缩合反应

缩合反应（精选4篇）

缩合反应 篇1

有机溶剂易挥发、毒性大, 是有机合成工业的主要污染源, 采用无毒无害的溶剂或无溶剂代替有机化合物溶剂已成为绿色化学的重要研究方向。美国总统绿色化学挑战奖的奖项之一就是改进溶剂和反应条件奖[1,2]。

固相研磨反应是固相有机合成的一个重要方面, 由于无溶剂的介入, 反应物局部高浓度, 同时将研磨技术的应用, 体系的总自由能增加, 反应体系活化, 提高了反应效率。固体状态下反应分子有序排列, 可实现定向反应, 提高反应选择性。近几年来固相研磨反应在有机合成中的应用取得了很大进展, 已广泛应用于重排、氧化、还原、缩合等反应[3,4]。

1 固相研磨反应在缩合反应中的应用

1.1 Knoevenagel型缩合反应

Knoevenagel缩合反应是合成碳碳双键的重要方法, 传统的方法采用氨、胺及其盐为催化剂, 在吡啶或乙腈等溶剂中回流反应。采用固相研磨反应的Knoevenagel缩合反应在催化剂或无催化剂的条件下均能获得较高收率, 是一种高效的合成方式。

1.1.1 芳香醛与巴比妥酸类的固相缩合反应

亚烃基巴比妥酸及硫代巴比妥酸的衍生物是一类镇静催眠类药物、抗氧剂[5]、非线性光学材料重要中间体[6]。

匡华等[7]采用丙二酸二乙酯和硫脲在乙醇钠存在下合成了硫代巴比妥酸, 再分别采用固相反应和水相反应, 由硫代巴比妥酸和苯甲醛经Knoevenagel缩合反应, 制备了5-亚苄基硫代巴比妥酸。考察了反应温度、反应时间、反应配料比等因素对固相反应的影响, 并与均相反应进行了对比, 结果表明固相反应适合该反应的进行, 且操作简便, 反应时间短, 收率高。

李贵深等[8]在无溶剂、无催化剂条件下, 采用室温研磨、加热和微波辐射的三种方法, 由芳香醛和硫代巴比妥酸经Knoevenagel固相缩合反应高效率地制备了5-亚烃基硫代巴比妥酸。微波辐射反应和固相加热反应的收率高于室温研磨反应的收率。芳香酮与硫代巴比妥酸的缩合反应采用三种方式均未获得产品, 空间因素的影响, 使芳香酮与硫代巴比妥酸很难发生固相缩合反应。

采用无水Zn Cl2作为催化剂, 无溶剂条件下, 将巴比妥酸和芳香醛与于研钵中研磨一段时间后, 收率高达90%~97%[9]。

1.1.2 与丙二腈或氰基乙酸甲酯的反应

传统的α, β-不饱和腈衍生物的合成是芳醛和活性亚甲基化合物在醋酸铵、吡啶等催化下发生缩合反应 (也有用Al Cl3.KF/Al2O3催化) 。固相研磨法可以室温下芳香醛和丙二腈、氰乙酸乙酯、氰乙酰胺等在催化剂作用下研磨可得缩合产物[10,11,12]。如在玛瑙研钵中加入芳香醛, 活泼亚甲基化合物、氟化盐, 室温时研磨。氟化盐以氟化钾催化效果较好, 丙二腈比氰基乙酸乙酯的活性好。氰基乙酸乙酯能与含有强吸电子基 (如-NO2) 的芳香醛反应, 产率较高;与含弱吸电子基芳香醛如对氯苯甲醛反应时间较弱, 产率只有49%;与大部分具有供电子基的芳香醛不反应, 对羟基苯甲醛例外, 能在40 min内与氰基乙酸乙酯取得69%的产率。

2003年, Wade和Suzuki报道[12], 以新砸碎的方解石 (碳酸钙) , 萤石 (氟化钙) 为催化剂, 可用于丙二腈 (或氰基乙酸甲酯) 和芳香醛的反应。传统的固相研磨方法存在操作不便、大量制备时可于球磨机中进行反应, 功率调至50 W, 反应一定时间, 产率在51%~100%。

1.1.3 5-亚烃基丙二酸异丙酯的合成

传统制备α, α'-双亚苄基环酮的方法是在酸碱等催化下发生缩合反应, 时间较长, 产率不高。在氢氧化钠催化下进行固相研磨反应, 只需几分钟时间, 产物收率高达96%[13]。

1.1.4 与氰基酰胺的反应

Mc Cluskey等[14]报道了17种不同取代基的苯甲醛和三种不同N-取代的氰基酰胺在哌啶催化下进行固相无溶剂研磨条件下的缩合反应, 产率要比传统的加热条件下乙醇或水为溶剂的产率高, 有的甚至高达99%。

1.1.5 其他

有报道[15,16,17]芳香醛、芳香酮和菲醌类化合物与吲哚、安替吡啉、吡唑啉酮等含氮杂环化合物的固相光化学缩合或室温固相缩合, 反应选择性高。如芳香醛与3-甲基-1-苯基-5吡唑啉酮在无水Zn Cl2催化下, 室温固相研磨得到1∶1的缩合产物。

