化工论文开题报告

时间:2015-07-30 编辑:hjh 手机版

  题 目 3,4-二氢-2-酮衍生物的合成

  1 研究现状

  1893年, 意大利化学家 Biginelli 发现在浓盐酸催化下, 利用“一锅煮”法将芳香醛、乙酰乙酸乙酯和尿素合成了3,4-二氢-2(1H)-酮衍生物(DHPM), 这一合成反应被称为Biginelli反应或Biginelli缩合[1]。近年来研究发现, 一些二氢酮类化合物具有重要的药理活性。因此, Biginelli反应的研究引起了人们的极大重视。人们不仅对该反应机理做了深入研究,而且人们对其反应条件的探索和改进以及多样性产物的合成上做了更多的研究。从而,越来越多的催化剂及合成方法不断被发现和应用。早在1993年 Kappe 就对3, 4- 二氢- 2- 酮类化合物的研究进行了详细的综述[2]。路军等人也在2001年对3, 4- 二氢- 2- 酮类化合物在20世纪末的研究进行了综述[3]。该综述中介绍了催化合成法、固相合成法、研磨合成法等。此处将对近几年中Biginelli 3,4-二氢-2-酮衍生物合成研究的新进展做简要的综述。随着越来越多的人投入到该反应的研究中,将来一定会有更好的合成3,4-二氢-2-酮衍生物的合成方法被发现。

  1.1 催化合成法

  1.1.1 在溶剂中的催化反应

  2000年,路军等人发现Lewis酸FeCl3·6H2O和镧系金属盐LaCl3·7H2O对Biginelli反应有较好的催化效果,能够较大的提高反应速率。2010年,刘晨江就以硝酸镧为催化剂,经Biginelli反应合成了DHPM[4]。与经典Biginelli反应相比,它具有条件温和、反应时间短、产率高和操作简单等优点。

  此外人们还发现了一系列的催化剂能够有效的催化Biginelli反应。2009年裴蕾等人[5]用氨基磺酸等固体酸作催化剂于无水乙醇中以“一锅煮”的方法成功合成了DHPM。2010年,刘园等人[6]发表在氟化钙催化作用下, 通过“一锅煮”法合成了一系列3,4- 二氢- 2- 酮衍生物,且该法反应具有条件温和、反应时间短、产率高及氟化钙可重复使用的优点。值得一提的是周海霞等人[7]用表面活性剂和质子酸协同催化合成了3,4- 二氢- 2- 酮,给我们合成DHPM的新思路。

  1.1.2 无溶剂下的催化反应

  近十年来,离子液体作为催化剂和溶剂,由于其污染小、条件温和、快速高效等优点,越来越受人们关注。2006年,毕晓静等[8]综述了,就微波和离子液体在多组分缩合反应中的应用。2010年吴毅斌等人[9]对传统的Biginelli反应作了改进,采用[BPY]BF4 和FeCl36H2O为催化剂,在60℃下反应30min 即可高产率得到一系列3,4-二氢-2-酮类化合物。与单独使用氯化铁或离子液体做催化剂相比,该体系具有反应速率快,反应后处理简单、环境污染小、反应收率良好等特点。2011年杜玉英等人[10],也以[BPY][HSO4]离子液体为催化剂对Biginelli反应进行了研究。

  2008年,刘建利[11]也以CdCl2为催化剂,在微波辐射及无溶剂条件下合成了一系列DHPM。该合成反应条件温和、反应时间短、操作简便、产率高, 是一种环境友好型催化反应。近年来,有机金属磺酸盐由于具有催化活性高、对环境友好等优点而逐渐取代传统Lewis酸, 广泛用于有机合成反应中。2009年,宋志国等人[12]以邻甲基苯磺酸铜为催化剂,在90℃、无溶剂条件下,“一锅煮”法也高产率合成了 3, 4-二氢-2-酮。

  1.2 两相合成法

  2005年,Bose等[13]运用以水为基础的两相反应过程,用对甲苯磺酸作催化剂,成功合成了Biginelli产物。由此,应用反应热的放热原理,一种建立在水为基础上的两相合成3,4-二氢-2-酮衍生物的新途径被提出。水作为有机反应溶剂具有价廉、绿色、副反应少、产物易分离、损失少等众多优点,所以一直被认为是最理想的溶剂,也因此备受关注。2006年,周海霞等人[14]就用此方法,以氨基磺酸作催化剂制备了一系列3,4-二氢-2-酮衍生物,收率高达93%。2008年,丁新宇等[15]也用两相法,用三氯乙酸催化合成了3,4-二氢-2-酮,收率91%,溶剂可重复使用。

