由酰胺合成噁唑環(huán)衍生物的方法研究

劉善和，梁錫臣，張濤

（安徽國星生物化學(xué)有限公司，安徽省雜環(huán)化學(xué)實驗室，安徽馬鞍山243000）

噁唑啉是一種五元含氮雜環(huán)化合物，其在工業(yè)上有著重要的應(yīng)用,它可以和多元酸、多元胺反應(yīng),制得的樹脂用于澆灌材料、粉末涂料等；和酚醛樹脂反應(yīng)，制得的聚醚酰胺樹脂可用于航空工業(yè)上；和苯并噁嗪反應(yīng)，制得的復(fù)合材料可以作燃料電池的隔膜等等。

按所用的原料不同，噁唑啉的合成方法可分為四類：第一類是用β-氨基醇和羧酸反應(yīng)來制取，反應(yīng)使用有機硼的化合物作為催化劑，由于有機硼化合物很貴、毒性很大，并且所用比例很高，使其應(yīng)用受到一定限制；第二類是β-氨基醇和羧酸酯反應(yīng)來制取，但是由于反應(yīng)中使用鑭系金屬氯化物、正丁基鋰等，價格昂貴并且反應(yīng)條件苛刻，因而工業(yè)應(yīng)用前景不大；第三類是酰胺自身發(fā)生縮合反應(yīng)制取噁唑啉，但是產(chǎn)率一般都不高；第四類是用β-醇胺和氰反應(yīng)來制取。本文主要研究了酰胺和烯烴反應(yīng)合成噁唑環(huán)衍生物的方法，并對反應(yīng)的條件進行了優(yōu)化。

1 實驗部分

1.1 主要原料

苯甲酰胺、2-丁烯、醋酸碘苯、碘。

1.2 合成原理

該反應(yīng)以苯甲酰胺和2-丁烯為起始原料，在醋酸碘苯和碘為催化劑的條件下生成產(chǎn)物1。

1.3 合成方法及分析

將121 g的苯甲酰胺和56 g的2-丁烯和一定量的催化劑加入到500 mL溶劑的三口燒瓶中，加熱攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后加水洗滌，分層取有機相后干燥，有機相減壓蒸餾除去溶劑后得到固體產(chǎn)物。

產(chǎn)物檢測方法為氣相色譜面積歸一法；色譜柱：SE-30；色譜柱規(guī)格：30 m×0.32 mm×0.5 μm。進樣口溫度260℃；檢測器溫度260℃；采用程序升溫法，色譜柱起始溫度80℃，維持5 min；升速15℃/min，末溫230℃，維持 8 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑種類對反應(yīng)的影響

將121 g的苯甲酰胺、56 g的2-丁烯和1 mol不同種類的催化劑加入到有500 mL甲苯的三口燒瓶中，50℃下攪拌反應(yīng)，6 h反應(yīng)結(jié)束后加水洗滌，分層取有機相后干燥，有機相減壓蒸餾除去溶劑后得到固體產(chǎn)物。分析后計算產(chǎn)物的產(chǎn)率，反應(yīng)的結(jié)果如表1所示。

表1 催化劑種類對反應(yīng)的影響

從表 1 可以看出，F(xiàn)eO、CuO、Co2O3、PdO、PtO2對反應(yīng)的發(fā)生沒有催化作用；單獨使用PhI（OAc）2和I2+Na2CO3的催化劑組合對反應(yīng)也沒有作用。當(dāng)使用I2+PhI（OAc）2催化劑組合時得到128 g的產(chǎn)物，產(chǎn)率為73%，所以確定以I2+PhI（OAc）2的組合作為反應(yīng)的催化劑。

2.2 催化劑用量對反應(yīng)的影響

將121 g的苯甲酰胺和56 g的2-丁烯和不同用量的I2+PhI（OAc）2的催化劑組合加入到有500 mL甲苯的三口燒瓶中，50℃下攪拌反應(yīng)，6 h反應(yīng)結(jié)束后加水水洗，分層取有機相后干燥，有機相減壓蒸餾除去溶劑得到固體產(chǎn)物。計算產(chǎn)物的產(chǎn)率，結(jié)果如表2所示。