以蒽酮和芳香醛为原料, 以固载型KF/Al2O3为催化剂, 室温下研磨进行无溶剂反应, 得到10-芳基甲叉蒽醌以及部分蒽醌氧化副产物。反应条件温和, 操作简便, 催化剂可以重复使用[16]。

1.2 醇醛缩合反应

醇醛缩合反应制备a, β-不饱和酮, 传统的醛酮缩合以乙醇为溶剂, KF-Al2O3为催化剂, 回流搅拌反应, 收率较低。某些醇醛缩合反应固相研磨的方式较溶液中收率更高, 而且表现出较高的反应选择性和立体专一性。

1.2.1 与酮反应

芳香醛与乙酰芳酮固相研磨反应在室温下研磨较短时间即可完成, 催化剂主要有粉末状的Na OH、KF-Al2O3、氢氧化钠和碳酸钾混合碱[19,20,21], 收率48%~97%。

如韩荣弼等[18]报道, 在无溶剂条件下利用氢氧化钠和碳酸钾混合碱作为催化剂, 使用研磨技术促进2-硝基苯甲醛和苯乙酮衍生物的固相羟醛缩合, 得到了14种2-硝基查尔酮类衍生物。反应时间短, 操作简便, 收率好。同样在研磨和Na OH催化下, 可以成功的进行芳醛与乙酰吡啶羟醛缩合和Michael加成, 生成不对称吡啶。操作简单, 产率高[21]。

芳香醛与乙酰基二茂铁 (Fe COMe) 也很容易发生上述的固态缩合反应。将芳香醛、乙酰基二茂铁和Na OH在研钵中共同研磨, 得到类似查尔酮的化合物产率达53%~100%[22]。

1.2.2 与环酮反应

芳香醛和环酮发生缩合反应制备α, α'-双亚苄基环酮, 传统的方法是在酸碱等催化下发生缩合反应, 时间较长, 产率不高。

有报道将环酮、芳香醛和Na OH或KF-Al2O3等催化剂在玛瑙研钵中混合, 在室温下研磨, 纯化, 即得高产率α, α'-双亚苄基环酮类化合物, 产率50%~96%[23,24,25]。反应式如下:

传统的醇醛缩合反应一般选用的醛或酮中仅能有一个含α-H, 才能得到单一的缩合产物, 两种含α-H的醛或酮反应可能同时获得自身缩合、交叉缩合三种不同缩合产物, 不具备合成价值。Colin L.R.[25]报道, 无溶剂条件下, 两种含α-H的醛或酮反应, 能实现高产率的交叉缩合产物的获得。例如对苯基环戊酮与苯并丙酮发生醇醛缩合反应时, 理论上有自身缩合产物、交叉缩合产物的单取代产物和双取代产物生成。而在无溶剂条件下, 将等摩尔量的两个环酮反应物和Na OH在研钵中仔细研磨后, 得到单一的交叉缩合产物 (产率98%) 。

1.2.3 与吲哚类化合物反应

向研磨过的芳香甲基酮和无水Zn Cl2混合物中加入吲哚, 研磨均匀后放置, 可得到1∶2的缩合产物[26]。反应式如下:

吲哚能发生类似的固态缩合反应。将与甲酰基二茂铁及Zn Cl2混合物共同研磨, 然后在50℃反应几个小时, 选择性地发生缩合反应得到[二 (3-吲哚基) ]甲基-二茂铁 (产率35.2%) , 但在溶液中该缩合反应不发生[27]。

1.3 witting缩合

Wittig反应是合成取代烯类化合物的重要方法, 同时是α, β-不饱和醛、酮、酯的一种很有效的途径。另外, 通过中间体磷内盐的形成, 控制反应条件制取顺、反异构体也在有机合成中广泛应用。

1.3.1 与溴膦盐反应

3, 4, 5-三甲氧基苄基三苯基膦、3-三苯氧基异香草醛和氢氧化锂置于玛瑙研钵中, 将混合物研磨细, 通过TLC控制反应时间, 约5 min左右。纯化得4'-三苯甲氧基Combretastatin A-4和其反式异构体混合物。产率92%[28]。

称取膦盐Na OH和对硝基苯甲醛放入研钵中, 红外灯照射下研磨15 min后, 倒入水中滴加盐酸调溶液p H值为4左右, 纯化后得黄色粉末状产品[29]。反应式如下:

要以二茂铁甲醇为起始原料, 与三苯基膦溴化氢形成二茂铁三苯基膦溴后, 在碱性条件下与醛类衍生物进行固相研磨wittig反应[30]。反应式如下:

1.3.2 与碘膦盐反应

金凤等[31,32]报道了两个系列的咪唑衍生物的合成, 将对-咪唑苯甲醛、4- (N, N-二烷基氨基) 苯亚甲基碘膦盐和Na OH置于研钵中研磨15 min后, 倒入水中洗去Na和过量的Na OH, 纯化, 重结晶, 产率85%。

