甲醛）/mmolB1（苯乙酮）/mmolD（碳酸鈉）/mmol產(chǎn)率/%反應(yīng)時間/hH2O202188713EtOH-H2O202188312EtOH202188815 由表5可以看出: EtOH-H2O作為溶劑的產(chǎn)率最低，EtOH做溶劑的產(chǎn)率最高。EtOH和H2O作溶劑的產(chǎn)率相差很小。但從反應(yīng)完全所需時間看：EtOH-H2O作為溶劑時間最短，EtOH最長，H2O和 EtOH-H2O所需時間相差不明顯。綜上：考慮到水是可再生，環(huán)境友好型物質(zhì)，我們認(rèn)為選擇水作為查爾酮和氮雜查爾酮合成的溶劑

27、是最好的。1.2.1.4反應(yīng)溫度的確定由以上確定的最佳物料配比和最優(yōu)溶劑，最后確定反應(yīng)最佳溫度。在溫度的確定過程中氮雜查爾酮可以參照查爾酮的實驗結(jié)果來確定。選擇25oC（室溫），60oC，100oC，150oC作為實驗溫度，在最佳物料配比和最佳溶劑下做對比實驗得表1-6：實驗項目A（苯甲醛）/mmolB1（苯乙酮）/mmolD（碳酸鈉）/mmol溫度/oC產(chǎn)率/%反應(yīng)時間/h12021825873022021860841932021810086134202181508010 由表6可知：溫度為25oC時產(chǎn)率最高，但反應(yīng)時間是150oC時的3倍。當(dāng)溫度為150oC時，反應(yīng)所需的時間最短，但產(chǎn)率明

28、顯下降。而在100oC時，產(chǎn)率接近最高產(chǎn)率，反應(yīng)所需時間也在合理范圍內(nèi)。因此：對比不同溫度下的產(chǎn)率和反應(yīng)時間后，取100oC作為反應(yīng)溫度最為合理。 綜上所述：查爾酮和氮雜查爾酮合成的最佳反應(yīng)溫度為100oC。1.2.2 反應(yīng)條件最優(yōu)化 有上述原料配比、催化劑原料、反應(yīng)溶劑、反應(yīng)溫度的探索。我們可以確定最終的反應(yīng)最優(yōu)方案為：物料配比-原料A：原料B：催化劑D=1:1.05:0.40，同時，碳酸鈉為催化劑，水作溶劑在100oC條件下反應(yīng)。其過程既綠色，環(huán)保，無毒，無害，又能在較短的反應(yīng)時間內(nèi)得到較高的產(chǎn)率。1.3系列查爾酮和氮雜查爾酮的合成由以上探索的最優(yōu)反應(yīng)條件，運用1.1.4的實驗方法進(jìn)行查爾

29、酮和氮雜查爾酮系列產(chǎn)品的合成（通過TLC判斷反應(yīng)進(jìn)度和完成情況）。 查爾酮系列產(chǎn)品的合成的反應(yīng)方程式如下：Scheme 1-3 氮雜查爾酮系列產(chǎn)品的合成的反應(yīng)方程式如下：Scheme 1-41.4 查爾酮和氮雜查爾酮系列產(chǎn)品的合成結(jié)果在水中，100oC下由最優(yōu)化條件查爾酮的合成結(jié)果如下表1-7：產(chǎn)物（1）aR產(chǎn)率/%時間/h1aC6H587131b3-NO2C6H485111c4-NO2C6H488141d4-BrC6H484131e3.4-Cl2C6H38581f3.4-CH2O2C6H38910在水中，100oC下由最優(yōu)化條件氮雜查爾酮的合成結(jié)果如下表1-8：產(chǎn)物（2）aR產(chǎn)率/%時間/h

