CN103193716B - 一种酸性离子液体催化制备3,4-二氢嘧啶-2(1h)-酮衍生物的方法 - Google Patents

一种酸性离子液体催化制备3,4-二氢嘧啶-2(1h)-酮衍生物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种酸性离子液体催化制备3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮衍生物的方法，属于有机化学合成技术领域。所述制备3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮衍生物的缩合反应中芳香醛、1，3-二羰基化合物与尿素的摩尔比为1:1:1～2，酸性离子液体催化剂的摩尔量是所用芳香醛的5～8%，反应溶剂无水乙醇的用量为物料总质量的60～90%，回流反应0.5～5h，反应压力为一个大气压，反应后冰水冷却，过滤，滤渣用乙醇重结晶、干燥后得到纯3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮衍生物。本发明与传统酸催化剂及其它酸性离子液体作催化剂的制备方法相比，具有产率高、催化剂用量少且循环使用中损失量少等特点。

Description

一种酸性离子液体催化制备3,4-二氢嘧啶-2(1H)-酮衍生物的方法
技术领域
本发明属于有机化学合成技术领域，具体涉及一种酸性离子液体催化制备3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮衍生物的方法。
背景技术
3,4-二氢嘧啶-2(1H)-酮衍生物是重要的医药中间体，可以作为钙通道剂、抗过敏剂、降压剂、拮抗剂等，还具有抗病毒、抗肿瘤、抗菌和消炎等生物活性。因此，通过Biginelli反应制备此类化合物近年来引起了人们的极大兴趣。目前，该方法虽然制备简单，但存在反应时间长、产率低、催化剂污染严重及不能循环使用等缺点。所以，寻找新的催化剂，探索新的合成方法成为制备该类化合物的一个研究热点。
酸性离子液体由于具有较好的热稳定性、蒸汽压极低、对有机和无机化合物具有良好的溶解性、分布均匀的酸性位点及易与产物分离回收等优点而被运用于3,4-二氢嘧啶-2(1H)-酮衍生物的制备中。比如国外的K. V. Srinivasan等利用酸性离子液体[Hbim]BF4作为催化剂，在超声波辅助下可以高产率地合成3,4-二氢嘧啶-2(1H)-酮，整个反应过程条件温和，反应速率较快(Ionic liquid promoted novel and efficient one pot synthesis of 3,4-dihydropyrimidin-2-(1H)-ones at ambient temperature under ultrasound irradiation, Green Chemistry, 2004, 6: 147-150)。为了降低离子液体的制备费用，国内的杨张艳等利用廉价的酸性离子液体N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐([Hnmp]HSO4)作催化剂，在无溶剂加热条件下，芳香醛、1，3-二羰基化合物和尿素或硫脲三组分一锅法Biginelli反应合成一系列3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮衍生物(酸性离子液体催化“一锅法”无溶剂合成3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮，浙江工业大学学报，2011，39(5): 511-515)。为了进一步降低离子液体的制备费用，方东等使用硫酸化N，N，N-三烷基-N-丙磺酸铵盐酸性离子液体作催化剂，在水溶液中可以通过Biginelli反应制备3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮衍生物，其中酸性离子液体可以重复使用6次，催化活性未有明显变化(One-pot green procedure for Biginelli reaction catalyzed by novel task-specific room-temperature ionic liquids, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2007, 274: 208-211)。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的环境污染严重、反应条件苛刻、催化剂不能循环使用或循环使用中流失量很大等缺点，而提供一种酸性离子液体催化制备3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮衍生物的方法。
本发明所使用的酸性离子液体催化剂的结构式为：
                                                   
式中n为3或4。当n=3时，酸性离子液体催化剂记为IL-SO3H-1；当n=4时，酸性离子液体催化剂记为IL-SO3H-2。
本发明所提供的一种酸性离子液体催化制备3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮衍生物的方法，其反应式为：
 