1.4 Biginelli缩合

发现研磨芳醛、乙酰乙酸乙酯、尿素以及对甲苯磺酸的混合物也能够得到目标产物[33]。

靳通收等[34]以NH2SO3H为催化剂, 室温无溶剂条件下, 研磨芳醛、β一酮酸酯尿素合成了一系列1, 2, 3, 4一四氢嘧啶-2-酮衍生物。

1.5 Darzens缩合

α-氯已酰二茂铁和粉末状氢氧化钠以及中性化铝的混合物在研钵中研磨1 min, 然后加入的醛 (液体的醛吸附在适量的中性氧化铝上) , 在室温下研磨数分钟, 用TCL控制终点。接着把此混合物放入过滤漏斗中用二氯甲烷冲洗, 减压蒸出溶剂二氯甲烷, 纯化得到纯的产物[35]。

1.6 希夫碱缩合

传统合成Schiff碱需要溶剂和加热, 后处理复杂, 容易造成污染。在固相研磨情况下, 几分钟时间就得到95%的淡黄色固相产物[36]。反应式如下:

于淑媛以p-R-C6H4CHO (R=NO2, HO, N (CH3) 2) 分别与氨基硫脲 (NH2NHCSNH2) 、苯甲酰肼 (Ph CONHNH2) 的反应为研究对象, 室温下, 在玛瑙研钵中加入对位取代苯甲醛, 取代硫脲, 充分混合, 研磨。用乙醇洗涤、重结晶, 真空干燥, 称重。分别对无催化剂时、以NH4OAc和HOAc等催化剂条件下的反应分别进行了研究。发现当对位上有吸电子基时, 有利于反应的进行:而对位上有供电子基时, 则不利于反应的发生。NH4OAc, KF, K2CO3等催化剂可以催化此反应, 获得不错的催化效果。特别是NH4OAc, 对该反应是一个很好的催化剂。

2 结论与展望

室温研磨法主要是通过研磨的方式促反应物的相互接触并发生反应, 提高研磨温度, 有利于反应速率的增加。室温研磨过程中, 反应物分子受晶格的控制, 其运动状态受到限制。采用加热、研磨、超声波或微波辐射等方式可以改善反应的微环境, 增加分子的扩散速率, 分子的热运动加快, 分子间的碰撞几率增大, 反应速率因此加快。有机合成反应没有溶剂的介入, 在反应速度、产物收率、以及反应选择性方面, 均较溶液法有显著优势。

但是并不是所有的有机反应都能在固体状态下进行, 反应物在固态状态下是易爆或在固体状态下过于强烈的情况下, 采用溶液法反应比较好。那些固体状态下反应进行比较温和的反应, 采用固相研磨反应是比较好的选择, 然而固相研磨反应从实验室走向规模化生产还需要继续探索。

摘要：固相研磨有机合成方法比传统的有机合成方法方便, 易操作。在研磨条件下许多传统的反应可以在较温和的条件下进行, 能有效的提高收率或反应的选择性。本文主要综述了固相研磨反应在Knoevenagel缩合、醇醛缩合、wittig缩合、Biginelli缩合、希夫碱缩合等缩合反应中的应用。

关键词：固相,研磨,缩合反应

温度对西尼地平缩合反应的影响 篇2

在西尼地平的合成中, 其中的一个关键步骤是缩合反应, 缩合产物在反应中不易得到, 需经严格控制。本文重点讨论了在缩合反应中, 温度对缩合的影响, 从而得到具有相对较高收率和含量的缩合产物。

1 实验部分

1.1 合成思路

本步反应欧洲专利[2]报道的则是合成为2- (3-硝基亚苄基) 乙酰乙酸肉桂酯, 而本文则是用上步的反应产物乙酰乙酸甲氧基乙酯与间硝基苯甲醛通过缩合反应, 反应去掉一分子的水, 而生成2-[ (3-硝基苯) 甲烯基]丁酸甲氧乙酯, 其反应机理如下:

1.2 实验仪器与试剂

1.3 合成步骤

在1000ml三口瓶中, 放入乙酰乙酸甲氧基乙酯 (即酯I) 185g (1.16mol) , 搅拌反应, 冰盐浴冷却, 搅拌下缓慢加入16g硫酸。滴加间硝基苯甲醛200 g (0.66mol) , 加毕。反应6小时, 冷却, 过滤得缩合物, 滤饼用乙醇重结晶得到产品262.0g, 熔点67℃ (文献熔点[3]:66-68℃) , 收率77%。

2 结果与讨论

反应温度对收率的影响:

在缩合反应的过程中, 需要用到浓硫酸作为催化剂, 加速反应的进行以有利于产物从反应中移出, 但是在滴加浓硫酸的过程中, 可以明显观察到温度的上升。温度的上升对反应的收率有影响, 反应温度对收率的影响实验数据如下表1:

