超聲波下β-環(huán)糊精催化合成3，4-二氫嘧啶-2-酮

任鳳蘭

(湖洲第十二中學(xué)，浙江湖州 313000)

β-環(huán)糊精的催化作用能提高反應(yīng)物在溶劑中的溶解度，使反應(yīng)在溫和的環(huán)境中有效進(jìn)行。本身安全無(wú)毒，價(jià)格低廉[1］。超聲波輻射合成的優(yōu)越特點(diǎn)是能加快反應(yīng)速度且提高產(chǎn)率、反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡(jiǎn)單、無(wú)二次污染[2］。傳統(tǒng)的3，4-二氫嘧啶-2-酮的合成方法是用芳醛、乙酰乙酸乙酯和尿素在鹽酸的催化下得到此類化合物。但是該反應(yīng)存在反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)(18 h)、產(chǎn)率低(20% ～50%)等特點(diǎn)[3］。

本文采用超聲波輻射條件，β-環(huán)糊精做催化劑合成3，4-二氫嘧啶-2-酮，選擇單因素試驗(yàn)探索了反應(yīng)的最優(yōu)化條件，反應(yīng)操作簡(jiǎn)便、縮合反應(yīng)時(shí)間短、溫度低能夠極大地提高反應(yīng)的產(chǎn)率，具有安全、高效、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，為3，4-二氫嘧啶-2-酮的制備提供了一個(gè)安全、高速、高效的途徑，同時(shí)拓寬了β-環(huán)糊精在藥物合成中的應(yīng)用范圍，具有十分重要的意義。目前為止，該方法未見報(bào)道，因此本實(shí)驗(yàn)具有一定的創(chuàng)新意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

1730型紅外分光光度儀(美國(guó)Perkin Elmer);KQ-5200DE型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司);BS124S型電子天平(北京塞多利斯科學(xué)儀器有限公司);WRS-1A數(shù)字熔點(diǎn)儀;玻璃儀器氣流烘干器(凱鵬實(shí)驗(yàn)儀器有限公司);電爐(浙江上虞市通州實(shí)驗(yàn)儀器廠);所用試劑:苯甲醛、95%的乙醇、β-環(huán)糊精、乙酰乙酸乙酯和尿素。

1.2 合成方法

在100 mL圓底燒瓶中，依次加入20 mL 95%的乙醇、苯甲醛、乙酰乙酸乙酯、尿素、β-環(huán)糊精、濃鹽酸，充分搖勻，安裝回流冷凝管，然后放置在超聲波清洗器中，在一定溫度和超聲功率下反應(yīng)一段時(shí)間。反應(yīng)完畢，將反應(yīng)物在室溫中稍冷卻，倒入盛有冰水的燒杯中，靜置20～30 min，沉降、抽濾，依次用冰水、50%的乙醇洗滌，干燥2 h，稱重，計(jì)算產(chǎn)率，測(cè)熔點(diǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)物3，4-二氫嘧啶-2-酮的定性

反應(yīng)得到的3，4-二氫嘧啶-2-酮為白色粉末。利用數(shù)字熔點(diǎn)儀測(cè)得3，4-二氫嘧啶-2-酮熔點(diǎn)為205.2～207.6℃，與文獻(xiàn)報(bào)道的熔點(diǎn)205～207℃基本一致。結(jié)合產(chǎn)品的物理狀態(tài)，確定該物質(zhì)是3，4-二氫嘧啶-2-酮。

2.2 條件優(yōu)化

單因素變量的實(shí)驗(yàn)表格如表1～5所示。

2.2.1β－環(huán)糊精用量對(duì)收率的影響

固定n(苯甲醛)∶n(乙酰乙酸乙酯)∶n(尿素)為1.0 ∶1.2 ∶1.5，濃鹽酸的體積為0.25 mL，乙醇的體積為25 mL，反應(yīng)時(shí)間為75 min。改變?chǔ)?環(huán)糊精的用量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 β-環(huán)糊精用量對(duì)收率的影響

