新技术新方法合成3-4-二氢嘧啶-2--酮类化合物

新技术新方法合成3,4-二氢嘧啶-2-酮类化合物周韬摘要：本实验在无氧的条件下利用乙酰乙酸乙酯、苯甲醛和脲进行一锅反应制备了3,4-二氢嘧啶-2-酮，此方法为著名的Bilinelli反应。提纯产物之后，对产物进行了红外、HPLC、核磁等一系列的表征。关键词：Bilinelli反应，无氧条件，核磁氢谱引言：3,4-二氢嘧啶-2-酮衍生物通常具有广泛的生物活性，如抗病毒、抗肿瘤、抗菌和消炎作用等。1893年，Biginelli用芳香醛、乙酰乙酸乙酯、尿素在盐酸催化下首次得到此类化合物，但存在反应时间长，产率低等缺点。为了改进这些缺点，后来发展了微波技术、超声技术、固相合成、无溶剂合成等几种新的合成方法。本实验采用不同于盐酸的新催化剂CoC16H2O来制备二氢嘧啶酮的外消旋体，结果显示这种方法在保证一定产率的前提下，大大缩短了反应时间。1、实验部分1.1原理本实验用乙酸乙酯、苯甲醛和脲进行一锅反应制备3,4-二氢嘧啶-2-酮，该方法被称为Bilinelli反应，反应的通式如下图 1 Bilinelli反应通式当然，反应中还会产生水。实验中采用常规无氧（尽可能无水）操作合成3,4-二氢嘧啶-2-酮的消旋体。反应的进程用薄层色谱跟踪，得到的产物进行红外、HPLC、核磁等的表征。马金广在“3，4-二氢嘧啶-2（1H）-酮的合成与理论研究1”中结合前人的研究，在几种可能的反应机理中确定了Bilinelli反应的反应机理如下1.2试剂与仪器1.2.1试剂乙酰乙酸乙酯（AR），苯甲醛（AR），脲（AR），氯化钴，无水乙醇，去离子水，氮气瓶1.2.2仪器磁力搅拌器，50mL圆底烧瓶，油浴锅及加热装置，薄层色谱，布氏漏斗，烘箱，电子天平，熔点仪，红外光谱仪，HPLC，核磁仪，真空泵1.2.3物质物理常数表 1 反应物及产物的物理常数 物质分子量相对密度/g.cm-3沸点/熔点/乙酰乙酸乙酯130.141.020180.4-45苯甲醛106.121.044179-26脲60.061.323133-1353,4-二氢嘧啶-2-酮260.29203-2051.3实验步骤氮气球保护下，在100ml三口烧瓶中加入乙酰乙酸乙酯（15mmol）、苯甲醛（10mmol）、脲（12mmol）、催化剂（1 mmol， CoC16H2O等）和20 ml无水乙醇, 油浴加热，回流反应, 逐渐有固体析出，用薄层色谱跟踪反应进程（约2小时）。停止加热，水浴冷至室温，继续用冰水冷却，抽滤，水洗，得到的固体产物，用乙醇和水重结晶，得精制的产物，真空干燥，进行分析鉴定（HPLC，NMR，GC-MS，IR）。2、实验结果和分析薄层色谱跟踪反应进程所用的展开剂为石油醚：乙酸乙酯=6:1。最终产物质量为1.47g。表 2 产物熔点物质熔点/3,4-二氢嘧啶-2-酮204.3204.9-205.3205.5产物3,4-二氢嘧啶-2-酮的紫外扫描、红外光谱和HPLC图、核磁图如附图所示最终产物的熔点在标准熔点范围内，按照质量计算产率为产率=产物质量产物分子量反应物物质的量100%=56.48%紫外扫描图的结果显示其最大吸收波长在285nm附近。在HPLC测定结果中，主成分的保留时间为2.323min，其峰面积占了所有峰面积的几乎100%，也就是说，产物中几乎只有一种成分存在。产物二氢嘧啶酮的标准红外图谱如下图所示：图 2 产物3,4-二氢嘧啶-2-酮的标准红外谱图除去透过率的影响之外，产物的红外谱图和3,4-二氢嘧啶-2-酮的标准红外谱图基本一致。在3000cm-1附近的峰可能是羟基（O-H）峰和C-H峰，因为在770-730cm-1附近有特征峰，判定含有苯环。1649cm-1处的峰为羰基峰，在1370cm-1附近的峰为甲基的（C-H）对称弯曲振动，在1092cm-1处的峰在其附近很强，猜测可能是C-O的伸缩振动峰。3,4-二氢嘧啶-2-酮的标准核磁氢谱如下图所示图 3 3,4-二氢嘧啶-2-酮的标准核磁氢谱与标准谱图中存在的不同点是，标准谱图中有一个氨基峰化学位移出现在了9附近，采用ChemBioDraw预测的核磁谱图也在9附近存在一个峰。猜测可能的原因是在合成的产物中存在一定的杂质，而导致了化学位移的改变。图 4 ChemBioDraw预测的核磁谱图各基团H的化学位移3、结论本方法合成二氢嘧啶酮操作简单，设备条件容易