  1.3 绿色合成法

  1.3.1 微波促进合成法

  微波促进有机化学反应始于 1986年。由于微波促进反应可在溶液中或固态下进行, 具备反应时间短、操作简单且对环境无污染等优点, 因此近年来微波促进有机合成已成为合成有机化学的研究热点之一。2004年,戴冲之等人[16],用NH4Cl 作为催化剂,用无水乙醇作溶剂,在微波辐射下大大提高了Biginelli反应的收率。此改进方法具有催化剂廉价易得、反应时间短、收率高、操作简便等优点。2007年王东超等人[17]在微波辐射下,仅以六水合三氯化铁为催化剂,在无水乙醇中回流, 高效地合成了DHPM, 反应时间短、操作简便、环境友好。2009年李小六等人[18]利用微波促进的方法,通过Biginelli反应,以三氟醋酸( 或冰醋酸) 为催化剂,简便、高效地合成了3, 4-二氢-2-酮衍生物。

  1.3.2 其他绿色合成法

  人们通过大量的研究工作,除微波促进合成法外,还发现许多对环境友好的Biginelli合成方法。如:研磨合成法、超声合成法、固相合成法等[19],在这里将不做一一介绍。

  2 选题意义

  近年来人们通过对DHPM类化合物药理活性的研究, 发现此类化合物具有钙抗、降压, α1a-抗和抗癌等活性[20]。某些从海洋生物中分离出来的类生物碱有抗病毒, 抗真菌和抗癌活性,据报道有些甚至有望成为治疗艾滋病的药物。 而Biginelli 反应在某些天然产物生物碱的全合成中有广泛的应用, 尤其在许多类海洋生物碱的全合成中十分重要[21]。经典Biginelli反应的缩合产物DHPM结构中含有N(1), N(3)两个氮氢、C(2)-硫羰基/羰基、C(4)-次甲基氢、C(5)-酯基/酰基和C(6)-甲基等活性基团, 因而极易发生各种化学反应生成结构新颖的杂环化合物[22]。这些新的DHPM类化合物具有巨大的药用价值。可是传统的Biginelli合成法反应时间长、产率低,而某些新的合成方法又有催化剂昂贵、污染环境的缺点。所以开发产率高、成本低廉、反应时间短、操作简单、绿色无污染的Biginelli新方法对3, 4-二氢-2-酮类化合物的开发应用具有重要意义。

  3 研究方法

  Kappe 通过1H/13C 核磁共振检测及截留试验确证了该反应的机理[23]为:首先在酸催化剂作用下,芳香醛或酮与发生缩合反应,生成酰基亚胺正离子中间体,该中间体再与乙酰乙酸乙酯作用得到一种开链酰,然后进行分子内反应而得到3,4-二氢-2-酮衍生物。

  查阅相关文献,选择合适的、可行的合成方法(本实验选用微波辐射法合成)。

  按照成本最低收率最高原则确定最优物料比。

  用控制变量法寻找最佳反应功率及温度。

  同样用控制变量法确定最优反应时间。

  做实验报告并加以客观的讨论,完成毕业论文。

  4 研究内容

  自发现 Biginelli反应以来,虽然对合成3,4-二氢-2-酮衍生物的研究已经很多,但用不同的1,3-二酮类化合物代替“三乙”合成DHPM类化合物新产品研究得并却不多。所以,本实验将对苯乙酮代替乙酰乙酸乙酯合成3,4-二氢-2-酮衍生物的方法进行研究。并测定其熔点,红外光谱等对产物进行表征。

  (1)查阅相关文献,全面了解3,4-二氢-2-酮衍生物的合成方法,选择操作简易、产率高、绿色无污染、成本低廉且符合自己试验条件的合成路线及催化剂。本实验选用微波辐射法合成。

  (2)在微波反应管中依次加入尿素、苯乙酮、苯甲醛及催化剂,迅速安装到微波合成仪中设定工作的温度、功率和反应时间进行反应。待反应结束,冷却一段时间。

  (3)将反应得到的混合物抽滤,固体分别用冷水、体积分数为20%的乙醇水溶液洗涤。再将该固体用无水乙醇重结晶。母液浓缩后,用石油醚、乙酸乙酯柱层析分离。合并产物,计算产率。

  (4)测定实验产物的熔点,与文献值进行比对。绘制其红外光谱图并进行分析。总结实验中的不足,以便进一步优化。

  (5)改变催化剂、原料比例、反应温度、功率及反应时间重复上述实验操作,以确定最优的合成方法。

  5 参考文献

  [1] 路军,杨秉勤,白银娟,马怀让.3, 4- 二氢-2-酮衍生物合成研究进展[J]. 有机化学,2001,21(9):640-647.

