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1、 . . 新技术新方法合成3,4-二氢嘧啶-2-酮类化合物周韬摘要:本实验在无氧的条件下利用乙酰乙酸乙酯、苯甲醛和脲进行一锅反应制备了3,4-二氢嘧啶-2-酮,此方法为著名的Bilinelli反应。提纯产物之后,对产物进行了红外、HPLC、核磁等一系列的表征。关键词:Bilinelli反应,无氧条件,核磁氢谱引言:3,4-二氢嘧啶-2-酮衍生物通常具有广泛的生物活性,如抗病毒、抗肿瘤、抗菌和消炎作用等。1893年,Biginelli用芳香醛、乙酰乙酸乙酯、尿素在盐酸催化下首次得到此类化合物,但存在反应时间长,产率低等缺点。为了改进这些缺点,后来发展了微波技术、超声技术、固相合成、无溶剂合成等几
2、种新的合成方法。本实验采用不同于盐酸的新催化剂CoC16H2O来制备二氢嘧啶酮的外消旋体,结果显示这种方法在保证一定产率的前提下,大大缩短了反应时间。1、实验部分1.1原理本实验用乙酸乙酯、苯甲醛和脲进行一锅反应制备3,4-二氢嘧啶-2-酮,该方法被称为Bilinelli反应,反应的通式如下图 1 Bilinelli反应通式当然,反应中还会产生水。实验中采用常规无氧(尽可能无水)操作合成3,4-二氢嘧啶-2-酮的消旋体。反应的进程用薄层色谱跟踪,得到的产物进行红外、HPLC、核磁等的表征。马金广在“3,4-二氢嘧啶-2(1H)-酮的合成与理论研究1”中结合前人的研究,在几种可能的反应机理中确定
3、了Bilinelli反应的反应机理如下1.2试剂与仪器1.2.1试剂乙酰乙酸乙酯(AR),苯甲醛(AR),脲(AR),氯化钴,无水乙醇,去离子水,氮气瓶1.2.2仪器磁力搅拌器,50mL圆底烧瓶,油浴锅与加热装置,薄层色谱,布氏漏斗,烘箱,电子天平,熔点仪,红外光谱仪,HPLC,核磁仪,真空泵1.2.3物质物理常数表 1 反应物与产物的物理常数物质分子量相对密度/g.cm-3沸点/熔点/乙酰乙酸乙酯130.141.020180.4-45苯甲醛106.121.044179-26脲60.061.323133-1353,4-二氢嘧啶-2-酮260.29203-2051.3实验步骤氮气球保护下,在10
4、0ml三口烧瓶中加入乙酰乙酸乙酯(15mmol)、苯甲醛(10mmol)、脲(12mmol)、催化剂(1 mmol, CoC16H2O等)和20 ml无水乙醇, 油浴加热,回流反应, 逐渐有固体析出,用薄层色谱跟踪反应进程(约2小时)。停止加热,水浴冷至室温,继续用冰水冷却,抽滤,水洗,得到的固体产物,用乙醇和水重结晶,得精制的产物,真空干燥,进行分析鉴定(HPLC,NMR,GC-MS,IR)。2、实验结果和分析薄层色谱跟踪反应进程所用的展开剂为石油醚:乙酸乙酯=6:1。最终产物质量为1.47g。表 2 产物熔点物质熔点/3,4-二氢嘧啶-2-酮204.3204.9-205.3205.5产物3
5、,4-二氢嘧啶-2-酮的紫外扫描、红外光谱和HPLC图、核磁图如附图所示最终产物的熔点在标准熔点围,按照质量计算产率为产率=产物质量产物分子量反应物物质的量100%=56.48%紫外扫描图的结果显示其最大吸收波长在285nm附近。在HPLC测定结果中,主成分的保留时间为2.323min,其峰面积占了所有峰面积的几乎100%,也就是说,产物中几乎只有一种成分存在。产物二氢嘧啶酮的标准红外图谱如以下图所示:图 2 产物3,4-二氢嘧啶-2-酮的标准红外谱图除去透过率的影响之外,产物的红外谱图和3,4-二氢嘧啶-2-酮的标准红外谱图基本一致。在3000cm-1附近的峰可能是羟基(O-H)峰和C-H峰
6、,因为在770-730cm-1附近有特征峰,判定含有苯环。1649cm-1处的峰为羰基峰,在1370cm-1附近的峰为甲基的(C-H)对称弯曲振动,在1092cm-1处的峰在其附近很强,猜测可能是C-O的伸缩振动峰。3,4-二氢嘧啶-2-酮的标准核磁氢谱如以下图所示图 3 3,4-二氢嘧啶-2-酮的标准核磁氢谱与标准谱图中存在的不同点是,标准谱图中有一个氨基峰化学位移出现在了9附近,采用ChemBioDraw预测的核磁谱图也在9附近存在一个峰。猜测可能的原因是在合成的产物中存在一定的杂质,而导致了化学位移的改变。图 4 ChemBioDraw预测的核磁谱图各基团H的化学位移3、结论本方法合成二氢嘧啶酮操作简单,设备条件容易满足,得到产物时间短,为其他研究类似Biginelli的反应提供了一定的参考价值。参考文献1马金广. 3, 4-二氢嘧啶-2 (1H)-酮的合成与理论研究D. 轻工业学院, 2008.5 / 5