30、2b3-NO2C6H482122c4-NO2C6H480142d4-BrC6H484112e4-OMeC6H483132f3.4-CH2O2C6H376141.5產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)表征1.5.1產(chǎn)物的物理性質(zhì)查爾酮系列產(chǎn)品的物理性質(zhì)如下表1-9：產(chǎn)物產(chǎn)品名稱結(jié)構(gòu)式顏色狀態(tài)氣味熔點1a查爾酮淡黃色固體粉末無55-571b3-硝基查爾酮黃色固體粉末無147-1491c4-硝基查爾酮淡黃色固體粉末無165-1661d4-溴查爾酮淡黃色固體粉末無160-1611e3.4-二氯查爾酮淡黃色固體粉末無115-1171f3.4-二甲氧基查爾酮黃色固體粉末無149-150氮雜查爾酮系列產(chǎn)品的物理性質(zhì)如下表1-10

31、：產(chǎn)物產(chǎn)品名稱結(jié)構(gòu)式顏色狀態(tài)氣味熔點2b3-硝基氮雜查爾酮淡黃色固體粉末無182-1832c4-硝基氮雜查爾酮淡黃色固體粉末無157-1592d4-溴氮雜查爾酮淡黃色固體粉末無154-1552e4-甲氧基雜查爾酮淡黃色固體粉末無123-1242f3.4-二甲氧基氮雜查爾酮淡黃色固體粉末無156-1571.5.2產(chǎn)物的紅外表征以對硝基查爾酮為例進(jìn)行紅外譜圖分析：對硝基查爾酮紅外光譜圖1-3吸收峰/cm-1吸收峰的歸屬振動形式3077，3106C-H芳香碳?xì)渖炜s振動2925烯烴基（-C=C-H）烯烴碳?xì)渖炜s振動1660酮基（-C=O）碳氧雙鍵對稱伸縮振動1608烯烴基（C=C）烯烴碳碳雙鍵伸縮振動

32、1514硝基( C-NO2 )硝基碳氮單鍵伸縮振動1412硝基（C-NO2）硝基碳氮單鍵伸縮振動746和684苯環(huán)芳香碳?xì)鋯捂I伸縮振動其它各取代查爾酮的C=O吸收波數(shù)總結(jié)如下化合物C=O吸收峰/cm-11a1664 1b16621d16541e16641f1654C=O因與苯環(huán)共軛而使C=O得力學(xué)常數(shù)減少，振動頻率減低。因為共軛效應(yīng)使共軛體系中的電子云密度平均化，結(jié)果使原來的雙鍵略有伸長（電子云密度降低）、力常數(shù)減少，使其吸收頻率往往向低波數(shù)方向移動。以3.4-二甲氧基氮雜查爾酮為例進(jìn)行分析：3.4-二甲氧基氮雜查爾酮紅外光譜圖1-4吸收峰/cm-1吸收峰的歸屬振動形式3007烯烴基（-C=C

33、-）烯烴碳?xì)鋯捂I伸縮振動2825甲氧基（-OCH3）甲氧基碳氧單鍵伸縮振動1664酮基（-C=O）碳氧雙鍵對稱伸縮振動1577 烯烴基（-C=C-）烯烴碳碳雙鍵伸縮振動1523 吡啶（C=C,C=N）吡啶碳碳,碳氮雙鍵伸縮振動其他氮雜查爾酮產(chǎn)品紅外譜圖分析：化合物C=O吸收峰/cm-1振動形式吡啶（C=C,C=N）吸收峰/cm-1振動形式2b1674碳氧雙鍵對稱伸縮振動1525吡啶碳碳,碳氮雙鍵伸縮振動2c1678碳氧雙鍵對稱伸縮振動1512吡啶碳碳,碳氮雙鍵伸縮振動2d1674碳氧雙鍵對稱伸縮振動1583吡啶碳碳,碳氮雙鍵伸縮振動2e1668碳氧雙鍵對稱伸縮振動1597, 1512吡啶碳碳,