注:都是反应6小时结束后

经过对温度的实验考察, 温度对反应的收率有一定的影响:当温度低时收率有所提高, 但当反应温度较低时又不利于反应的进行完全或者是反应速度比较缓慢;而当温度提高时, 反应的收率也低, 有可能是在滴加温度高时, 致使反应剧烈, 速度加快, 从而导致反应瓶内的温度显著上升, 同时增加了副产物的原因。因此, 反应的最佳条件应该是滴加时用冰水浴, 内温维持在0-10℃之间, 滴加完毕后, 反应温度为25℃, 即室温时进行。

3 结论

选取用上步的反应产物乙酰乙酸甲氧基乙酯与间硝基苯甲醛通过缩合反应, 制得2-[ (3-硝基苯) 甲烯基]丁酸甲氧乙酯的缩合产物, 通过对温度的优化选择, 在反应6小时后, 制得产品的收率可达到77%。用乙醇进行重结晶, 可以除去大部分的有机杂质。而且反应在室温的条件下进行, 也不需要对反应物进行特殊的处理, 适合工业化生产。

摘要：重点考察温度对合成西尼地平缩合物的影响。经实验, 得到缩合反应的最佳温度为25℃, 反应6h, 缩合产物收率可达77%。此方法可以在较短反应时间内使反应物充分缩合, 从而可以降低产品的成本。

关键词：西尼地平缩合物,合成,影响

参考文献

[1]张向阳, 刘国树.国产西尼地平治疗原发性高血压的有效性和安全性[J].中华新医学, 2003, 4 (8) :678-680.

[2]Kutasuma T, Ikawa H, Sato Y.1, 4-dihy-dropyridine derivatives and pharmaceutical compositions comprising them[P].EP:161877, 1985-11-21. (CA1986, 104:207168x)

缩合反应 篇3

Ai等[4]发现酸性氧化物对于羟醛缩合反应表现出相当高的选择性，但反应活性低;而碱性氧化物，催化活性高，而酸-碱双功能催化剂既可以提高反应的选择性，也可以提高产率。

Koteswara等[5]指出，在较低温度和非均相催化条件下羟醛缩合反应收率较高;Robert等[6]发现SiO2负载Cs比Zr O2负载Cs碱性中心弱;Davis等[6]发现水对羟醛缩合反应的催化剂活性有影响，而Zr O2载体的引入可降低这个影响。

丙烯酸甲酯是重要的化工产品，市场需求量很大，生产量也逐年增加，而作为原料之一的醋酸甲酯是合成醋酸以及聚乙烯醇生产中水解的副产物，利用醋酸甲酯合成丙烯酸甲酯是一种高效环保的途径。本文以Zr O2为载体，在其上负载碱金属铷(Rb/Zr O2)和铯(Cs/Zr O2)，成为固体碱催化剂，对催化剂的制备及评价进行了初步的研究。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

醋酸甲酯(AR，国药集团化学试剂有限公司);甲醛(AR，成都科龙化工试剂厂);丙烯酸甲酯(AR，天津科密欧化学试剂公司);无水乙醇(AR，天津科密欧化学试剂公司);氧氯化锆(AR，国药集团化学试剂有限公司);硝酸铷(AR，上海化学试剂公司);硝酸铯(AR，天津市科密欧化学试剂有限公司);氨水(AR，天津市凯通化学试剂有限公司);苯胺(AR，天津市科密欧化学试剂有限公司);甲苯(AR，沈阳市新化试剂厂);苯(AR，齐齐哈尔轻工学院试剂厂);环己烷(AR，天津市凯通化学试剂有限公司);溴百里酚兰(AR，天津市科密欧化学试剂有限公司)。

微反色谱实验装置(GC9800，天大北洋化工实验设备有限公司);箱式电阻炉(MFL-2002，天津市华北实验仪器有限公司);比表面积分析仪(美国麦克仪器公司，ASAP2405)。

1.2 催化剂制备

1)溶胶-凝胶法制备氧化锆载体。

在连续搅拌的条件下，将配制好的Zr OCI2水溶液(0.1 5 mol/L)逐滴滴加到沉淀剂氨水(2.5%)中，并控制溶液的pH值保持在10左右。滴加完毕后，继续搅拌2 h，然后静置老化12 h，得到Zr(OH)4水溶胶。Zr(OH)4水溶胶经减压过滤、洗涤至无氯离子得到Zr(OH)4凝胶，将Zr(OH)4凝胶于100℃充分干燥，在550℃下焙烧3h得到Zr O2载体[7]。

2)浸渍法负载碱金属活性组分。

将制备的Zr O2载体按负载量浸渍在不同体积CsNO3(0.5 mol/L)溶液中，在室温下浸渍24 h，充分干燥，再在550℃下焙烧3 h，得到不同负载量的Cs/Zr O2催化剂。

1.3 催化剂活性评价

用微反色谱实验装置，进行醋酸甲酯和甲醛气相合成丙烯酸甲酯催化剂的活性评价。原料经混合用计量泵送至预热器预热，预热的原料变为气态达反应器，在固体碱作用下生成丙烯酸甲酯。反应器通过六通阀与色谱相连，实现反应气相组成的分析。反应的混合气经冷阱冷却并收集液样。

