CN102503923B

CN102503923B - 3-取代苯基香豆素衍生物的合成方法

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Publication number: CN102503923B
Application number: CN201110357446.6A
Authority: CN
Inventors: 张超智
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2031-11-11
Also published as: CN102503923A

Abstract

本发明涉及3-取代苯基香豆素衍生物的合成方法，是将对位取代的苯乙腈的衍生物、邻羟基苯甲醛、加入到低碳醇或三乙胺中，搅拌下加入主催化剂生物碱、助催化剂醋酸和脱水剂硫酸盐，在氮气保护下，在40℃-110℃反应0.5-10h，反应物环合生产香豆素衍生物，经过滤、氯化铵水溶液洗涤，干燥，再将其投入到乙腈中重结晶得到纯净的橙色香豆素衍生物。使用一锅法合成产物，工艺简单，原子经济性好，产率高达93.2%。

Description

3-取代苯基香豆素衍生物的合成方法

技术领域

本发明涉及一种香豆素衍生物的合成方法，属于化学合成领域。

背景技术

香豆素衍生物的合成过程存在吡喃环难以形成的问题。目前，香豆素衍生物的合成按照H.Ammar和C.Mhiri在Synth.Commun.杂志上报道的方法。C.Mhiri等人使用IRA 900树脂作为聚合物固体担体经过三步反应合成香豆素衍生物，产率50％-95％；其制备方法是：首先，将碱性的Amberlite IRA900树脂加入到环己烷中，然后，将邻羟基苯甲醛衍生物加入到上述溶液，加热回流，使用Dean-Stark水分仪脱水，直到树脂颗粒变黄，将邻羟基苯甲醛衍生物生成阴离子状态固定在树脂上；其次，上述环己烷溶液回流状态下，加入苯乙腈衍生物，继续回流，直至树脂颗粒变红为止；加入氯仿淋洗树脂，使香豆素衍生物，从树脂上脱附下来。(Mhiri，C.；El Gharbi，R.；Le Bigot，Y.Synth.Commun.1999，29(19)，3385-3399。)H.Ammar等人使用类似的方法合成香豆素衍生物，产率：50％-82％，其方法是：将环己烷、邻羟基苯甲醛衍生物和碱性的Amberlite IRA900树脂加入到反应容器中，氮气保护，80℃下搅拌3小时，然后加入苯乙腈，反应适当的时间，经气固分离，减压蒸馏，重结晶等步骤合成香豆素。(Ammar，H.；Fakhfakh，M.；Le Bigot，Y.；El Gharbi，R.Synth.Commun.2003，33(11)，1821-1828.)由于反应中使用树脂材料，增加了香豆素衍生物的合成成本。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种工艺简单的3-取代苯基香豆素的合成新方法。

本发明是采用以下的技术方案来实现以上目的：

通式(I)所示的3-取代苯基香豆素衍生物的合成方法，

式1，X＝Cl、Br、H、NO₂

是将对位取代的苯乙腈的衍生物、邻羟基苯甲醛、加入到低碳醇溶剂中，搅拌下加入主催化剂、助催化剂和脱水剂，在氮气保护下，在40℃-110℃反应0.5-10h，反应物环合生产香豆素衍生物，经过滤、洗涤，干燥，再将其投入到乙腈中重结晶得到纯净的橙色香豆素衍生物。

对位取代的苯乙腈的衍生物与邻羟基苯甲醛之间的摩尔比是1.8∶1-0.9∶1之间，主催化剂占反应原料的0.01质量％-10质量％，助催化剂占反应原料的0.02质量％-20质量％，脱水剂占原料的质量百分比是1％-30％。

反应温度较佳是60-80℃，反应时间是4-8h。温度太低，范围时间太短，反应不充分，催化剂的活性无法充分发挥，随着反应时间延长，反应温度升高，产物得率升高，但温度太高，时间太长则造成浪费。

所述的对位取代的苯乙腈的衍生物是指苯乙腈的对位上基团分别是Cl、Br、H、NO₂基团的化合物；

反应中的溶剂可以是三乙胺或C1-C4的低碳醇溶剂，或者它们的混合溶剂；低碳醇溶剂如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇，主催化剂是生物碱，具体而言是哌啶、哌嗪、三乙胺或它们混合物；

助催化剂是醋酸；

脱水剂是无机盐，该无机盐是无水硫酸钠，无水硫酸钾；

洗涤所用溶液是氯化铵水溶液，其可以保护亚胺基不水解。

本发明的反应过程如反应方程式(2)：

对位被Cl、Br、H、NO₂基团取代的苯乙腈的衍生物与邻羟基苯甲醛发生Knoevenagel反应，由于所用的无机盐与生产的水结合生成无机盐的水合物，使反应持续向产物方向进行，所以无机盐的加入起到脱水剂作用；在质子性溶剂-低碳醇和三乙胺的作用下，加热条件下烯键易产生顺反异构，当以顺式结构排列时，羟基上有孤电子对的氧原子和腈基上缺电子的碳原子成键，形成吡喃环；醋酸的加入起到调节溶液pH值的作用。洗涤溶液中含有氯化铵可以保护亚胺基不水解。