  [2] 景崤壁,汤定坤,潘鑫,颜朝国.3,4-二轻-2-酮衍生物合成研究进展[J].江苏化工,2007,35(5):1-6.

  [3] 路军,杨秉勤,白银娟,马怀让.3,4-二氢-2-酮衍生物合成研究进展[J].有机化学,2001, 21(9):640-647.

  [4] 刘晨江.一个绿色有机化学实验的推荐--3, 4-二氢-(1H)-酮的绿色合成[J].广东化工,2011,38(8):204-205.

  [5] 裴蕾,宋静茹,郭英.固体酸催化合成3,4-二氢二酮类药物中间体[J].东北林业大学学报,2009,37(2):110-112.

  [6] 刘园,刘晓玲,黄国文,王清.氟化钙催化的 Biginelli 反应[J].江西师范大学学报(自然科学版),2010,34(4):374-379.

  [7] 周海霞,何淼,刘春生,罗根祥.表面活性剂和质子酸协同催化合成3,4-二氢-2-酮[J].辽宁石油化工大学学报,2006,26(1):16-18.

  [8] 毕谢静,刘瑛,李宇,肖军华.离子液体和微波在多组分缩合反应中的应用[J].辽宁石油化工大学学报,2006,26(4):129-132.

  [9] 吴毅斌,李波,陈文祥.FeCl36H2O/[bpy]BF4体系促进 Biginelli 反应的研究[J].广东化工,2010,37(8):265-266.

  [10] 杜玉英,盛万里,特日古乐,韩利民,竺宁,陈秋月. [BPy][HSO4]离子液体催化合成3,4- 二氢-2-酮[J]. 内蒙古大学学报, 2011, 46(6) : 662-665.

  [11] 刘建利. 微波辐射CdC12催化合成3, 4-二氢-2-酮[J]. 甘肃农业大学学报. 2008, 43(5) : 163-166.

  [12] 宋志国, 王x, 宫红, 姜恒. 邻甲基苯磺酸铜催化“一锅法”合成3, 4-二氢-2(1H)-酮[J]. 化学研究与应用, 2009, 21(11) : 1597-1600.

  [13] 周海霞,何淼,刘春生,罗根祥. 两相法催化合成3,4-二氢-2-酮[J].化学试剂, 2006, 28(6): 377-381.

  [14] 周海霞,何淼,刘春生,罗根祥. 两相法催化合成3,4-二氢-2-酮[J].化学试剂, 2006, 28(6):377-381.

  [15] 丁新宇,华平,施磊,殷洁. 两相法合成4-苯基-6-甲基-5-乙氧羰基-3,4-二氢-2(H)-酮[J]. 化学世界 2008,8:487-489.

  [16] 戴冲之,郭成,王建强. NH4Cl催化微波照射合成3,4-二氢- 2-酮衍生物[J].化工时报, 2004, 18(6):39-44.

  [17] 王东超,袁腾fei,杨西宁,渠桂荣. 微波辐射下 FeCl3·6H2O 催化绿色合成3,4-二轻-2-酮[J]. 有机化学, 2007, 27(8):1034-1037.

  [18] 李小六,冯俊娜,王东跃,陈华,万素英,曹克强. 微波促进下3, 4-二氢-2-酮衍生物的有效合成及其抗菌活性[J]. 河北大学学报(自然科学版), 2009, 29(5):489-494.

  [19] 景崤壁,汤定坤,潘鑫,颜朝国. 3,4-二轻-2-酮衍生物合成研究进展[J]. 江苏化工, 2007, 35(5):1-6.

  [20] 权正军,张彰,达玉霞,王喜存. 3,4- 二氢-2- 酮衍生物的合成研究新进展[J].有机化学, 2009, 29(6):876-883.

  [21] 许申鸿. Biginelli反应介绍[J].大学化学, 2004,19(5).

  [22] 权正军,张彰,达玉霞,王喜存. 3,4- 二氢- 2- 酮衍生物的合成研究新进展[J].有机化学, 2009, 29(6):876-883.

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