1.3 催化剂的表征

1)碱强度分布范围测定

采用Hammett指示剂法[8]对催化剂碱强度范围分析。在用氮气置换过的操作箱内往锥形试管内加入5 m L无水环己烷，加进约0.2 g新制的固体碱样品，滴加2滴指定的指示剂，轻微摇动，观察催化剂所吸附的指示剂颜色变化情况[9]。

2)比表面分析

采用美国麦克仪器公司ASAP2405分析测定仪对催化剂进行比表面积分析。

2 实验结果与讨论

分析实验数据，通过催化剂微观结构等方面的表征，结合实验结果做以下讨论。

2.1 反应温度对催化剂活性的影响

反应温度是该反应的重要工艺参数之一，经前人经验已基本确定其它工艺参数，现仅对最佳温度做对比实验。取Cs/Zr O2催化剂0.373 g在进料速度为0.03 m L/min，甲醛与醋酸甲酯的量比为1∶3的条件下，只改变反应温度，采用负载20%Cs的Cs/Zr O2催化剂，连续进料3 h，取后2 h产物，考察反应温度对反应结果的影响。

将产品进行色谱分析，根据合成结果的表示方法计算出甲醛的转化率、丙烯酸甲酯的选择性和丙烯酸甲酯的收率。反应温度与丙烯酸甲酯收率关系如图1。

由图1可知，当温度达到380℃时醋酸甲酯产率最高，这是由于温度过低时达不到反应所需温度，产物转化率较低，温度过高易使催化剂表面产生积碳，减少有效活性中心数目，使催化剂活性下降影响产物收率。因此反应最佳温度应保持在380℃左右。

2.2 碱金属负载量对催化剂性能的影响

通过改变Zr O2表面碱金属的负载量评价催化剂对丙烯酸甲酯收率的影响。对不同含量的Rb和Cs负载二氧化锆催化剂在反应条件为380℃、进料速度为0.03 m L/min、醛酯比1∶3条件下反应3 h进行一系列实验。碱金属负载量不同对丙烯酸甲酯收率影响见图2。

从图2上可以看出，相同负载量下，负载Cs比负载Rb的催化剂对应的丙烯酸甲酯收率高。Cs和Rb的质量分数在20%左右时丙烯酸甲酯的收率较高，说明当碱金属的质量分数在20%时，催化剂表面形成较多的有效活性中心，催化效果最好。随着碱金属含量的继续增加，会使催化剂的比表面积降低，减少活性中心数目，从而降低了催化剂的活性，因此当Cs含量超过20%时，丙烯酸甲酯的收率反而降低。

2.3 催化剂表征

经过微反色谱实验装置检验，当Zr O2表面负载Cs质量分数为20%时，催化剂的活性最高，使MA的收率达到了最大。对负载20%Cs的Cs/Zr O2催化剂进行了碱强度和比表面积分析。

1)催化剂碱强度范围的测定

超强碱[10]是指碱强度函数H->26的固体碱或液体碱。对于固体碱而言，弱酸型指示剂分子被固体碱表面吸附时发生如下反应:碱+指示剂共轭酸+共轭碱，即B-+AHBH+A-。本文应用指示剂法测定固体碱的碱强度。电中性指示剂从非极性溶液中吸附到固体超强碱上，指示剂的颜色就变成了它的共轭碱的颜色。通过观察一定p Ka值范围内指示剂的颜色变化来测定碱强度。常用于测定固体超强碱强度的指示剂、变色范围及其p Ka值见表1。

指示剂法测定催化剂碱强度，吸附指示剂变色情况见表2。

通过指示剂法测定Rb/Zr O2碱强度范围为:33≤p Ka<41,Cs/Zr O2碱强度范围为:41≤pKa<43。由固体超强碱定义可知，Zr O2上负载20%Rb和20%Cs的催化剂均为固体超强碱催化剂，且同等负载量下Cs/Zr O2催化剂碱强度大于Rb/Zr O2催化剂碱强度。结合负载不同碱金属条件下丙烯酸甲酯收率曲线(图2)可看出:醋酸甲酯、甲醛合成丙烯酸甲酯反应中氧化锆负载碱金属催化剂的活性随碱强度的增加而增强。

2)催化剂比表面分析

对于气固相催化反应，催化剂表面是其反应进行的场所。一般而言，表面积越大，催化剂的活性越高。具有均匀表面的催化剂表现出催化剂的活性与表面积成比例关系。具有催化活性的表面积(即活性中心)只占总表面积的一部分，催化反应通常就发生在这些活性中心上。

经物理吸附仪检测，Zr O2的吸附脱附曲线(图3)属第IV型，相对压力低时吸附量上升缓慢，相对压力稍高时发生不可逆多层吸附，吸附等温线上表现为一个突跃，但由于吸附剂的孔径有一上限，因此在相对压力高时，出现吸附饱和现象，吸附等温线又平缓起来。脱附线总在吸附线之上，可以推断氧化锆内部的实际孔形接近于瓶状孔(口小腔大)[11]。由于0.05