本发明提供一种方便易行的香豆素合成新方法；使用无机盐作为脱水剂，使用生物碱作为催化剂，醋酸作为助催化剂并调节反应溶液的pH值；使用氯化铵水溶液作为洗涤溶液，通过同离子效应，防止亚胺基与水反应；提供了三个香豆素衍生物：3-苯基苯并-α-吡喃-2-立啶胺，3-(4’-氯苯基)苯并-α-吡喃-2-立啶胺，3-(4’-溴苯基)苯并-α-吡喃-2-立啶胺；该发明与现有技术相比，其显著优点是：使用一锅法合成，方便易行；反应中使用低碳醇，易于操作回收；除催化剂外其余化学试剂都可以循环套用，环境污染小；由于原料易于取得，没有使用贵重原料，经济性好；两个反应物缩聚反应生成最终产物，没有副产物生成，原子经济性好；产率高达90％；综合来看，使用该方法，大幅降低香豆素衍生物的合成成本，将推进香豆素衍生物在光伏电池材料上的应用。

附图说明

图1是实施例1获得的3-(4’-硝基苯基)苯并-α-吡喃-2-立啶胺的质谱图；MS(⁺CESI)m/z：267.42，calc.for C₁₅H₁₀N₂O₃[M+1]⁺：267.25。

图2是实施例1获得的3-(4’-硝基苯基)苯并-α-吡喃-2-立啶胺的¹H-NMR谱；¹H NMR(300MHz，CDCl₃，25℃，TMS)δ：8.28(d，²J＝7.5Hz，2H in nitrophenyl)，7.87(d，²J＝7.5Hz，2H innitrophenyl)，7.70(s，br，1H in imino)，7.60-7.40(m，2H inbenzopyran)，7.33(s，1H in alkene)，7.22-7.05(m，2H inbenzopyran)。

图3是实施例1获得的3-(4’-硝基苯基)苯并-α-吡喃-2-立啶胺的¹³C-NMR谱；¹³C NMR(300MHz，CDCl₃)δ：115.49，119.51，123.58，123.81，128.42，128.73，129.78，131.39，132.59，135.25，142.97，147.61，153.49。

图4实施例1化合物3-(4’-硝基苯基)苯并-α-吡喃-2-立啶胺的紫外-可见吸收光谱；UV-Vis(HCCl₃)λ_max：352nm(ε＝7605)。

以上仅提供了实施例1制备的3-(4’-硝基苯基)苯并-α-吡喃-2-立啶胺的四谱以及分子结构式，未提供其余3个化合物：3-苯基苯并-α-吡喃-2-立啶胺，3-(4’-氯苯基)苯并-α-吡喃-2-立啶胺，3-(4’-溴苯基)苯并-α-吡喃-2-立啶胺的四谱，从原理上讲：在本发明所提供的反应条件反应的过程中，苯乙腈对位取代的基团环合后成为了苯基香豆素衍生物的3-取代基团，并未参与反应过程，也能够获得目标产物。

具体实施方式

以下将结合实施例来具体说明本发明的技术方案。

实施例1 3-(4’-硝基苯基)苯并-α-吡喃-2-立啶胺的制备

在250mL的三颈瓶中，将2.44g(20.0mmol)水杨醛(即邻羟基苯甲醛)(购自Aldrich试剂公司)，2.95g(18mmol)对硝基苯乙腈(购自Aldrich试剂公司)和无水硫酸钠2g加入到80mL无水乙醇中，通氮气保护，搅拌，78℃下回流10分钟，加入5滴哌嗪和10滴醋酸(添加本发明的所有试剂时，每滴按0.04mL计)，继续回流反应4小时后，冷却至室温，有晶体析出，用饱和氯化铵溶液洗涤，再用少量水洗涤，抽干，得到亮黄色固体5.04g，用乙腈做重结晶得黄色晶体4.43g。产率：92.5％。

实施例2 3-(4’-硝基苯基)苯并-α-吡喃-2-立啶胺的制备

在250mL的三颈瓶中，将24.4g(0.2mol)水杨醛，29.5g(0.18mol)对硝基苯乙腈和无水硫酸钠15g，加入到80mL无水异丙醇中，通氮气保护，80℃下搅拌10分钟，加入1mL哌啶和2mL醋酸。80℃下继续反应6小时，冷却至室温，有晶体析出，用饱和氯化铵溶液洗涤，再用少量水洗涤，抽干，得到亮黄色固体43.2g，用乙腈做重结晶得黄色晶体40.4g。产率：84.2％。