34、碳氮雙鍵伸縮振動C=O因與苯環(huán)共軛而使C=O得力學(xué)常數(shù)減少，振動頻率減低。因為共軛效應(yīng)使共軛體系中的電子云密度平均化，結(jié)果使原來的雙鍵略有伸長（電子云密度降低）、力常數(shù)減少，使其吸收頻率往往向低波數(shù)方向移動。1.5.3產(chǎn)物的紫外表征以3-硝基查爾酮為例，其紫外吸收譜圖分析如下（不同濃度疊加）：3-硝基查爾酮紫外光譜圖1-5由上圖可知：3-硝基查爾酮的最大吸收波長為285nm，其吸光系數(shù)為2.870v 其他查爾酮系列產(chǎn)品的紫外數(shù)據(jù)如下：產(chǎn)品最大吸收波長(lmax/nm)吸光系數(shù)1a3082.4421c3143.0541d3162.2481e3052.4741f3561.775以3.4-二甲氧基氮

35、雜查爾酮為例，其紫外吸收譜圖分析如下（不同濃度疊加）：3.4-二甲氧基氮雜查爾酮紫外光譜圖1-6由上圖可知：3.4-二甲氧基氮雜查爾酮的最大吸收波長為378nm，其吸光系數(shù)為1.824v 其他氮雜查爾酮系列產(chǎn)品的紫外數(shù)據(jù)如下：產(chǎn)品最大吸收波長/nm吸光系數(shù)2b2972.2552c3232.4462d3241.7922e3781.824說明 ：吸電子基會減低最大吸收波長和消光系數(shù)，并使得羰基（C=O）的紅外吸收波數(shù)藍(lán)移；吸電子基會增高最大吸收波長和消光系數(shù)，并使得羰基（C=O）的紅外吸收波數(shù)紅移。1.6 小結(jié)本章實驗中，我們分別通過查爾酮（氮雜查爾酮）合成原料配比，催化劑類型，催化劑用量、反應(yīng)溫

36、度和溶劑的使用等五個方面變化來探討不同條件影響下的合成反應(yīng)效果。并試圖以此尋找出一條綠色，環(huán)保，無污染的查爾酮（氮雜查爾酮）的合成方法。同時，在最優(yōu)反應(yīng)條件下，通過比較系列查爾酮（氮雜查爾酮）的合成效果，來對比供電子基團(tuán)取代基與吸電子基團(tuán)取代基在此合成反應(yīng)的影響。并對這一系列合成產(chǎn)物進(jìn)行光譜學(xué)分析。（1）反應(yīng)條件通過以上探索，我們得到最佳的綠色合成條件為，物料配比-原料A：原料B：催化劑D=1:1.05:0.40，同時，碳酸鈉為催化劑，水作溶劑在100oC條件下反應(yīng)。（2）取代基取代基對這些查爾酮及氮雜查爾酮生成的反應(yīng)有一定的影響：供電子基團(tuán)取代基苯甲醛不利于合成反應(yīng)的進(jìn)行；吸電子基團(tuán)取代基苯

37、甲醛有利于合成反應(yīng)的進(jìn)行。（3）光譜學(xué)性質(zhì)取代基對這些查爾酮及氮雜查爾酮的光譜學(xué)性質(zhì)有較大影響：帶有不飽和鍵的發(fā)色基團(tuán)由于增加了共軛程度，會使得紫外的消光系數(shù)降低，最大吸收波長發(fā)生紅移，并使得羰基（C=O）的紅外吸收波數(shù)降低；中心原子帶有孤對電子的生色基團(tuán)（如甲氧基、鹵素等）會在一定程度增加紫外的消光系數(shù)，使得紫外發(fā)生藍(lán)移，對羰基（C=O）的紅外吸收波數(shù)的降低作用更為明顯。第2章 查爾酮的邁克爾加成反應(yīng) 由第一章我們知道查爾酮及氮雜查爾酮的合成完全可以用碳酸鈉做催化劑、水作溶劑來替代傳統(tǒng)的氫氧化鈉和EtOH得到較高的產(chǎn)率。從而達(dá)到反應(yīng)綠色、環(huán)保、無毒、無害的要求。為了保證實驗的系統(tǒng)性和完整性。