Cs/Zr O2催化剂孔径分布曲线如图4，孔径主要分布在7.649 nm附近。由于催化剂孔径在2～50 nm之间，说明该样品为介孔材料，并且通过吸附脱附曲线推断出的瓶型孔结构可确定催化剂为无序介孔材料。

3 结论

本文综述了固体碱催化剂的制备并利用固体碱催化剂合成了丙烯酸甲酯。采用以Zr O2作为催化剂载体负载碱金属Cs和Rb，对合成丙烯酸甲酯的工艺条件和催化剂的评价进行了研究。本文通过上述实验得出以下结论:

1)由微反色谱实验装置检测显示，负载碱金属Cs的催化剂比负载碱金属Rb的催化剂催化性能好，经测定催化剂碱强度的大致范围为:负载Rb(20%)的催化剂碱强度范围是33至41之间，负载Cs(20%)催化剂碱强度是41至43之间，均为固体超强碱催化剂且Cs/Zr O2比Rb/Zr O2碱强度大，证明碱性越强越有利于反应的进行。因此羟醛缩合比较适合采用的催化剂为强碱性催化剂。

2)负载20%Cs的固体碱催化剂反应温度在380℃时，丙烯酸甲酯收率最佳可达29.2%。因此可判断此催化剂在380℃时活性最佳。

3)得Zr O2的比表面积为63.4 m2/g，孔径主要分布在7.649 nm附近，为无序介孔材料。Zr O2为较好的催化剂载体材料，负载活性中心能力较强，适宜作为羟醛缩合反应固体催化剂载体材料。

摘要：采用溶胶凝胶法制备载体二氧化锆,并通过浸渍法负载铯制备固体碱催化剂,将其应用于以醋酸甲酯、甲醛为原料合成丙烯酸甲酯的反应。考察了不同温度,负载不同含量的硝酸铷、硝酸铯对催化剂性能的影响。利用微反色谱实验装置测试合成丙烯酸甲酯固体碱催化剂的催化活性,结果表明,负载铯比铷催化效果要好;催化剂最优条件:氧化锆负载20%铯,反应温度为380℃时,可使收率达到29.2%。

缩合反应 篇4

1实验部分

1. 1仪器与试剂

美国PERKIN - ELIMER 1730 FI - IR红外光谱仪; 日本岛津FI - IR红外光谱仪; 美国VARIAN INOVA 400 MHz核磁共振仪; VGZAB - HS( FAB) 型质谱仪; Thermo. Flash EA. TM. 1112元素分析仪。

所用到试剂均为直接购买的分析纯试剂。

1. 2中间体的合成

1. 2. 1葡萄糖基丙酮( 1) 的合成

称取D - 葡萄糖0. 9 g,碳酸氢钠0. 63 g置于50 m L的圆底烧瓶中,加入20 m L蒸馏水并于室温下搅拌10 min,然后加入0. 6 g乙酰丙酮于90 ℃ 油浴中搅拌下反应4 h。停止反应,冷却然后用二氯化碳萃取( 5 m L × 3) ,用稀盐酸调p H为7,减压除去水然后加入甲醇,无机盐因不溶于甲醇而析出,过滤可除去. 再减压除去溶剂即可得产品. 产量为0. 85 g,收率77% , m. p. 122 ~ 124 ℃ 。

1. 2. 2邻氨基苯甲醛( 2a) 的合成

称取100 g Fe SO4·7H2O( 360 mmol) 置于250 m L的三颈烧瓶中,加入80 m L水,机械搅拌下使之溶解,滴加4 ~ 5滴浓盐酸,在剧烈搅拌下加入5. 5 g ( 36 mmol) 邻硝基苯甲醛,慢慢加热使反应体系温度升高到90 ℃ ,反应液由蓝色逐渐变为黄色,继续反应2 min加入25 m L浓氨水,反应液立即变为黑色, 将30 m L浓氨水分三次每隔2 min加10 m L,加毕2 min后进行水蒸气蒸馏,滤除固化物,馏分在冰水冷却下析出产物,抽滤,将母液盐析,再抽滤,得到黄色固体目标化合物。产率50% ~ 59% ,m. p. 34 ~ 36 ℃ 。

1. 2. 3 2 - 氨基- 3,6 - 二甲氧基苯甲醛( 2b) 的合成

量取10 m L乙醇,10 m L乙酸,5 m L水分别加入100 m L三颈烧瓶中,在电动搅拌下加入2 - 硝基- 3,6 - 二甲氧基苯甲醛( 481 mg,2. 28 mmol) 和0. 77 g铁粉,再加2滴浓盐酸。反应放出大量的热,回流30 min。减压抽滤,用少量水冲洗,收集滤液,滤液呈橙红色。用50 m L水稀释后,再用CH2Cl2( 20 m L × 3) 萃取,有机相为深黄色。合并有机层,依次用饱和Na HCO3溶液( 25 m L × 2) ,水( 30 m L × 2) 洗涤。有机相用无水Na2SO4干燥,减压浓缩。底物用100 ~ 200目硅胶色谱柱纯化( 洗脱液乙酸乙酯∶石油醚= 1 ∶2 ( V/V) ) 。得褐色油状物390. 7 mg,产率为94. 6% 。

