李公春，孫 婷，李小炯，鞠志宇，吳長增

(許昌學院 化學化工學院，河南 許昌 461000)

設計性實驗是在學生已初步掌握了有機化學相關理論知識和化學實驗中的基本操作、基本知識與技術的基礎上開設的實驗［1］。設計性實驗是指給定實驗目的、要求和實驗條件，由學生查閱文獻和設計實驗方案，并加以完成。設計性實驗可以培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、科研創(chuàng)新意識和實踐能力，自己動手解決實際問題，提高實驗教學質(zhì)量，從而提高學生綜合素質(zhì)，有利于應用型人才的培養(yǎng)［2-4］。

設計性實驗要選題難易適度，可操作方案多，操作方便、安全可靠。6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氫嘧啶-2 -酮的制備實驗滿足設計性實驗的要求。1893 年，Biginelli 首次報道了由乙酰乙酸乙酯、芳香醛和脲在濃鹽酸催化下縮合反應得到3，4 -二氫嘧啶-2 -酮類化合物，此后該合成方法被稱為Biginelli 反應［5］。3，4 -二氫嘧啶-2 -酮類化合物可以作為鈣通道劑、抗過敏劑、降壓劑、拮抗劑，還具有抗病毒、抗腫瘤、抗菌和消炎等生物活性。因此，Biginelli 反應的研究引起了人們的極大重視［6-11］，并不斷尋找新的催化劑和方法來合成3，4 -二氫嘧啶-2 -酮類化合物，如用離子液體、硅膠固載硫酸鑭、氨基磺酸、草酸、鄰甲基苯磺酸銅、硼酸、磷酸二氫鉀等作催化劑合成3，4 -二氫嘧啶-2-酮，都取得了較好的效果。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

SZCL-2A 型磁力攪拌器(鞏義市予華儀器有限責任公司);XT4A 型顯微熔點測定儀(北京科儀電光儀器廠，溫度未校正);FTS -2100 型紅外光譜儀(美國Bio-Rad 公司)。苯甲醛，乙酰乙酸乙酯，脲，無水乙醇，氨基磺酸，對甲苯磺酸，苯甲酸，氨基乙酸，甲醇，95%乙醇等。

1.2 制備步驟

在25 mL 圓底燒瓶中加入1.06 g (10 mmol)苯甲醛、1.56 g (12 mmol)乙酰乙酸乙酯、0.9 g (15 mmol)脲、0.1 g 氨基磺酸和10 mL 無水乙醇，在磁力攪拌下回流反應3 h，反應結(jié)束后，將反應液加入40 mL 水中，然后抽濾，用水洗滌，干燥，得白色固體2.20 g，產(chǎn)率84. 6 %，產(chǎn)物熔點:204～206 ℃，IR(KBr)，ν(cm-1):3 244、3 116、2 978、1 725、1 703、1 647、1 463、1 222、1 092、783、699。

2 結(jié)果與討論

2.1 影響產(chǎn)率的主要因素

采用單因素法考察催化劑、催化劑用量、反應時間、溶劑和攪拌對反應產(chǎn)率的影響，在研究影響產(chǎn)率的主要因素時，反應物的量保持不變，采用10 mmol苯甲醛、12 mmol 乙酰乙酸乙酯、15 mmol 脲為原料，原料物質(zhì)的量比為:苯甲醛∶乙酰乙酸乙酯∶脲=1 ∶1.2 ∶1.5，溶劑的量為10 mL。

2.1.1 催化劑對產(chǎn)率的影響

以無水乙醇為溶劑，使用0.1 g 不同催化劑(或者不加催化劑)，在磁力攪拌下回流反應3 h，實驗結(jié)果見表1。

表1 不同催化劑對產(chǎn)率的影響

由表1 可以看出，不加催化劑或用苯甲酸作催化劑反應得不到產(chǎn)物，以氨基磺酸為催化劑，反應產(chǎn)率最高，產(chǎn)率可達84.6%。

2.1.2 催化劑用量對產(chǎn)率的影響

以無水乙醇為溶劑，以氨基磺酸為催化劑，改變催化劑用量，在磁力攪拌下回流反應3 h，實驗結(jié)果見表2。

表2 催化劑用量對產(chǎn)率的影響

由表2 可以看出，以氨基磺酸為催化劑，催化劑用量對反應產(chǎn)率影響不大，催化劑用量為0.1 g 時，反應產(chǎn)率最高，達84.6%。

2.1.3 反應時間對產(chǎn)率的影響

以無水乙醇為溶劑，以0.1 g 氨基磺酸為催化劑，在磁力攪拌下回流反應，改變反應時間，實驗結(jié)果見表3。

表3 反應時間對產(chǎn)率的影響

由表3 可以看出，反應時間為3 h 時，反應產(chǎn)率最高，達84.6%。

2.1.4 溶劑對產(chǎn)率的影響

以0.1 g 氨基磺酸為催化劑，改變?nèi)軇?，在磁力攪拌下回流反? h，實驗結(jié)果見表4。

表4 溶劑對產(chǎn)率的影響

由表4 可以看出，溶劑對反應產(chǎn)率影響較大，以無水乙醇為溶劑時，反應產(chǎn)率最高，達84.6%。

2.1.5 攪拌對產(chǎn)率的影響

以無水乙醇為溶劑，以0.1 g 氨基磺酸為催化劑，回流反應3 h，在不用攪拌條件下，產(chǎn)率為78.8%，使用磁力攪拌時，產(chǎn)率可達84.6%。

2.2 設計性實驗的探討

設計性實驗要選題難易適度，可操作方案多，操作方便、安全可靠。首先，6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氫嘧啶-2 -酮的制備查閱文獻比較方便，在中國知網(wǎng)期刊全文數(shù)據(jù)庫中即可查到，同學們可以根據(jù)文獻設計合理的實驗方案，可操作方案多;其次，6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氫嘧啶-2 -酮的制備實驗操作比較方便，僅需把原料和溶劑加入圓底燒瓶中進行回流反應，反應結(jié)束將反應液倒入水中，抽濾后即可得到產(chǎn)品，即使不用攪拌，也能得到較好的產(chǎn)率;最后，6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氫嘧啶-2 -酮的制備實驗安全可靠，實驗操作過程和所用試劑都比較安全，且多種操作方案都可以得到較好的產(chǎn)率。因此，6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氫嘧啶-2 -酮的制備實驗能夠滿足設計性實驗的要求。

在設計性實驗完成過程中，同學們通過查閱文獻、設計實驗方案、選擇實驗儀器和試劑、獨立完成實驗操作，提交論文報告，自己發(fā)現(xiàn)、研究并解決問題，各種操作技能得以綜合應用，進一步鞏固了專業(yè)所需的基礎理論、基本知識和技能，充分發(fā)揮了主動性、積極性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識和科研精神;同時，設計性實驗也豐富和完善了實驗教學體系，提高了教師的教學水平。

3 結(jié)論

以無水乙醇為溶劑，用氨基磺酸作催化劑，用苯甲醛、乙酰乙酸乙酯和脲為原料，在加熱攪拌條件下回流反應3 h，制備6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氫嘧啶-2 -酮，產(chǎn)率為84.6%，該設計性有機化學實驗能夠滿足設計性實驗的要求，得到了較好的效果。

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