尹曉剛, 吳小云, 陳治明, 龔 維, 陳 卓

(貴州師范大學 化學與材料科學學院 貴州省功能材料化學重點實驗室，貴州 貴陽 550001)

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超聲輔助合成喹喔啉類化合物

尹曉剛, 吳小云, 陳治明, 龔 維, 陳 卓*

(貴州師范大學 化學與材料科學學院 貴州省功能材料化學重點實驗室，貴州 貴陽 550001)

在超聲輔助下，使用蒙脫土負載碘催化苯偶酰衍生物與鄰苯二胺經(jīng)縮合反應合成了4個喹喔啉類化合物，其結構經(jīng)1H NMR和IR確證。以苯偶酰(1a)和鄰苯二胺(2)的反應為模板，對反應條件進行了優(yōu)化。結果表明：最佳應條件為：1a 0.1 mmol，n(1a)∶n(2)為1.0 ∶1.2，催化劑蒙脫土負載碘用量為5 mol%，二氯甲烷為溶劑，于30 ℃超聲反應5 min，收率97.2%。該催化體系回收利用3次后收率為82.0%，說明其具有一定的循環(huán)使用能力。

蒙脫土負載碘; 苯偶酰衍生物; 鄰苯二胺; 喹喔啉; 超聲輔助合成

喹喔啉是一種具有芳香性的含氮雜環(huán)化合物，其衍生物是多種藥物和香料的原料[1]，可用于殺蟲除菌和調節(jié)植物生長等，并具有一定的藥理作用[2]。由于其廣泛的應用領域及生物活性，喹喔啉及其衍生物的合成研究受到廣泛關注。Chandrasekhar等[3]以炔為原料，室溫下氯化鈀和氯化銅催化兩步法合成喹喔啉類化合物，收率較高，但反應時間較長，需用時14～20 h；Xu等[4]研究了室溫下使用釕試劑催化炔烴氧化生成鄰二羰基化合物，再與鄰苯二胺縮合制備喹喔啉類化合物，收率良好，但該過程復雜，耗時長，且催化劑昂貴；Climent等[5]利用二氧化鈰負載金為催化劑，催化多種鄰苯二胺和1,2-二羰基化合物合成喹喔啉，反應需在140 ℃條件下進行，且催化劑價格昂貴，難以廣泛運用；Chen等[6]以PhI(OAc)2作催化劑，在140 ℃有氧存在下，使用氧化炔和不同鄰苯二胺反應制備喹喔啉衍生物，收率在80%以上，但需反應12 h。喹喔啉衍生物現(xiàn)有合成方法大多具有催化劑昂貴、能耗高及用時長等缺點。

分子碘是一種環(huán)境友好的催化劑，可以催化縮酮反應[7]、Knoevenagel反應[8]及催化合成醛酮[9]等。Rajesh等[10]以分子碘催化1,2-二羰基化合物和鄰苯二胺類化合物制備喹喔啉類衍生物，于室溫反應35～75 min，收率85%～95%。超聲波是提高有機反應效率的有效手段之一，在溶劑中會產(chǎn)生空化效應，當空化泡破裂時，能釋放瞬間的高溫和高壓，并具有快速冷卻的作用，可以縮短反應時間，降低能耗并有效提高反應收率[11-14]。

以蒙脫土負載碘(MMT/I2)作催化劑，可以減少碘的升華，降低碘用量并有效加速反應。本文在超聲條件下，以MMT/I2催化苯偶酰衍生物(1a～1d)與鄰苯二胺(2)經(jīng)縮合反應合成了4個喹喔啉類化合物(3a～3d, Scheme 1)，其結構經(jīng)1H NMR和IR確證。并考察了催化劑、溶劑及反應時間對收率的影響，對反應條件進行了優(yōu)化。

Scheme 1

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

SGWX-4型顯微熔點儀(溫度未校正)；AvanceIII 400 MHz型核磁共振儀(氘代氯仿為溶劑，TMS為內標)；IS5型傅立葉變換紅外光譜儀(KBr壓片)；ZF-I型三用紫外分析儀。

1a～1d參考文獻[16]方法合成;其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) MMT/I2的制備[15]

將碘單質2.54 g(0.01 mol)加入50 mL無水乙醇中，攪拌使其完全溶解；加入蒙脫土K-10 5.00 g，于室溫反應1 h。減壓蒸出溶劑，于60 ℃干燥至恒重。通過蒙脫土質量增重計算得MMT/I2中I2負載量為26.9%，放入干燥器備用。