1. 2. 4 2 - 氨基- 4,5 - 二甲氧基苯甲醛( 2c) 的合成

实验方法同2b。得黄色油状物( 2c) 0. 218 5 g,产率59% 。

1. 2. 5 2 - 氨基胡椒醛( 2d) 的合成

实验方法同2b。得到金黄色针状晶体2 - 氨基胡椒醛( 2d) 0. 677 g,产率为80% ,m. p. 107 ~ 108 ℃ 。

1. 3C - 2 - β - D - 葡萄糖基喹啉( 3a ~ 3d) 的合成

称取氨基苯甲醛( 或取代氨基苯甲醛) 0. 5 mmol和 β - 丙酮基糖0. 63 mmol于25 m L的圆底烧瓶中,加5 m L甲醇,室温下搅拌使之溶解。加入25mol% 吡咯烷,于80 ℃ 油浴下用TLC跟踪反应至反应没变化为止。停止反应并冷却,减压除去反应中的溶剂,用乙酸乙酯∶异丙醇∶水= 16∶2∶1( V/V/V) 过柱得纯产品( 注: 化合物中3a和3d的反应后产物直接析出,过滤后并分别用甲醇和无水乙醚洗涤即可得纯化物) 。

依照上述基本反应步骤,3a淡黄色固体,产率80% , m. p. 257 ~ 258 ℃ 。IR ( KBr,cm－ 1) : 3 482 ( vs) ,3 385 ( s) , 3 329( s) ,3 104 ( m) ,2 908 ( m) ,1 601 ( m) ,1 563 ( w) ,1 427 ( m) ,1 298( s) ,1 127( m) ,1 088( vs) ,1 033( s) ,838( m) ,763 ( m) ;1H NMR ( 400 MHz,DMSO - d6) : δ 8. 23 ( dd,J = 2. 8 Hz,J = 5. 2 Hz,1H,Ar - H) ,7. 94 ( t,J = 7. 2 Hz,2H,Ar - H) ,7. 72 ( s,1H,Ar - H) ,7. 55 ( d,J = 8. 0 Hz,2H,Ar - H) , 5. 20 ( s,1H) ,5. 00 ( s,1H) ,4. 91 ( s,1H) ,4. 33 ( s,H) , 3. 58 ( s,1H) ,3. 56 ( s,1H) ,3. 47 ( s,1H) ,3. 43 ( s,1H) , 3. 21 ( s,1H ) ,3. 20 ( s,1H ) ,3. 02 ( s, 2H ) , 2. 91 ( t, J = 16. 0 Hz,2H) ;13C NMR ( 100 MHz,DMSO - d6) : δ 161. 0, 147. 6,136. 1,129. 7,128. 8,128. 1,127. 0,126. 1,123. 1, 81. 0,79. 6,78. 6,74. 5,70. 8,61. 6,41. 7; ESI - MS m / z calcd for C16H19NO5( [M + 1]+) : 305. 13,Found( [M + 1]+) : 306. 44,( [M + 23]+) : 328. 41; Anal. Calcd for C16H19NO5: C, 62. 94; H,6. 27; N,4. 59; Found: C,62. 88; H,6. 34; N, 4. 49。

依照上述基本反应步骤,3b白色的的固体,产率60% , m. p. 121 ~ 122 ℃ 。IR ( KBr,cm－ 1) : 3 522( s) ,3 268( s) ,2 871 ( s) ,1 619( s) ,1 604( s) ,1 346( s) ,1 263( s) ,1 117( vs) ,1 090 ( vs) ,1 043( s) ,908( m) ; 723( m) 。1H NMR ( 400 MHz,DMSO - d6) : δ 8. 33 ( s,1H,Ar - H) ,7. 52 ( s,1H,Ar - H) ,7. 02 ( s, 1H,Ar - H) ,6. 85 ( s,1H,Ar - H) ,5. 25 ( s,1H) ,4. 96 ( s, H) ,4. 88 ( s,1H) ,4. 30 ( s,1H) ,4. 15 ( s,1H) ,3. 89 ( s, 3H) ,3. 88 ( s,3H) ,3. 17 ( s,2H ) ,3. 09 ~ 2. 97 ( m,3H ) , 2. 87 ( d,J = 8. 0H,1H) ;13C NMR ( 100 MHz,DMSO - d6) : δ 164. 6,153. 9,153. 2,144. 5,135. 0,127. 5,124. 4,113. 1, 108. 7,85. 7,84. 5,79. 3,75. 5,66. 4,60. 9,60. 8. 0,46. 5; ESI - MS m / z calcd for C18H23NO7( [M + 1]+) : 365. 15; Found: ( [M + 1]+) 366. 44,( [M + 23]+) : 388. 32,( [2M + 23]+) : 752. 87. Anal. Calcd for C18H23NO7: C,59. 17; H,6. 34; N, 3. 83; Found: C,59. 25; H,6. 43; N,3. 77。

