白濤 陳海斌 趙鵬波 汪義坤 王緯東(西安瑞聯(lián)新材料股份有限公司，陜西 西安 710077)

0 引言

2-苯基-1,10-菲咯啉-4-醇及其衍生物是一類重要的二齒氮配體，它的母體結(jié)構(gòu)是由三個六元環(huán)組成的共軛芳香環(huán)體系，在結(jié)構(gòu)中存在電子密度較高的氮原子位于菲咯啉的1，10位，使其可以和金屬離子形成穩(wěn)定的五元配合物[1-5]。這些配合物在超分子化合物、光電材料、傳感器、催化劑、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛的用途[6-10]。

2-苯基-1,10-菲咯啉-4-醇及其衍生物的母核是1,10-菲咯啉，并且其在2,9位、4,7位、5,6位都是對稱的，對這些位置進(jìn)行不同的修飾，可以合成對稱的或者非對稱的1,10-菲咯啉衍生物，這些結(jié)構(gòu)修飾對其物理化學(xué)性能都會產(chǎn)生重要的影響[1]，因此1,10-菲咯啉及其衍生物結(jié)構(gòu)設(shè)計與合成一直都是有機合成中的研究熱點，菲咯啉母核的合成方法有：(1)以鄰硝基甲苯苯胺為原料，與烯酮、α-鹵代酮或者烯醛進(jìn)行Skaup反應(yīng)合成制得1,10-菲咯啉及其衍生物，反應(yīng)步驟多[11]。(2)以鄰苯二胺為原料與烯酮、烯醛、或α-鹵代酮等經(jīng)一步Skaup反應(yīng)合成得到產(chǎn)物，反應(yīng)條件苛刻，反應(yīng)過程中常采用劇毒的砷酸作為氧化劑，收率低，其合成方法還需進(jìn)一步的改進(jìn)優(yōu)化。文章設(shè)計以8-氨基喹啉和苯甲酰乙酸乙酯為原料，在對甲苯磺酸作用下進(jìn)行催化縮合，以二苯醚為溶劑進(jìn)行高溫閉環(huán)反應(yīng)，采用“一鍋法”高效合成了2-苯基-1,10-菲咯啉-4-醇(見式1)。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

R-201型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，恒溫水油浴鍋，GC-14C型氣相色譜儀(日本島津)，LC-20ATVP型高效液相色譜儀(日本島津)，GC-2010型質(zhì)譜儀(日本島津)，LC-20ATVP型液相-質(zhì)譜聯(lián)用儀(日本島津)。核磁共振氫譜采用Agilent1100-400MHz型核磁共振儀測定，CDCl3, DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)。元素分析由Elementar Vario EL測定。所用的藥品均為市售工業(yè)級原料。

1.2 實驗試劑

8-氨基喹啉，山東益增醫(yī)藥科技有限公司，工業(yè)級；苯甲酰乙酸乙酯，臺州保隆化工有限公司，工業(yè)級；對甲苯磺酸，蘇州市興業(yè)化工有限公司，工業(yè)級；二苯醚，江蘇中能化學(xué)科技股份有限公司，工業(yè)級；甲苯，中國石油化工股份有限公司，工業(yè)級。

1.3 合成方法

在氬氣保護(hù)下，向裝有機械攪拌的100mL三口燒瓶中依次加入苯甲酰乙酸乙酯(25.0mL，138.8mmol)、8-氨基喹啉(13.00g，69.4mmol)、對甲苯磺酸(0.19g，1.11mmol)，攪拌升溫至100℃，保溫反應(yīng)24h。攪拌下自然降溫至50～60℃，后加入甲苯30mL后在減壓條件下濃縮，重復(fù)此操作3次，共用甲苯90mL，然后降溫至50～60℃向體系中加入二苯醚90mL，保溫攪拌30min至體系溶解清亮，再緩慢升溫至190～200℃反應(yīng)1h后，停止反應(yīng)，經(jīng)后處理濃縮，甲苯溶解萃取，水洗，再濃縮，重結(jié)晶得到棕色固體目標(biāo)產(chǎn)品。1H NMR (CDCl3, 400mHz)δ: 8.96 (dd, J =4.4,1.6 Hz, 1H), 8.44 (m, J = 9.2 Hz, 1H), 8.32 (dd, J = 8.4,1.6 Hz,1H), 7.86～7.88 (m, 2H), 7.71 (d, J = 9.2 Hz, 1H), 7.67(dd, J =8.4,4.4 Hz, 1H),7.61～7.65 (m, 3H),6.99 (s, 1H); Anal. calcd for C8H12N2O2: C, 79.39; H, 4.44; N, 10.29; O, 5.88