(2) 3a～3d的合成

在反應瓶中依次加入苯偶酰(1a)0.210 g(1 mmol)， 2 0.108 g(1 mmol)， 5 mol%MMT/I2和二氯甲烷5 mL，于30 ℃超聲反應5 min。冷卻至室溫，用乙酸乙酯(3×10 mL)萃取，萃取液減壓蒸餾得粗品，用無水乙醇重結晶得白色固體3a 0.274 g。

用類似方法合成3b～3d。

2,3-二苯基喹喔啉(3a): 白色固體，收率97.2%, m.p.126～127 ℃;1H NMRδ: 8.1(dd,J=3.43 Hz, 6.30 Hz, 2H), 7.80(dd,J=3.43 Hz, 6.30 Hz, 2H), 7.5(m, 4H), 7.38(m, 6H); IRν: 3 056, 1 542, 1 345, 768, 729 cm-1。

2,3-二(4-氯苯基)喹喔啉(3b): 白色固體，收率87.0%， m.p.186～187 ℃;1H NMRδ: 8.20～8.17(m, 2H), 7.93(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.83～7.81(m, 2H), 7.55(s, 1H), 7.50(d,J=8.4 Hz, 3H), 7.36(d,J=8.0 Hz, 3H); IRν: 3 029, 1 543, 1 325, 768, 730 cm-1。

2,3-二(4-硝基苯基)喹喔啉(3c): 白色固體，收率84.6%， m.p.167～170 ℃;1H NMRδ: 8.43～8.30(m, 4H), 8.30～8.15(m, 4H), 7.94～7.88(m, 2H), 7.65～7.59(m, 2H); IRν: 3 072, 1 544, 1 349, 732 cm-1。

2,3-二(2-呋喃基)喹喔啉(3d): 白色固體，收率72.6%， m.p.134～135 ℃;1H NMRδ: 8.18～8.16(m, 2H), 7.79～7.76(m, 2H), 7.65(s, 2H), 6.69(d,J=3.2 Hz, 2H), 6.61～6.59(m, 2H); IRν: 3 041, 1 563, 1 332, 762, 721 cm-1。

2 結果與討論

2.1 反應條件優(yōu)化

為優(yōu)化喹喔啉的合成方法，以3a的合成為模板反應，對反應條件進行優(yōu)化，采用單因素法考察催化劑、溶劑、反應時間、反應溫度及原料配比對收率的影響。

(1) 催化劑和溶劑

首先對催化劑及溶劑對反應的影響進行考察，結果見表1。由表1可見，當蒙脫土和碘單質單獨作催化劑時，收率分別為28.6%(No.1)和32.3%(No.3)；而以蒙脫土負載碘作催化劑時，收率達58.9%(No.4)，可見大大提高了催化效率；當?shù)鈫钨|和蒙脫土直接混合作催化劑時，收率僅為48.5%(No.3)，說明碘負載到蒙脫土上后可產(chǎn)生一定的協(xié)同催化效應。選用蒙脫土負載碘作催化劑。

進一步考察溶劑對收率的影響。結果表明：二氯甲烷作反應溶劑時，收率最高為81.7%(No.8)；在石油醚、水及乙酸乙酯中的收率中等，分別為79.1%(No.11), 71.2%(No.12)和63.1%(No.9)；而在DMF和DMSO中收率均低于20%，分別為17.6%和15.5%(No.6, 7)。推測原因可能是產(chǎn)物在該類溶劑中的溶解度較好，導致部分溶解在溶劑中，收率下降；THF為溶劑時收率為57.7%(No.10)。

因此，優(yōu)選出最佳催化劑為蒙脫土負載碘，溶劑為二氯甲烷。

表1 催化劑及溶劑對收率的影響a

a1a 0.1 mmol，其余反應條件同1.2(2)；bMMT+I2指蒙脫土與碘單質直接混合。

(2) 反應時間、反應溫度、原料配比[r=n(1a)∶n(2)]及催化劑循環(huán)使用次數(shù)

以蒙脫土負載碘為催化劑，二氯甲烷為溶劑，進一步考察反應時間、反應溫度及r對收率的影響，結果見表2。由表2可知，隨著反應溫度升高，收率提高，當溫度達到30 ℃時，收率達到最大值，為81.7%(No.2)，溫度高于30 ℃后，收率反而下降，當溫度增至40 ℃時，收率僅為77.1%(No.4)，可能原因是反應溫度受到溶劑二氯甲烷沸點限制，因此，選擇最佳反應溫度為30 ℃。