38、在第二章，我們將繼續(xù)使用第一章所得到的查爾酮系列產(chǎn)品，嘗試以碳酸鈉（或碳酸鉀）為催化劑，水為溶劑或無溶劑條件下查爾酮的邁克爾加成反應(yīng)。2.1實驗部分2.1.1實驗藥品 丙二酸二乙酯分析純上海凌峰化學(xué)試劑有限公司氰乙酸乙酯分析純國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司丙二腈分析純國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司查爾酮分析純第一章合成產(chǎn)品3-硝基查爾酮分析純第一章合成產(chǎn)品4-硝基查爾酮分析純第一章合成產(chǎn)品4-溴查爾酮分析純第一章合成產(chǎn)品3.4-二氯查爾酮分析純第一章合成產(chǎn)品3.4-二甲氧基查爾酮分析純第一章合成產(chǎn)品碳酸鈉分析純上海大合化學(xué)品有限公司碳酸鉀分析純上海大合化學(xué)品有限公司相轉(zhuǎn)移催化劑分析純國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公

39、司氫氧化鈉分析純蚌埠化學(xué)試劑廠乙酸乙酯分析純無錫市亞盛化工有限公司石油醚分析純無錫市亞盛化工有限公司無水乙醇分析純無錫市亞盛化工有限公司無水甲醇分析純蚌埠化學(xué)試劑廠2.1.2實驗儀器FC-104型電子天平上海精密科學(xué)儀器有限公司天平儀器廠SHB-A型循環(huán)水式多用真空泵河南省太康科教器材廠101-1型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠85 -1型磁力加熱攪拌器上海志威電器有限公司加熱套建湖縣盧溝電熱器廠接觸調(diào)壓器上海長江電氣設(shè)備集團(tuán)B型玻璃儀器氣流烘干器鄭州市上街華科儀器廠SY-1型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀南京衛(wèi)康科教器材廠薄層色譜用硅膠GF254青島海洋化工廠ZF-2型三用紫外儀上海市安亭電子儀器廠數(shù)字顯

40、微熔點測定儀北京福凱儀器有限公司EQUINOX55型傅立葉變換紅外光譜儀德國Bruker公司JK-50B型超聲波清洗器合肥金尼克機(jī)械制造有限公司2.1.3實驗原理 邁克爾加成反應(yīng)是指含活潑亞甲基的化合物與，-不飽和羰基化合物或,-不飽和羰酸酯、,-不飽和腈在堿性催化劑作用下的共軛加成反應(yīng)，它是一類重要的形成C-C鍵的有機(jī)反應(yīng)。 邁克爾加成反應(yīng)實驗機(jī)理表示如下：Scheme 2-12.1.4實驗方法 大多數(shù)有機(jī)反應(yīng)是在有機(jī)溶液中進(jìn)行的。然而，有機(jī)溶劑的性質(zhì)及溶液的濃度不同，反應(yīng)結(jié)果往往不同。而且，在常規(guī)有機(jī)反應(yīng)中溶劑用量一般為原料 50100 倍，有機(jī)溶劑的毒性、強(qiáng)揮發(fā)性和難以回收又成為對環(huán)境污

41、染的主要因素；有機(jī)溶劑的易燃易爆又可能造成反應(yīng)的不安全；同時，有機(jī)溶劑一般較為昂貴，由于反應(yīng)中的大量使用，提高了反應(yīng)的合成成本。本實驗選用三種物質(zhì)（丙二酸二乙酯、氰乙酸乙酯、丙二氰）與查爾酮進(jìn)行加成反應(yīng)。通過兩種不同溫度：25oC（室溫）、80oC,不同催化劑用量和組成下在水或無溶劑條件下進(jìn)行系列對比反應(yīng)。并試圖通過優(yōu)化實驗尋找到一種綠色有效的查爾酮邁克爾加成反應(yīng)條件。其反應(yīng)總的方程式為：Scheme 2-2 。2.2反應(yīng)條件優(yōu)化在優(yōu)化實驗中，我們選用無取代基查爾酮為例進(jìn)行系列對比反應(yīng)2.2.1 丙二酸二乙酯與查爾酮的加成反應(yīng)條件優(yōu)化該反應(yīng)的反應(yīng)方程式如下：Scheme 2-3不同條件下丙二酸