     其中反应中芳香醛(I)、1，3-二羰基化合物(II)与尿素(III)的摩尔比为1:1:(1～2)，酸性离子液体的摩尔量是所用芳香醛的5～8%，反应溶剂无水乙醇的用量为物料总质量的60～90%，回流反应0.5～5h，反应压力为一个大气压，反应后冰水冷却，过滤，滤渣用无水乙醇重结晶、干燥后得到纯3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮衍生物(IV)。滤液中的酸性离子液体催化剂在减压旋蒸除去水和乙醇，并在120℃真空干燥处理2h后可以循环使用。
本发明所用的芳香醛为苯甲醛、4-甲氧基苯甲醛、4-硝基苯甲醛、4-氯苯甲醛、2-羟基苯甲醛、4-羟基苯甲醛、3-氯苯甲醛、3-溴苯甲醛、3，4-二甲氧基苯甲醛、4-甲基苯甲醛、2，4-二氯苯甲醛中的任一种。
本发明所用的1，3-二羰基化合物为乙酰乙酸甲酯和乙酰乙酸乙酯中的一种。
本发明所用的酸性离子液体的制备方法，见相关文献(Synthesis of a novel multi –SO3H functionalized ionic liquid and its catalytic activities for biodiesel synthesis, Green Chemistry, 12(2010), 201-204；一种多磺酸基功能化离子液体的制备方法，CN 101348487A)。
本发明与传统酸催化剂及其它酸性离子液体作催化剂的制备方法相比具有以下特点：
1、含有多磺酸根酸性离子液体的酸密度高，催化活性高；
2、催化剂使用量少且循环使用中损失量也较少；
3、催化剂经过简单处理后可以循环使用，催化效率未有明显降低。
具体实施方式
实施例1
将10mmol苯甲醛、10mmol乙酰乙酸乙酯、12mmol尿素、20mL无水乙醇和0.5mmol 酸性离子液体IL-SO3H-1分别加入到100mL带有搅拌子和回流冷凝管的单口瓶中。剧烈搅拌下回流反应0.5h，冰水冷却，过滤，滤渣用无水乙醇重结晶、干燥后得到纯5-乙氧羰基-4-苯基-6-甲基-3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮无色晶体，产率为94%。滤液中的酸性离子液体IL-SO3H-1在减压旋蒸除去水和乙醇，并在120℃真空干燥处理2h后可以循环使用。
实施例2
将10mmol 4-甲氧基苯甲醛、10mmol乙酰乙酸乙酯、12mmol尿素、25mL无水乙醇和0.7mmol 酸性离子液体IL-SO3H-1分别加入到100mL带有搅拌子和回流冷凝管的单口瓶中。剧烈搅拌下回流反应1.5h，冰水冷却，过滤，滤渣用无水乙醇重结晶、干燥后得到纯5-乙氧基-6-甲基-4-(4-甲氧苯基)-3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮，产率为90%。滤液中的酸性离子液体IL-SO3H-1在减压旋蒸除去水和乙醇，并在120℃真空干燥处理2h后可以循环使用。
实施例3
将10mmol 4-氯苯甲醛、10mmol乙酰乙酸甲酯、14mmol尿素、25mL无水乙醇和0.8mmol 酸性离子液体IL-SO3H-2分别加入到100mL带有搅拌子和回流冷凝管的单口瓶中。剧烈搅拌下回流反应2h，冰水冷却，过滤，滤渣用无水乙醇重结晶、干燥后得到纯5-甲氧基-6-甲基-4-(4-氯苯基)-3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮，产率为88%。滤液中的酸性离子液体IL-SO3H-2在减压旋蒸除去水和乙醇，并在120℃真空干燥处理2h后可以循环使用。
实施例4
将10mmol 2-羟基苯甲醛、10mmol乙酰乙酸甲酯、15mmol尿素、25mL无水乙醇和0.8mmol 酸性离子液体IL-SO3H-2分别加入到100mL带有搅拌子和回流冷凝管的单口瓶中。剧烈搅拌下回流反应3h，冰水冷却，过滤，滤渣用无水乙醇重结晶、干燥后得到纯5-甲氧基-6-甲基-4-(2-羟基苯基)-3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮，产率为85%。滤液中的酸性离子液体IL-SO3H-2在减压旋蒸除去水和乙醇，并在120℃真空干燥处理2h后可以循环使用。
实施例5
以实施例1为探针反应，作反应催化剂的活性重复性试验，催化剂重复使用4次，其催化产率变化见表1。
表1 IL-SO3H-1的活性重复性试验
从表1可知，IL-SO3H-1的催化活性经过4次循环试验后未有明显降低，表明其可以被循环使用。
实施例6
以实施例3为探针反应，作反应催化剂IL-SO3H-2的活性重复性试验，催化剂重复使用4次，其催化产率变化见表2。
 表2 IL-SO3H-2的活性重复性试验
从表2可知，IL-SO3H-2的催化活性经过4次循环试验后也没有明显降低，表明其也可以被循环使用。

Claims (1)

1.一种酸性离子液体催化制备3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮衍生物的方法，其特征在于，所述制备3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮衍生物的反应中芳香醛、1，3-二羰基化合物与尿素的摩尔比为1：1：1～2，酸性离子液体催化剂的摩尔量是所用芳香醛的5～8％，反应溶剂无水乙醇的用量为物料总质量的60～90％，回流反应0.5～5h，反应压力为一个大气压，反应后冰水冷却，过滤，滤渣用无水乙醇重结晶、干燥后得到纯3，4-二氢嘧啶-2(1H)-酮衍生物，滤液中的酸性离子液体催化剂在减压旋蒸除去水和乙醇，并在120℃真空干燥处理2h后可以循环使用；
所述的芳香醛为苯甲醛、4-甲氧基苯甲醛、4-硝基苯甲醛、4-氯苯甲醛、2-羟基苯甲醛、4-羟基苯甲醛、3-氯苯甲醛、3-溴苯甲醛、3，4-二甲氧基苯甲醛、4-甲基苯甲醛、2，4-二氯苯甲醛中的任一种；
所述的1，3-二羰基化合物为乙酰乙酸甲酯或乙酰乙酸乙酯；
所述酸性离子液体催化剂结构式为：
式中n为3或4。
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