2.2.2 反應(yīng)物配比對(duì)收率的影響

保持β-環(huán)糊精的用量為2.5 mmol，濃鹽酸的體積為0.25 mL，乙醇的體積為25 mL，改變反應(yīng)物的物質(zhì)的量比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 反應(yīng)物物質(zhì)的量比對(duì)收率的影響

2.2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)收率的影響

選擇n(苯甲醛)∶n(乙酰乙酸乙酯)∶n(尿素)為 1.0 ∶1.2 ∶1.5，β-環(huán)糊精的用量為 2.5 mmol，濃鹽酸的體積為0.25 mL，乙醇的體積為25 mL。只改變反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)收率的影響

從表3可以看出，反應(yīng)時(shí)間在45 min以下時(shí)，反應(yīng)不完全。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，收率不斷提高，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到75 min時(shí)，收率不再增加，說(shuō)明反應(yīng)在75 min時(shí)，收率最高。綜合考慮，選擇反應(yīng)時(shí)間為75 min。

2.2.4 反應(yīng)溫度對(duì)收率的影響

選擇反應(yīng)的時(shí)間為75 min，保持n(苯甲醛)∶n(乙酰乙酸乙酯) ∶n(尿素)為1.0∶1.2∶1.5，β-環(huán)糊精的用量為2.5 mmol，濃鹽酸的體積為0.25 mL，乙醇的體積為25 mL。只改變反應(yīng)溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 反應(yīng)溫度對(duì)收率的影響

從表4可看出，反應(yīng)溫度在45℃以下時(shí)，反應(yīng)不完全。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，收率不斷提高，當(dāng)溫度達(dá)到75℃時(shí)收率不再增加，說(shuō)明反應(yīng)在75℃時(shí)，收率最高。綜合考慮選擇反應(yīng)溫度為75℃。

2.2.5 超聲波功率對(duì)收率的影響

選擇反應(yīng)溫度為75℃，保持n(苯甲醛)∶n(乙酰乙酸乙酯) ∶n(尿素)為1.0∶1.2∶1.5，β-環(huán)糊精的用量為2.5 mmol，反應(yīng)時(shí)間為75 min，濃鹽酸的體積為0.25 mL，乙醇的體積為25 mL。只改變超聲波功率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 超聲波功率對(duì)收率的影響

從表5可以看出，超聲波功率在100 W以下時(shí)，反應(yīng)不完全。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，收率不斷提高，當(dāng)超聲波功率達(dá)到130 W時(shí)收率不再增加，說(shuō)明反應(yīng)在超聲波功率達(dá)140 W時(shí)，收率最高。綜合考慮，選擇超聲波功率140 W。

選擇在上述最佳條件下，即催化劑用量為2.5 mmol，n(苯甲醛)∶n(乙酰乙酸乙酯)∶n(尿素)為1.0 ∶1.2∶1.5，反應(yīng)時(shí)間 75 min，反應(yīng)溫度 75 ℃，超聲波功率為140 W的反應(yīng)條件下，合成3，4-二氫嘧啶-2-酮，反應(yīng)收率最高為78.5%。

3 結(jié)論

以β-環(huán)糊精催化合成3，4-二氫嘧啶-2-酮，是一條安全、高效、環(huán)保的合成路線，當(dāng)反應(yīng)條件為催化劑用量2.5 mmol，n(苯甲醛)∶n(乙酰乙酸乙酯) ∶n(尿素)為1.0∶1.2 ∶1.5，溫度，75 ℃、時(shí)間為75 min，功率為140 W時(shí)，反應(yīng)收率最高，最高收率為78.5%。

[1]吳文娟，關(guān)玉群.β-環(huán)糊精聚合物與藥物包合作用的研究[J］.西北藥學(xué)雜志，2002，17(2):71-72.

[2]路 軍，王飛利，白銀娟.NiCl2·6H2O催化的Biginelli反應(yīng)一鍋法合成3，4-二氫嘧啶-2-酮[J］.有機(jī)化學(xué)，2002，2(22):788-792.

[3]Hu E H，Sidler D R，Dolling U H.Unprecedented catalytic three component one-pot condensation reactionof 5-alkoxycarbony l，4-aryl-3 ，4-dihydropyrimidin-2(1H)-ones[J］.JOrganicChemistry，1998，63(10):34-54.