42、二乙酯與查爾酮的加成反應(yīng)及結(jié)果如下表2-1：實驗項目溫度/oC溶劑催化劑組分催化劑用量 /mol%4小時產(chǎn)率/%Exp125H2ONa2CO30.250Exp225H2ONa2CO30.450Exp325H2ONa2CO3+PTC0.25+0.04g0Exp425H2OK2CO3+PTC0.25+0.04g0Exp525H2OK2CO30.450Exp625H2OK2CO30.250Exp780H2ONa2CO30.250Exp880H2ONa2CO30.450Exp980H2ONa2CO3+PTC0.25+0.04g0Exp1080H2OK2CO3+PTC0.25+0.04g0Exp1180

43、H2OK2CO30.450Exp1280H2OK2CO30.250Exp1325/NaOH0.2593Exp1425/Na2CO30.2585Exp1525/K2CO30.2590根據(jù)上表，由Exp1、Exp2、Exp3可以看出：H2O作溶劑在25oC時，Na2CO3無法催化丙二酸二乙酯與查爾酮進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)。由Exp4、Exp5、Exp6可以看出： H2O作溶劑在25oC時，K2CO3同樣無法催化丙二酸二乙酯與查爾酮進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)。Exp7、Exp8、Exp9表明：H2O作溶劑在80oC時，Na2CO3無法催化丙二酸二乙酯與查爾酮進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)。Exp10、Exp11、Exp12

44、表明：H2O作溶劑在80oC時，K2CO3也無法催化丙二酸二乙酯與查爾酮進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)。而Exp13、Exp14、Exp15表明：在無溶劑（即固相研磨）條件下，25oC時NaOH、Na2CO3、K2CO3均能催化丙二酸二乙酯與查爾酮進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)，且4小時產(chǎn)率較高。其中NaOH產(chǎn)率最高，K2CO3次之。 綜上：由上述實驗可知，在溶劑H2O中無論是25oC或80oC，Na2CO3和K2CO3均無法催化丙二酸二乙酯與查爾酮進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)。在無溶劑固相研磨條件下，NaOH、Na2CO3、K2CO3均能催化丙二酸二乙酯與查爾酮進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)。且4小時反應(yīng)產(chǎn)率均較高，其中NaOH產(chǎn)率最高

45、，K2CO3次之。2.2.2 氰乙酸乙酯與查爾酮的加成反應(yīng)條件優(yōu)化該反應(yīng)的反應(yīng)方程式如下：Scheme 2-4實驗項目溫度/oC溶劑催化劑組分催化劑用量 /mol%4小時產(chǎn)率/%Exp125H2ONa2CO30.250Exp225H2ONa2CO30.450Exp325H2ONa2CO3+PTC0.25+0.04g0Exp425H2OK2CO3+PTC0.25+0.04g0Exp525H2OK2CO30.450Exp625H2OK2CO30.250Exp780H2ONa2CO30.2522Exp880H2ONa2CO30.4530Exp980H2ONa2CO3+PTC0.25+0.04g26E

46、xp1080H2OK2CO3+PTC0.25+0.04g38Exp1180H2OK2CO30.4537Exp1280H2OK2CO30.2529Exp1325/NaOH0.2595Exp1425/Na2CO30.2590Exp1525/K2CO30.2592不同條件下氰乙酸乙酯與查爾酮的加成反應(yīng)及結(jié)果如下表2-2：根據(jù)上表，由Exp1、Exp2、Exp3可以看出：H2O作溶劑在25oC時，Na2CO3無法催化氰乙酸乙酯與查爾酮進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)。由Exp4、Exp5、Exp6可以看出： H2O作溶劑在25oC時，K2CO3同樣無法催化氰乙酸乙酯與查爾酮進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)。Exp7、Exp8、E