表2 催化劑的用量對反應(yīng)的影響

從表2可以看出，隨著I2+PhI（OAc）2比例不斷升高，反應(yīng)產(chǎn)率大大提升，當(dāng)比例大于1時產(chǎn)率沒有發(fā)生明顯變化，所以確定n（苯甲酰胺）∶n（2-丁烯）∶n[I2+PhI（OAc）2]比例為1∶1∶1時為最佳。

2.3 溶劑的種類對反應(yīng)的影響

將121 g的苯甲酰胺和56 g的2-丁烯和1 mol用量I2+PhI（OAc）2的催化劑組合加入到有500 mL不同溶劑的三口燒瓶中，50℃攪拌反應(yīng)，6 h反應(yīng)結(jié)束后加水洗滌，分層取有機相后干燥，有機相減壓蒸餾除去溶劑得到固體產(chǎn)物。分析后計算產(chǎn)物的產(chǎn)率，結(jié)果如表3所示。

表3 溶劑對反應(yīng)的影響

從表3可以看出，氯仿作為溶劑效果最好，所以確定氯仿作為溶劑。

2.4 溫度對反應(yīng)的影響

將121 g的苯甲酰胺和56 g的2-丁烯和1 mol用量I2+PhI（OAc）2的催化劑組合加入到有500 mL氯仿的三口燒瓶中，在不同溫度下攪拌反應(yīng)，6 h反應(yīng)結(jié)束后加水洗滌，分層取有機相后干燥，有機相減壓蒸餾除去溶劑得到固體產(chǎn)物。計算產(chǎn)物的產(chǎn)率，結(jié)果如表4所示。

表4 溫度對反應(yīng)的影響

從表4可以看出，隨著溫度升高，產(chǎn)物的產(chǎn)率沒有明顯的變化，但當(dāng)溫度為60℃以上時，產(chǎn)率發(fā)生了減少，因而確定最佳的反應(yīng)溫度為30℃。

2.5 反應(yīng)時間對反應(yīng)的影響

將121 g的苯甲酰胺和56 g的2-丁烯和1 mol用量I2+PhI（OAc）2的催化劑組合加入到有500 mL氯仿的三口燒瓶中，在30℃下攪拌反應(yīng)不同時間，反應(yīng)結(jié)束后加水洗滌，分層取有機相后干燥，有機相減壓蒸餾除去溶劑得到固體產(chǎn)物。計算產(chǎn)物的產(chǎn)率，結(jié)果如表5所示。

表5 反應(yīng)時間對反應(yīng)的影響

從表5可以看出，當(dāng)反應(yīng)時間為6 h時反應(yīng)的產(chǎn)率就已經(jīng)達到了74%，因而確定反應(yīng)時間為6 h。

2.6 光照對反應(yīng)的影響

對反應(yīng)是否需要光照進行了研究，所有條件與2.5全部相同，一個用錫箔紙包裹避光反應(yīng)，一個在高壓汞燈的條件下進行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果如表6所示。

表6 光照對反應(yīng)的影響

從表6可以看出，此反應(yīng)在高壓汞燈照射的條件下產(chǎn)率大大提高，所以光照為必要條件。

對反應(yīng)機理的解析：根據(jù)前人對醋酸碘苯/碘體系的研究，另外參考Gottam等人[15]的研究，我們認為可能是單質(zhì)碘在醋酸碘苯的氧化下生成醋酸碘，而醋酸碘中的碘正離子可以和苯甲酰胺結(jié)合形成活性中間體N,N-二碘代對苯甲酰胺，然后活性中間體發(fā)生C-I鍵的斷裂從而形成氮卡賓，氮卡賓可以異構(gòu)化為異氰酸酯，同時被烯烴捕獲，形成終產(chǎn)物噁唑環(huán)衍生物。

3 結(jié)論

本文主要研究了酰胺和烯烴反應(yīng)合成噁唑環(huán)衍生物的方法。此反應(yīng)在以苯甲酰胺和2-丁烯為起始原料，醋酸碘苯和碘為催化劑的條件下合成噁唑環(huán)衍生物。

經(jīng)過以上優(yōu)化實驗確定最佳反應(yīng)條件如下：n（苯甲酰胺）∶n（2-丁烯）∶n（I2+PhI（OAc）2）為1∶1∶1，反應(yīng)溶劑為氯仿，反應(yīng)溫度為30℃，反應(yīng)時間為6 h，并且在光照的條件下反應(yīng)最終產(chǎn)物產(chǎn)率為92%。