反應溫度為30 ℃，考察反應時間對收率的影響。結果表明：超聲反應3 min時，收率僅為10.3%(No.5)，反應時間延長至10 min，收率75.4%，低于超聲反應5 min時收率，可能是由于反應時間延長后，反應中水的生成導致反應逆向移動，收率下降。因此，確定反應時間為5 min，進一步考察r對收率的影響。結果表明r為1.0 ∶1.2時，收率最高(97.2%， No.7)。

綜上所述，超聲輔助下，蒙脫土負載碘催化合成喹喔啉的最佳反應條件為：1a 0.1 mmol，r為1.0 ∶1.2，催化劑蒙脫土負載碘用量為5 mol%，二氯甲烷為溶劑，于30 ℃超聲反應5 min，收率97.2%。

對催化劑進行多次回收利用，在上述最優(yōu)合成條件下，對該催化體系的循環(huán)催化能力進行考察。實驗結果表明：催化劑循環(huán)使用至第3次時，收率仍在80%以上，為82.0%(No.11)，在僅回收1次時，收率較首次使用時下降率不到5%，收率為93.4%(No.9)，說明該催化劑有較好的循環(huán)使用潛力。

表2 反應時間、溫度、r及催化劑循環(huán)使用次數(shù)對收率的影響

2.2 底物適應性考察

為考察該優(yōu)選條件的底物適應性，以含有不同取代基的1,2-二酮類化合物進行反應，實驗結果見Scheme 1所示。結果表明：2a為原料與鄰苯二胺反應時，收率最高，達到97.2%(3a)；當苯偶酰苯環(huán)上有吸電子基時，收率有所下降，對氯取代基及對硝基取代基的收率分別為87.0%(3b)和84.6%(3c)；當反應底物為1,2-二呋喃基-1,2-二酮時，收率僅72.6%(3d)。

在超聲輔助下，使用蒙脫土負載碘催化苯偶酰衍生物與鄰苯二胺經(jīng)縮合反應合成了4個喹喔啉類化合物，對反應條件進行了優(yōu)化。將碘負載到蒙脫土后，不僅可以減少碘單質的升華，還可以形成協(xié)同催化效應、提高收率，且該催化體系有一定的循環(huán)使用能力。

該方法在超聲輔助下以蒙脫土負載碘作催化劑催化合成喹喔啉及其衍生物具有催化劑價廉、用量少、反應時間短和耗能低等優(yōu)點，具有潛在的應用價值。

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Synthesis of Quinoxaline Derivatives Under Ultrasonic Conditions

YIN Xiao-gang, WU Xiao-yun, CHEN Zhi-ming, GONG Wei, CHEN Zhuo*

(Key Laboratory of Functional Materials Chemistry of Guizhou Province, School of Chemistry and Materials Science, Guizhou Normal University, Guiyang 550001, China)

An ultrasound-assisted synthetic method of quinoxaline derivatives catalyzed by I2loaded montmorillonite was developed using benzoin derivatives ando-phenylene diamine as starting materials. The structures were confirmed by1H NMR and IR. The reaction conditions were optimized by template reaction of benzil(1a) witho-phenylenediamine(2). The results showed that the optimum conditions were as followed: 1a 0.1 mmol，n(1a)∶n(2) was 1.0 ∶1.2, using 5 mol% I2loaded montmorillonite as the catalyst, and methylene chloride as the solvent, ultrasonic time was 5 min at 30 ℃, the yield was 97.2%. The catalyst exhibited good activities with the yield of 82.0% after recycle of three times.

montmorillonite supported I2reagent; benzoin derivative;o-phenylene diamine; quinoxaline derivative; ultrasound assisted synthesis

2016-10-08；

2017-01-17

貴州省科技合作項目(黔科合LH字[2016]7218)； 貴州省科技廳科技支撐項目(黔科合支撐[2016]2311)

尹曉剛(1976-)，男，漢族，浙江嘉興人，博士，主要從事有機合成方法學的研究。 E-mail: m13885115516@163.com

陳卓，碩士，教授， Tel. 0851-86700050, E-mail: chenzhuo19@163.com

O621.3; O626

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2017.04.16249