实施例3 3-(4’-硝基苯基)苯并-α-吡喃-2-立啶胺的制备

在250ml的三颈瓶中，将46.4g(0.38mol)水杨醛，59.0g(0.36mol)对硝基苯乙腈和无水硫酸钠30g加入到500mL无水甲醇和70mL三乙胺的混合溶剂中，再加入5mL醋酸，通氮气保护，加热搅拌，回流10小时(温度约60℃)，冷却至室温，有晶体析出，用饱和氯化铵溶液洗涤，再用少量水洗涤，抽干，得到亮黄色固体89.3g，用乙腈做重结晶得黄色晶体72.0g。产率：75.1％。

实施例4 3-苯基苯并-α-吡喃-2-立啶胺的制备

在250mL的三颈瓶中，将2.44g(20.0mmol)水杨醛(购自Aldrich试剂公司)，2.14g(18mmol)苯乙腈(购自Aldrich试剂公司)和无水硫酸钠2g加入到60mL无水乙醇中，通氮气保护，搅拌，回流10分钟(温度约78℃)，加入5滴哌嗪和10滴醋酸(每滴按0.04mL计)，继续回流反应4小时后，冷却至室温，有晶体析出，用饱和氯化铵溶液洗涤，再用少量水洗涤，抽干，得到亮黄色固体4.01g，用乙腈做重结晶得黄色晶体3.74g。产率：93.1％。

实施例5-10所制备得到的3-苯基苯并-α-吡喃-2-立啶胺所采用的原料及试剂如下表：

实施例11 3-(4’-氯苯基)苯并-α-吡喃-2-立啶胺的制备

在250mL的三颈瓶中，将2.44g(20.0mol)水杨醛(购自Aldrich试剂公司)，与2.72g(18mmol)对氯苯乙腈(购自Aldrich试剂公司)和无水硫酸钠5g加入到溶于60mL无水乙醇中，通氮气保护，搅拌，回流10分钟(温度约78℃)，加入5滴哌嗪和10滴醋酸(每滴按0.04mL计)，继续回流反应4小时后，冷却至室温，有晶体析出，用饱和氯化铵溶液洗涤，再用少量水洗涤，抽干，得到亮黄色固体4.56g，用乙腈做重结晶得黄色晶体4.27g。产率：92.3％。

实施例12-16所制备得到的3-(4’-氯苯基)苯并-α-吡喃-2-立啶胺所采用的原料及试剂如下表：

实施例17 3-(4’-溴苯基)苯并-α-吡喃-2-立啶胺的制备

在250mL的三颈瓶中，将2.44g(20.0mol)水杨醛(购自Aldrich试剂公司)，3.58g(18mmol)对溴苯乙腈(购自Aldrich试剂公司)和无水硫酸钠2g加入到60mL无水乙醇中，通氮气保护，搅拌，回流10分钟(温度约78℃)，加入5滴哌嗪和10滴醋酸(每滴按0.04mL计)，继续回流反应4小时后，冷却至室温，有晶体析出，用饱和氯化铵溶液洗涤，再用少量水洗涤，抽干，得到亮黄色固体5.64g，用乙腈做重结晶得黄色晶体5.08g。产率：93.2％。

实施例18-22所制备得到的3-(4’-溴苯基)香豆素所采用的原料及试剂如下表：

Claims

1.通式（Ⅰ）所示的3-取代苯基香豆素衍生物的合成方法，

Figure 2011103574466100001DEST_PATH_IMAGE002

，X=Cl、Br、H、NO₂

是将对位取代的苯乙腈的衍生物、邻羟基苯甲醛、加入到溶剂中，搅拌下加入主催化剂、助催化剂和脱水剂，在氮气保护下，反应温度是60-80℃，反应时间是4-8h；反应物环合生产香豆素衍生物，经过滤、洗涤，干燥，再将其投入到乙腈中重结晶得到纯净的橙色香豆素衍生物；

所述的对位取代的苯乙腈的衍生物是指苯乙腈的对位取代基团分别是Cl、Br、H、NO₂基团的化合物；

所述的溶剂是低碳醇或三乙胺，或者它们的混合溶剂；所述低碳醇溶剂是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇;

所述的主催化剂是哌啶；助催化剂是醋酸；脱水剂是是无水硫酸钠或者无水硫酸钾；洗涤所用溶液是氯化铵水溶液;

对位取代的苯乙腈的衍生物与邻羟基苯甲醛之间的摩尔比是1.8：1-0.9：1之间，主催化剂占反应原料的0.01质量%-10质量%，助催化剂占反应原料的0.02质量%-20质量%，脱水剂占原料的质量百分比是1%-30%。