李艷春，周天宇

(1.隴東學院 化學化工學院，甘肅 慶陽 745000；2.南湖小學,甘肅 平?jīng)?744603)

苯并吡喃又稱色烯，是一類由苯和吡喃稠合而成的重要的含氧雜環(huán)化合物[1]。此類化合物由于其重要的生物活性和藥理活性[2-3]，如抗發(fā)育不良、抗菌、抗癌及降血糖等[4-5]；結(jié)構(gòu)中含有氨基和氰基等基團的色烯類衍生物亦是合成復雜天然產(chǎn)物的重要結(jié)構(gòu)單元[6]?；谏╊惢衔镌卺t(yī)藥和合成中的重要性，其合成方法得到研究者們廣泛地關注。很多催化劑都被報道可用于高產(chǎn)率合成此類化合物，如十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)[7]、四丁基溴化銨(TBAB)[8]、十六烷基三甲基溴化銨/超聲[9]、K2CO3[10]、納米MgO[11],納米ZnO[12],雜多酸[13]、1,4-二氮雜二環(huán)[2.2.2]辛烷(DABCO)[14],TiCl4[15]、乙二胺四乙酸四鈉[16]、FeCl3[17]、哌啶[18]、奎寧[19]、硫脲[20]等都能有效催化該反應的進行等。這些方法在合成中取得了良好的結(jié)果，但也存在或多或少的不足，包括繁雜的步驟，長的反應時間，低產(chǎn)量、底物適用范圍有限、復雜的后處理過程，以及使用昂貴的催化劑和大量溶劑。因此，應用快速、簡單和高效的方法來制備此類骨架化合物是極其必要的。鑒于此，本文提供了一種高效簡單的合成苯并吡喃類衍生物的方法，即無溶劑條件下，Na2CO3催化芳香醛丙二腈和間苯二酚發(fā)生三組分縮合反應合成苯并吡喃類衍生物。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

1.2 試劑與儀器

95%乙醇，天津化工試劑廠，G254薄層色譜硅膠，青島海洋化工廠，其余試劑均為分析純，國藥集團有限公司；X-4顯微熔點測定儀、FTIR-8400S型傅里葉變換紅外分光光度計(日本島津公司)、抽濾泵(SHZ-0)等。

1.3 合成(以化合物a為例)

向50ml的圓底燒瓶中依次加入芳香醛53mg(5mmol)，丙二腈33mg(5mmol)，間苯二酚55mg(5mmol)和催化劑10%Na2CO38.4mg。放入磁力攪拌器中加熱至60℃反應直至結(jié)束(用薄層硅膠板跟蹤監(jiān)測反應進程)，待反應結(jié)束后，將反應產(chǎn)物用蒸餾水洗滌2～3次并抽濾，將抽濾后的產(chǎn)品用95%的乙醇進行重結(jié)晶，干燥之后稱重，得淡黃色粉末a143mg,94.4%。用類似方法合成固體b～e，其熔點與文獻[12,16]值一致。產(chǎn)物的紅外光譜(IR)數(shù)據(jù)如下(均為已知化合物)。

a:淡黃色粉末，m.p:232-235℃;IR(KBr,cm-1)ν:3502，3427(-OH),3330(-NH),2192(-CN)),1650,1620,1587(苯環(huán)骨架),1506cm-1(C=C)。

b:白色粉末，m.p:181-184℃;IR(KBr,cm-1)ν:3440,3382(-OH)，3338(-NH),2191(-CN),1647,1616,1589(苯環(huán)骨架),1508cm-1(C=C)。

c:白色粉末，m.p:113-114℃;IR(KBr,cm-1)ν:3417,3336(-OH),3245(-NH),2189(-CN),1643,1622,1604(苯環(huán)骨架)，1510cm-1(C=C)。

d:白色粉末，m.p:225-227℃;IR(KBr,cm-1)ν:3512(-OH),3336(-NH),2195(-CN)，1641,1615，1585(苯環(huán)骨架),1519cm-1(C=C)。

e:淡黃色粉末，m.p:212-215℃;IR(KBr,cm-1)ν:3422,3351(-OH),3240(-NH)，2187(-CN),1651,1625,1573(苯環(huán)骨架),1520cm-1(C=C)。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應條件的優(yōu)化

為了探究反應中各個因素對反應產(chǎn)率的影響，選擇苯甲醛、丙二腈和間苯二酚的摩爾比為1∶1∶1，催化劑Na2CO3用量為15%，反應時間為20min作為模板反應，考察反應時間、反應溫度、催化劑用量對此反應的影響。