依照上述基本反应步骤,3c灰白色的固体,产率40% , m. p. 122 ~ 123 ℃ 。IR ( KBr,cm－ 1) : 3 400 ( m) ,2 945 ( m) , 1 703( w) ,1 625( m) ,1 509 ( m) ,1 420 ( m) ,1 256 ( s) ,1 080 ( m) ,1 002( m) ,856( m) ;1H NMR ( 400 MHz,DMSO - d6) : δ 8. 01 ( d,J = 8. 0 Hz,1H,Ar - H) ,7. 31 ( d,J = 8. 0 Hz,1H, Ar - H) ,7. 28 ( s,1H,Ar - H) ,7. 25 ( s,Ar - H) ,5. 00 ( s, 3H) ,4. 24 ( s,2H) ,3. 88 ( s,3H) ,3. 85 ( s,3H) ,3. 55 ( s, 2H) ,3. 47 ( d,J = 8. 0 Hz,4H) ,3. 35 ( d,J = 20. 0 Hz,5H) , 3. 17 ( t,J = 8. 0 Hz,3H) ,3. 08 ( d,J = 12. 0 Hz,2H) ,3. 47 ( t, J = 8. 0 Hz,4H ) ,2. 99 ( t,J = 8. 0 Hz,3H ) ,2. 80 ( t,J = 8. 0 Hz,2H ) ;13C NMR ( 100 MHz,DMSO - d6) : δ 158. 1, 152. 3,149. 2,144. 4,134. 5,122. 2,120. 9,107. 7,105. 9, 80. 9,79. 7,78. 6,74. 4,70. 8,61. 6,56. 0,49. 0,43. 4; ESI - MS m / z calcd for C18H23NO7( [M +1]+) : 365. 15; Found: ( [M + 1]+) 366. 37,( 2[M + 23]+) : 753. 04; Anal. Calcd for C18H23NO7: C,59. 17; H,6. 34; N,3. 83; Found: C,59. 21; H,6. 39; N,3. 79。

依照上述基本反应步骤,3d灰色的固体,产率90% , m. p. 291 ~ 292 ℃ . IR ( KBr,cm－ 1) : 3 318( m) ,3 192( m) , 2 993( m) ,2 884( m) ,1 654 ( m) ,1 599 ( m) ,1 561 ( m) ,1 420 ( m) ,1 278( m) ,1 235( m) ,1 119( m) ,1 045 ( m) ,844 ( m) ; 1H NMR ( 400 MHz,DMSO - d6) : δ 8. 02 ( s,J = 8. 0 Hz,1H, Ar - H) ,7. 35 ( d,J = 8. 0 Hz,1H,Ar - H ) ,7. 28 ( d,J = 8. 0 Hz,2H,Ar - H) ,6. 18 ( s,2H ) ,5. 14 ( d,J = 4. 0 Hz, 1H) ,4. 94 ( d,J = 4. 0 Hz,1H) ,4. 87 ( d,J = 4. 0 Hz,1H) , 4. 29 ( s,1H) ,3. 36 ~ 3. 47 ( m,5H ) ,3. 17 ( d,J = 4. 0 Hz, 2H) ,3. 09 ( d,J = 4. 0 Hz,2H) ,2. 99 ( s,2H) ,2. 82 ~ 2. 76 ( m,2H) ;13C NMR ( 100 MHz,DMSO - d6) : δ 158. 4,150. 6, 147. 2,145. 7,135. 1,123. 6,121. 1,105. 1,103. 1,102. 2, 81. 0,79. 7,78. 6,70. 8,61. 7,41. 3; ESI - MS m / z calcd for C17H19NO7( [M + 1]+) : 349. 12; Found: ( [M + 1]+) : 350. 29, ( [2M + 1]+) : 720. 98; Anal. Calcd for C17H19NO7: C,58. 45; H,5. 48; N,4. 01; Found: C,58. 39; H,5. 56; N,3. 98。

2结果与讨论

据文献资料报道［6］,用吡咯烷作催化剂可区域选择性地与羰基的甲基反应而得到专一的产物。据此目标化合物的合成是以不同的邻氨基苯甲醛与C - β - D - 丙酮基葡萄糖苷为原料经Friedlnder缩合反应合成葡萄糖苷喹啉衍生物。实验过程中, 发现反应温度时对缩合反应具有重要的影响,以化合物3a的合成为例,催化剂用量为25mol% ,以甲醇、二氯甲烷混合液为溶剂,在三个不同的温度下反应( 表1) ,室温时反应24 h无产物生成,升温至30 ℃ ,可以以30% 的产率得到目标化合物3a,继续升温至50 ℃ ,可以80% 产率得到化合物3a,考虑到邻氨基苯甲醛的易氧化性质,反应没有继续升温。另一个对反应影响较大的是溶剂,由于原料在溶剂中的溶解度差异较大,因此在具体的反应中需要视溶解情况而采用甲醇或二氯甲烷与甲醇的混合溶剂,具体情况见表2。

3结论