2 結(jié)果與討論

為提高目標(biāo)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率和收率，我們通過以下條件實驗，尋找影響轉(zhuǎn)化率和收率的主要影響因素。

2.1.1 關(guān)環(huán)反應(yīng)溫度對轉(zhuǎn)化率和收率的影響

在反應(yīng)料比為8-氨基喹啉/苯甲酰乙酸乙酯/對甲苯磺酸=1.0/1.0/0.008的條件下，不同的關(guān)環(huán)反應(yīng)溫度的實驗結(jié)果見表1。

表1 不同溫度對收率的影響

從表1數(shù)據(jù)可以看出，反應(yīng)溫度為150℃時產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率較低，反應(yīng)溫度為200℃和260℃時，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率相對較高，從反應(yīng)的安全性和可操作性考慮，本反應(yīng)在200℃反應(yīng)結(jié)果最好。

2.1.2 催化劑對甲苯磺酸的用量對轉(zhuǎn)化率和收率的影響

在反應(yīng)料比為8-氨基喹啉：苯甲酰乙酸乙酯=1mol:1mol條件下，關(guān)環(huán)反應(yīng)溫度為200℃，調(diào)整催化劑對甲苯磺酸的用量，驗證不同的對甲苯磺酸用量(0.008mol/0.016mol/0.032mol)對反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和收率的影響：

在催化劑對甲苯磺酸用量為0.008mol時，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為51.49%；對甲苯磺酸用量為0.016mol時，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為64.12%；對甲苯磺酸用量為0.032mol時，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為65.72%。從實驗結(jié)果得出，增加對甲苯磺酸的用量，有利于產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率和收率較高，催化劑對甲苯磺酸的用量以0.016mol為最佳用量。

2.1.3 苯甲酰乙酸乙酯的用量對轉(zhuǎn)化率和收率的影響

在催化劑對甲苯磺酸用量為8-氨基喹啉/對甲苯磺酸=1.0/0.016，關(guān)環(huán)反應(yīng)溫度為200℃的條件下，不同的苯甲酰乙酸乙酯用量的實驗結(jié)果見表2。

表2 8-氨基喹啉和苯甲酰乙酸乙酯料比對收率的影響

增加苯甲酰乙酸乙酯的用量，產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率有明顯的提升。從表2數(shù)據(jù)可以看出，8-氨基喹啉/苯甲酰乙酸乙酯=1.0/2.0的料比為最優(yōu)的反應(yīng)條件，在該料比下產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率和收率均較高，再增加苯甲酰乙酸乙酯的對產(chǎn)物的收率增加不明顯。

2.1.4 反應(yīng)溶劑對轉(zhuǎn)化率和收率的影響

在料比確認(rèn)的條件下，我們還嘗試的不同的反應(yīng)溶劑對該產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率的影響，分別嘗試的二甲苯，苯甲醚和二苯醚進(jìn)行對照實驗，在二甲苯的反應(yīng)體系下，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為6.3%，基本未反應(yīng)；在苯甲醚的反應(yīng)體系下，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為38.5%，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較低；因此，該反應(yīng)選擇二苯醚為溶劑進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率最高。

通過以上條件實驗的驗證，該反應(yīng)影響轉(zhuǎn)化率的主要因素為8-氨基喹啉和苯甲酰乙酸乙酯的料比，我們確定了合成2-苯基-1,10-菲咯啉-4-醇的最佳反應(yīng)條件。8-氨基喹啉：苯甲酰乙酸乙酯：對甲苯磺酸=1mol:2mol:0.016mol，反應(yīng)溶劑為二苯醚，反應(yīng)溫度為200～210℃，“一鍋法”直接合成目標(biāo)產(chǎn)物。為該產(chǎn)物的放大生產(chǎn)提供了有效的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3 結(jié)語

文章以8-氨基喹啉和苯甲酰乙酸乙酯為原料，設(shè)計了“一鍋法”反應(yīng)合成目標(biāo)產(chǎn)物，并對其反應(yīng)溫度，催化劑，物料料比和反應(yīng)溶劑等關(guān)鍵因素進(jìn)行了優(yōu)化研究，確認(rèn)了本反應(yīng)的最佳的反應(yīng)條件，使合成的目標(biāo)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到85%以上，收率可達(dá)67.4%。該合成路線的反應(yīng)操作過程簡單，安全，可操作性強，可進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，為氮配體的衍生提供了新的方向，為該產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了有利的數(shù)據(jù)支持。