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        具有生物活性的曼尼希堿的合成研究

        2018-12-28 08:01:50賴柳捷范麗萍許蒙珠王亞軍
        山東化工 2018年23期
        關(guān)鍵詞:催化劑實(shí)驗(yàn)

        田 曦,陳 健,賴柳捷,范麗萍,許蒙珠,婁 穎,王亞軍

        (湖州師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,浙江湖州 313000)

        在有機(jī)化學(xué)一步步的發(fā)展歷程中,曼尼希反應(yīng)是一類能夠構(gòu)建出碳碳鍵的重要反應(yīng)[1],β-氨基酮型曼尼希堿的合成方法有很多種,這里主要分為兩大類直接合成法和間接合成法。間接合成法包括查爾酮和胺的麥克爾加成、胺交換法[2]、胺鹽酸鹽法、酮交換法、席夫堿和酮的縮合等方法[3]。直接合成法有下面兩種比較常見(jiàn)的方法“可烯醇化的酮與預(yù)合成的純凈席夫堿縮合的二步法”以及“醛酮胺三組分一鍋煮法”。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 材料與試劑

        紅外光譜儀(蘇州華美辰儀器設(shè)備有限公司);磁力加熱攪拌器(國(guó)華電器有限公司);真空干燥箱(上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠);智能恒溫?cái)?shù)顯電熱套(鄭州市科創(chuàng)儀器有限公司);循環(huán)水式多用真空泵(鞏義市英峪予華儀器廠)。

        苯甲醛;無(wú)水乙醇;苯乙酮;苯胺;丙酮;濃鹽酸為市售化學(xué)純?cè)噭?/p>

        1.2 合成曼尼希堿

        1.2.1 實(shí)驗(yàn)原理

        溶于無(wú)水乙醇的苯胺與苯甲醛和苯乙酮在濃鹽酸的催化和冰浴的條件下經(jīng)曼尼希反應(yīng)合成所需的曼尼希堿[4]。曼尼希反應(yīng)是甲醛和仲胺或氨與含有活潑氫的化合物進(jìn)行縮合,生成β-氨基化合物的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)生成的產(chǎn)物β-氨基化合物被稱為“曼尼希堿”,簡(jiǎn)稱曼氏堿。

        1.2.2 操作步驟

        粗品的合成:用量筒量取30 mmol的苯胺,再量取30mL無(wú)水乙醇,放置于錐形瓶中使苯胺溶于無(wú)水乙醇,再加入36mmol的苯甲醛和36mmol的苯乙酮。冰浴條件下,用膠頭滴管滴加6~8滴濃鹽酸并在10~25℃的溫度下用磁力加熱攪拌器攪拌,反應(yīng)8~24 h,析出大量固體后,放置于冰箱過(guò)夜,抽濾得到固體。

        得到粗品:將抽濾得到的固體放置于燒杯再加入15 mL的95%的乙醇使固體均勻分散在乙醇中,然后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的Na2CO3的溶液將所得溶液中和至pH值=10,用磁力攪拌器攪拌0.5 h后加入100 mL蒸餾水靜置,等待1 h后抽濾,用少量乙醇洗滌得到粗產(chǎn)物。

        粗品重結(jié)晶:用體積比為2∶3的乙醇-丙酮混合液進(jìn)行重結(jié)晶提純。將得到的粗產(chǎn)物置于單頸燒瓶中,加入適量的乙醇-丙酮混合液,用恒溫電熱套進(jìn)行控溫加熱,等到開(kāi)始回流,若粗產(chǎn)物還未溶解可以加入適量的乙醇和丙酮的混合液,待固體完全溶解,則停止加熱,然后將單頸燒瓶中的液體倒入燒杯中冷卻結(jié)晶,靜置一晚上,待固體充分析出,抽濾烘干即得純品,稱量產(chǎn)物質(zhì)量,計(jì)算收率,測(cè)其熔點(diǎn)和紅外。

        1.2.3 結(jié)果與討論操作步驟

        1.2.3.1 濃鹽酸的用量對(duì)收率的影響

        在化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中,催化劑的存在是為了促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行,在整個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中發(fā)揮著巨大的作用。在控制溫度、時(shí)間的條件下,改變所加的催化劑濃鹽酸的量,收率結(jié)果見(jiàn)表1。

        表1 不同催化劑的用量對(duì)反應(yīng)收率的影響

        由表1中數(shù)據(jù)可知,當(dāng)催化劑濃鹽酸[5]的量太少時(shí),無(wú)法完全催化反應(yīng),使反應(yīng)完全進(jìn)行,所以導(dǎo)致產(chǎn)物的產(chǎn)率有部分的降低。本實(shí)驗(yàn)最為合適的催化劑濃鹽酸的用量為12滴。

