氨基苯磺酸鋁催化苯乙酮、芳香醛和芳香胺的反應

畢曉雪

一、引言

（一）β-氨基酮Mannich反應簡介

一直以來，Mannich反應都是合成含氮化合物的最為常用的反應之一。人們對Mannich反應的興趣在于，Mannich反應產物（又叫Mannich堿）不僅在藥物、農藥、染料、調料、涂料、炸藥等方面有著廣泛的用途，而且還是有機化學中合成天然生物活性分子的重要中間體[1]。酮、醛、胺三組分合成β-氨基酮的反應是最為典型的一類Mannich反應

（二）合成β-氨基酮Mannich的方法

1. 濃HCl/EtOH作催化劑

采用HCl作催化劑所形成的鹽酸鹽極不穩定，易分解而變紅，受熱或暴露在空氣中更會加速其分解[7]。同時，濃HCl等質子酸往往是有毒、有腐蝕性的，并且反應完成以后很難實現回收利用，這就必然導致酸性廢物的排放和對環境的污染。

2. 新型催化劑

（1） Yb（OTf）3催化

王利民等取苯乙酮（2 mmol）、芳香醛（2 mmol）和芳香胺（2 mmol）加入到單口燒瓶中， 稱取Yb（OTf）3 （0.062 g， 5 mol%）加入反應燒瓶中， 加入3 mL乙醇， 室溫下攪拌8～14 h，有大量固體析出， 過濾得粗產物. 將濾液中乙醇真空旋出， 加入3 mL去離子水和3 mL乙酸乙酯溶解，分液，將水蒸干以回收催化劑。乙酸乙酯蒸干的粗產物，合并得到固體用乙醇重結晶， 得到相應的產物，其產率高達91%。

（2） 雜多酸催化

Najmodin Azizi等人用醛3（mmol），胺3.1（mmol），丁酮5（mmol），苯乙酮3（mmol）以及磷鎢酸（0.02 g）進行反應.

（三）論文選題及方向

本論文討論在50 mL反應瓶中加入11 mmol苯乙酮，10 mmol芳香醛，10 mmol芳胺，0.3 mmol Al（4-ABS）3·6H2O，5 mL乙醇，考察苯乙酮、芳香醛和芳香胺在在上述反應條件下的一鍋法”Mannich”反應。

二、實驗部分

（一）反應方程式

（二）實驗儀器

熔點用RY-1型顯微熔點儀測定;

紅外光譜用美國VARIAN公司Scimitar 2000型光譜儀測定（KBr壓片）;

核磁共振譜用Bruker ARX-600型核磁共振儀測定，DMSO-d6作溶劑，TMS作內標;

Agilent 1100系列LC/MSD VL ESI型質譜儀。

（三）合成反應

在50 mL反應瓶中加入11 mmol苯乙酮，10 mmol芳香醛，10 mmol芳香胺，0.3 mmol Al（4-ABS）3·6H2O，5 mL乙醇，在室溫下攪拌反應（TLC跟蹤反應進程），有大量固體析出。反應結束后，室溫干燥（充分揮發乙醇和水），分兩次加入60 mL熱CH2Cl2溶解產物，趁熱過濾，濾出的催化劑用CH2Cl2洗滌干燥后，直接用于下一次催化反應;有機相依次用10 mL飽和NaHCO3洗滌2次，再用無水Na2SO4干燥，蒸發溶劑得到粗產物。粗產物進一步用乙醇或乙醇-丙酮重結晶，得到的產品用IR， 1H NMR及質譜進行表征。

三、結果與討論

（一）Al（4-ABS）3·6H2O催化的Mannich反應條件的優化

以苯乙酮、苯甲醛（10 mmol）、苯胺（10 mmol）三組分Mannich反應為例，考察苯乙酮、催化劑和乙醇用量對產率的影響，反應時間5 h，其結果見表1。隨著苯乙酮用量的增加，產率逐漸升高，當苯乙酮用量高于11 mmol時，產率提高不明顯，因此，苯乙酮用量為11 mmol適宜（反應序號1-3）。催化劑用量對產率的影響較大，當其用量低于3 mol%時（基于苯甲醛用量，下同），隨著催化劑用量的增加，產率提高較大，當催化劑的用量高于3 mol%時，隨著催化劑用量的繼續增加，產率提高不明顯，因此選擇催化劑的用量為3 mol%（反應序號2， 4， 5）。此外，溶劑用量對反應有顯著影響，乙醇用量為5 mL時，產率最高，減少或增加乙醇用量，產率反而降低（反應序號2， 6， 7）。因此，較佳反應條件為苯乙酮、苯甲醛、苯胺摩爾比為1.1：1：1，Al（4-ABS）3·6H2O 3 mol%，乙醇5 mL。實驗中也考察了Al（4-ABS）3·6H2O的回收使用情況，將Al（4-ABS）3·6H2O重復使用4次，催化活性無明顯下降（反應序號2）。

（二）Al（4-ABS）3·6H2O對不同底物Mannich反應的催化效果

在較佳反應條件下，考察Al（4-ABS）3·6H2O對苯乙酮、芳香醛和芳香胺三組分“一鍋法”Mannich反應的催化效果，實驗結果見表2。可以看出，苯乙酮、苯甲醛與間、對位連有弱供電子基的芳香胺反應時，時間短，產率較高（4c， 4d）;而與間、對位上連有強吸電子基或強供電子基的芳香胺反應時，反應時間相對較長（4e-4i）。同時，芳香胺上取代基位置對產率有影響。苯乙酮、苯甲醛與鄰氯苯胺的反應，由于鄰位取代時，空間位阻較強，經過較長時間，只獲得中等產率（4b）;間、對位取代，對產率影響不大。

此外，苯乙酮、苯胺與取代芳香醛的反應，無論芳香醛的芳環上連有供電子基還是吸電子基，反應都可以順利進行（4j-4m）。當底物醛為4-OHC6H4CHO時，經過30小時，產率僅為15%（4n）。這可能是由于對羥基苯甲醛存在著醌式結構和醛式結構的平衡，羥基的強供電子作用導致醛基鈍化。

（三）催化反應機理

關于Mannich反應機理，一般認為，首先是芳香醛與芳香胺生成亞胺鹽中間體I，該中間體作為親電試劑去進攻酮的烯醇式II[23]。對本實驗Al（4-ABS）3·6H2O中的S=O有較強的雙鍵性質，在苯環的電子誘導和電子離域作用下，Al（4-ABS）3·6H2O具有強Lewis酸性，可使第一步生成的亞胺中間體更穩定，有利于I進攻酮的烯醇式II，使反應順利進行。另外，Al（4-ABS）3·6H2O分子中具有芳環結構，使催化劑與底物接觸更充分，有利于反應的進行。

四、結論

與已報道的文獻合成方法相比，Al（4-ABS）3·6H2O催化的苯乙酮、芳香醛、芳香胺三組分“一鍋法”Mannich反應，具有反應條件溫和、產率高、催化劑催化活性好、操作簡單等優點，避免了傳統合成方法使用強酸作催化劑的不足。為β-氨基酮衍生物的合成提供了新途徑，符合綠色化學要求，有潛在的應用前景。