2.1.1 反應溫度對產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

從圖1可以看出，溫度的升高對吡喃類化合物的產(chǎn)率有明顯的影響。雖然室溫下該反應也能發(fā)生，但產(chǎn)率極低，僅為37.3%，隨著溫度的不斷升高，產(chǎn)率逐漸增加。當溫度到達60℃時，結(jié)果最佳，產(chǎn)率高到81.8%；溫度過低時反應幾乎不進行，但當溫度進一步增加至高于60℃時，產(chǎn)率明顯開始降低。這可能是碳酸鈉存在下，較高溫度不利于中間體發(fā)生縮環(huán)反應；而且溫度較高時反應混合物顏色偏黃，目標物純度較差。因此，反應在60℃水浴中為宜。

圖1 反應溫度對產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

圖2 反應時間對產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

2.1.2 反應時間對產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

同理，從圖2可知，反應產(chǎn)率受時間變化影響較大，反應時間僅為5min時，即有部分白色固體析出，但經(jīng)分離得到合成a的產(chǎn)物產(chǎn)率不足20%，隨著時間的增加，產(chǎn)率開始大幅度增加，當反應時間為15min時，產(chǎn)物產(chǎn)率高達94.4%。而后當延長反應時間至20min時，產(chǎn)率反而下降，極有可能是無溶劑環(huán)境下，隨著時間的延長致使反應產(chǎn)物中高活性的羥基和氨基等官能團發(fā)生一系列副反應所致。因此，最佳反應時間為15min。

2.1.3 催化劑用量對產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

在最佳反應時間和最佳反應溫度的基礎上，進一步探究催化劑Na2CO3用量對苯并吡喃類化合物產(chǎn)率的影響。從圖3中可以明顯地看出，催化劑用量對此反應有著顯著的影響，目標產(chǎn)物a的產(chǎn)率隨Na2CO3用量的增加而增加。催化劑用量為5%時，此反應效果差，產(chǎn)物產(chǎn)率不足15%；當催化劑Na2CO3用量增加到15%，反應產(chǎn)率明顯增加，高達94.4%；而后隨著催化劑用量進一步增加至20%時，目標物反應產(chǎn)率反而開始下降，可能是由于催化劑用量過多，使得反應pH環(huán)境有所變化，從而導致產(chǎn)生一系列副反應，進而使得產(chǎn)率下降。

圖3 催化劑的用量對產(chǎn)率的影響

綜上所述，化合物a的最佳合成條件為：無溶劑環(huán)境中，芳香醛、丙二腈、巴比妥酸的摩爾比為1∶1∶1，60℃水浴，催化劑Na2CO3用量為15%mol，反應時間15分鐘。

2.2 反應底物的普適性

為了探索該反應的適應性,在上述最佳反應條件下,對不同取代的芳香醛參與此反應的情況進行了考察，結(jié)果見表1。

表1 芳香醛、丙二腈與間苯二酚的多組分反應

圖4

由表1可知：不同吸電子基和給電子基取代的芳香醛，均可良好地參與該反應(表1，序5)。但未取代的苯甲醛反應產(chǎn)率最高，達94.4%(表1，序1)；吸電子和給電子取代的苯甲醛，相應產(chǎn)物產(chǎn)率均低于苯甲醛，可能是由于引入取代基之后空間位阻增加所致；另一方面吸電子基取代的苯甲醛反應速率較給電子基取代醛得快，可能是因為吸電子基使羰基活化，從而加快了反應速率(表1，序5)。再者芳環(huán)上的空間位置對反應的影響也很大，空間位阻越大，收率越低。在相同條件下，4-硝基苯甲醛參與此縮合反應，僅回收得到90%的原料，未得到目標產(chǎn)物及其他產(chǎn)物。

2.3 產(chǎn)品紅外圖譜

如圖4所示。

3 結(jié)論

本文探討了無溶劑條件下碳酸鈉催化一鍋法合成苯并吡喃類衍生物的工藝。通過單因素實驗優(yōu)化了芳香醛、丙二腈與間苯二酚反應的工藝條件，得到合成2-氨基-3氰基-4-芳基-7-羥基-4H-苯并吡喃的最優(yōu)條件為：芳香醛、丙二腈與間苯二酚的物質(zhì)的量之比為1∶1∶1，催化劑Na2CO3用量為15%，溫度為60℃，反應時間為15min時目標產(chǎn)物的產(chǎn)率94.4%。在上述最優(yōu)條件下，通過考察反應的普適應，用不同取代基的芳香醛合成了5個2-氨基-3氰基-4-芳基-7-羥基-4H-苯并吡喃類衍生物。該反應具有較好的普適性，催化劑廉價易得，反應條件溫和，不需要分離中間產(chǎn)物，后處理簡單，為此類化合物的合成提供了一種新途徑。