        1.2.3.2 反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響

        在所有的化學(xué)反應(yīng)中,反應(yīng)溫度是影響整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)非常重要的因素。為了提高收率以及達(dá)到節(jié)約藥品和保護(hù)環(huán)境的目的,需要找到一個(gè)最為合適的反應(yīng)溫度。在控制催化劑和時(shí)間的條件下,反應(yīng)的溫度發(fā)生改變,產(chǎn)率結(jié)果見(jiàn)表2。

        表2 不同的反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)收率的影響

        由表2可看出,在不同的溫度條件下[6],反應(yīng)收率有很大的差異。溫度過(guò)高,容易發(fā)生副反應(yīng),升華造成產(chǎn)率降低。溫度過(guò)低,反應(yīng)物會(huì)結(jié)晶,從溶液中析出晶體,抑制反應(yīng),使反應(yīng)沒(méi)法徹底進(jìn)行,收率也會(huì)下降。合適的反應(yīng)溫度可以促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行,提高產(chǎn)率。所以本實(shí)驗(yàn)合適的溫度為10℃。

        1.2.3.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率影響

        在化學(xué)反應(yīng)中,反應(yīng)時(shí)間也是一個(gè)十分重要的因素,它影響著整個(gè)反應(yīng)的進(jìn)行程度以及產(chǎn)物的產(chǎn)率。在保持反應(yīng)溫度和催化劑濃鹽酸用量不變條件下,反應(yīng)時(shí)間影響產(chǎn)率,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

        表3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)收率的影響

        由表3可知,在不同的反應(yīng)時(shí)間條件下[7],反應(yīng)出現(xiàn)的產(chǎn)物的量不同。在反應(yīng)16 h的情況下,經(jīng)過(guò)靜置過(guò)濾重結(jié)晶后得到大量的產(chǎn)物,并且經(jīng)熔點(diǎn)測(cè)定發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物的純度物純度很高。即本實(shí)驗(yàn)最為合適的反應(yīng)時(shí)間為16 h。

        2 產(chǎn)品等分析測(cè)試及結(jié)構(gòu)表征

        曼尼希堿外觀:常溫下為白色針狀結(jié)晶性粉末。

        產(chǎn)品熔點(diǎn)測(cè)定:本實(shí)驗(yàn)采用數(shù)字熔點(diǎn)儀測(cè)量產(chǎn)品的熔點(diǎn),實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物測(cè)得的熔點(diǎn)(℃)見(jiàn)表4。

        實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)物所測(cè)得的熔點(diǎn)與文獻(xiàn)[8]報(bào)道的169~171℃基本一致,再近一步結(jié)合物質(zhì)顏色、狀態(tài)等相關(guān)物理性質(zhì),可以初步確定該物質(zhì)是曼尼希堿。

        本實(shí)驗(yàn)采用紅外光譜測(cè)定產(chǎn)物,測(cè)得產(chǎn)物的紅外譜圖,3383(N -H),3020,1670(C=O),1598,1512,1289 處產(chǎn)生的吸收峰與標(biāo)準(zhǔn)譜圖[8]基本一致,由此可得出結(jié)論,實(shí)驗(yàn)所制得的產(chǎn)品是曼尼希堿。

        表4 產(chǎn)物的熔點(diǎn)測(cè)定表

        3 結(jié)論

        查閱大量文獻(xiàn),我發(fā)現(xiàn)Mannich堿是合成喹啉衍生物的中間體,但是用的文獻(xiàn)報(bào)道最多的是席夫堿與酮在鹽酸、Ar'NH2·HCl、BF3的催化下縮合以及α,β-不飽和酮與芳香胺在Ar'NH2·HCl、Ni(OAc)2- (2,2'- 雙吡啶)絡(luò)合物的催化下進(jìn)行Michael反應(yīng)來(lái)合成。我選擇了苯甲醛與苯乙酮以及苯胺在10~25℃,用HCl-EtOH溶液作為催化劑合成Mannich堿的方法。HCl-EtOH溶液作為催化劑具有綠色環(huán)保,簡(jiǎn)單易得,高效,操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。在大量催化劑中我選擇了HCl-EtOH溶液作為催化劑。

        本實(shí)驗(yàn)通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)法選擇HCl-EtOH溶液作為催化劑,反應(yīng)溫度為10℃,反應(yīng)時(shí)間為16 h是最佳的合成工藝。

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