47、xp9表明：H2O作溶劑在80oC時，Na2CO3能催化氰乙酸乙酯與查爾酮進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)。但產(chǎn)率較低，隨催化劑用量的增加催化效果增強(qiáng)。且在加入相轉(zhuǎn)移催化劑（PTC）后，Na2CO3催化效果有一定程度的提高。Exp10、Exp11、Exp12表明：H2O作溶劑在80OC時，K2CO3也能催化氰乙酸乙酯與查爾酮進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)。但產(chǎn)率較低，隨催化劑用量的增加催化效果增強(qiáng)。且在加入相轉(zhuǎn)移催化劑（PTC）后，Na2CO3催化效果有一定程度的提高。而Exp13、Exp14、Exp15表明：在無溶劑（即固相研磨）條件下，25oC時NaOH、Na2CO3、K2CO3均能催化氰乙酸乙酯與查爾酮進(jìn)行邁克爾

48、加成反應(yīng)，且4小時產(chǎn)率較高。其中NaOH產(chǎn)率最高，K2CO3次之。 由Ex7和Exp12、Exp8和Exp11、Exp9和Exp10對比我們可以看出：80oC下，K2CO3在H2O中的催化效果好于Na2CO3。 綜上：由上實驗可知，在溶劑H2O中25oC，Na2CO3和K2CO3均無法催化氰乙酸乙酯與查爾酮進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)。在溶劑H2O中80oC，Na2CO3和K2CO3均能催化氰乙酸乙酯與查爾酮進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)。隨催化劑用量的增加催化效果增強(qiáng)。且K2CO3的催化效果好于Na2CO3。同時，相轉(zhuǎn)移催化劑（PTC）在一定程度上能提高催化劑效率。但兩者在H2O中25oC條件下4小時產(chǎn)率都相對較

49、低。在無溶劑固相研磨條件下，NaOH、Na2CO3、K2CO3均能催化氰乙酸乙酯與查爾酮進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)。且4小時反應(yīng)產(chǎn)率均較高，其中NaOH產(chǎn)率最高，K2CO3次之。2.2.3 丙二腈與查爾酮加成反應(yīng)條件優(yōu)化該反應(yīng)的反應(yīng)方程式如下：Scheme 2-5實驗項目溫度/oC溶劑催化劑組分催化劑用量 /mol%4小時產(chǎn)率/%Exp125H2ONa2CO30.2532Exp225H2ONa2CO30.4537Exp325H2ONa2CO3+PTC0.25+0.04g36Exp425H2OK2CO3+PTC0.25+0.04g40Exp525H2OK2CO30.4542Exp625H2OK2CO30

50、.2534Exp780H2ONa2CO30.2541Exp880H2ONa2CO30.4548Exp980H2ONa2CO3+PTC0.25+0.04g46Exp1080H2OK2CO3+PTC0.25+0.04g51Exp1180H2OK2CO30.4550Exp1280H2OK2CO30.2542Exp1325/NaOH0.2595Exp1425/Na2CO30.2591Exp1525/K2CO30.2593不同條件下丙二腈與查爾酮的加成反應(yīng)及結(jié)果如下表2-3：根據(jù)上表，由Exp1、Exp2、Exp3和Exp7、Exp8、Exp9可以看出：H2O作溶劑在25OC或80OC時，Na2CO3均能催化丙二腈與查爾酮進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)。但產(chǎn)率較低，隨催化劑用量的增加催化效果增強(qiáng)。且在加入相轉(zhuǎn)移催化劑（PTC）后，Na2CO3催化效果有一定程度的提高。同時，加熱有利于反應(yīng)的進(jìn)行。由Exp4、Exp5、Exp6和Exp10、Exp11、Exp12可以看出： H2O作溶劑在25OC或80OC時，K2CO3均能催化丙二腈與查爾酮進(jìn)行邁克爾加成反應(yīng)。但產(chǎn)率較