乙二胺四乙酸四鈉“一鍋法”催化合成 2-氨基-2-色烯衍生物

乙二胺四乙酸四鈉“一鍋法”催化合成 2-氨基-2-色烯衍生物 2009 年第 29 卷 有 機 化 學 Vol. 29, 2009 第 3 期, 437～440 Chinese Journal of Organic Chemistry No. 3, 437～440 * E-mail: tlyq@jnu.edu.cn Received June 13, 2008; revised August 9, 2008; accepted October 28, 2008. 國家自然科學基金(No. 20672046)和廣東省自然科學基金(No. 04010458)資助項目. ·研究簡報· 乙二胺四乙酸四鈉“一鍋法”催化合成 2-氨基-2-色烯衍生物 陳 路 李毅群 * 黃旭江 周美云 (暨南大學化學系 廣州 510632) 摘要 乙二胺四乙酸四鈉能有效地催化芳香醛、丙二腈、1-萘酚在體積分數為 95%乙醇介質中一鍋法合成 2-氨基-2-色烯衍生物. 該法具有催化劑價廉易得、反應條件溫和、實驗操作和后處理簡便、收率高、催化劑重復使用等優點. 關鍵詞 2-氨基-2-色烯; 一鍋法; 乙二胺四乙酸四鈉 One-Pot Synthesis of 2-Amino-2-chromenes Catalyzed by Tetrasodium Ethylenediaminetetraacetate Chen, Lu Li, Yiqun * Huang, Xujiang Zhou, Meiyun (Department of Chemistry, Jinan University, Guangzhou 510632) Abstract The synthesis of 2-amino-2-chromenes catalyzed by tetrasodium ethylenediaminetetraacetate (EDTA-4Na) via a one-pot three-component reaction of aromatic aldehyde, malononitrile and 1-naphthol in volume fraction of 95% ethanol has been described. This method offers several advantages such as low cost of the catalyst, mild conditions, good yield, simple experimental and work-up procedure, and reusability of catalyst. Keywords 2-amino-2-chromene; one-pot; tetrasodium ethylenediaminetetraacetate 色烯又稱苯并吡喃, 是一類十分重要的有機化合物, 也是一些天然產物的結構單元 [1] , 其衍生物具有廣泛的生物活性和藥理活性 [2] . 其衍生物具有抗病毒 [3] 、 抗腫瘤 [4] 等作用. 它們通常是在化學計量的有機堿哌啶存在下通過醛、丙二腈與酚在有機溶劑(乙腈、乙醇)中回流反應而得到 [5] . 最近, 文獻報道了十六烷基三甲基溴化銨(CTAB) [6] , 十六烷基三甲基氯化銨(CTAC) [7] , 三乙基 芐 基 氯 化 銨 (TEBA) [8] , 四 丁 基 溴 化 銨 (TBAB) [9] ,γ-Al 2 O 3 [10] , K 2 CO 3 [11] , 納米 MgO [12] , TiCl 4 [13] 等催化的三組分反應合成 2-氨基-2-色烯. 但是這些方法仍然存在反應條件苛刻、反應時間長、催化劑制備復雜、反應產率低等不足. 如季銨鹽需回流反應或采用超聲輻射, 且季銨鹽對水中微生物有殺滅作用; 納米 MgO 制備較繁瑣; K 2 CO 3 需微波輻射促進反應; TiCl 4 對空氣敏感.乙二胺四乙酸四鈉(EDTA-4Na)是含氨基和羧基的多官能團有機小分子, 作為絡合劑廣泛用于分析化學中. 它來源廣泛、價格低廉、易溶于水. 文獻 [14] 報道利用乙二胺四乙酸(EDTA)作為雙齒配體用于 PdCl 2 催化Suzuki 反應. 但尚未見 EDTA-4Na 作為催化劑催化合成2-氨基-2-色烯的報道. 為了尋找新的催化體系, 本文道了以 EDTA 鹽為有機小分子催化劑, 催化芳醛、丙二腈和 1-萘酚通過三組分反應一鍋法合成 2-氨基-2-色烯的反應(Eq. 1). 1 實驗部分 1.1 儀器與試劑 熔點用 X6 顯微熔點儀測定, 溫度計未校正.1 HNMR 在 Bruker AVANCE 300 (300 MHz)上測定, 以DMSO-d 6 為溶劑, 殘余的 DMSO 為內標(δ 2.54); IR 在438 有 機 化 學 Vol. 29, 2009Bruker Equinox 55 上測定, KBr 壓片. 所有試劑為市售,除苯甲醛和呋喃甲醛重蒸純化外, 其它試劑未作進一步純化處理.1.2 2-氨基-2-色烯的合成方法向 25 mL 圓底燒瓶中, 加入芳香醛(2.0 mmo1)、丙二腈(2.0 mmo1)、 1-萘酚(2.0 mmo1), 體積分數為 95%的乙醇(10 mL)和EDTA鹽(0.1 mmol, 5 mol%), 于70 ℃電磁攪拌下反應, TLC 檢測反應終點. 反應完畢后, 將反應混合物倒入水中, 析出大量絮狀沉淀, 然后置冰箱中靜置 2 h, 抽濾得粗產物, 粗產物經用甲醇重結晶得純品. 本文所報道的化合物均為已知化合物, 它們的熔點與文獻報道數據[6,8,12,15] 一致. 部分產物 1 H NMR和IR數 2 結果與討論 2.1 催化劑的篩選 乙二胺四乙酸(EDTA)含 4 個羧基, 一般可形成二鹽、三鹽和四鹽. 常見的 EDTA 鹽有乙二胺四乙酸二鈉 (EDTA-2Na)、乙二胺四乙酸四鈉(EDTA-4Na)、乙二胺四乙酸二鉀(EDTA-2K)和乙二胺四乙酸三鉀(EDTA-3K). 我們分別考察了EDTA和常見的EDTA鹽在70 ℃條件下于體積分數為 95%的乙醇溶液中催化芳醛、 丙二 腈和 1-萘酚合成 2-氨基-2-色烯的反應. EDTA 不能有效催化合成2-氨基-2-色烯, 其它EDTA 鹽催化結果見表1.從表1可知, EDTA-2Na和EDTA-2K催化效果不理想, 尤其是不能有效催化苯甲醛和具有推電子基團的的芳醛(表 1, Entries 1, 4, 5); EDTA-4Na 和 EDTA-3K 催化效果較好且接近(表 1, Entries 1～5), 由于 EDTA-4Na 價廉易得, 因此選取 EDTA-4Na 作為反應催化劑. 2.2 EDTA-4Na 用量對反應的影響 以苯甲醛作為底物, 考察了催化劑用量對反應的影響, 結果見表 2. 實驗結果表明, 催化劑用量對反應有影響. 當沒有 表 表 1 EDTA 鹽催化合成 2-氨基-2-色烯衍生物 a Table 1 Synthesis of 2-amino-2-chromenes catalyzed by salts of EDTA Yield b /% Entry Aldehyde 1 Producut 4 EDTA-2Na EDTA-4Na EDTA-2K EDTA-3K 1 C 6 H 5 CHO 4a Np c 61 Np c 57 2 2,4-Cl 2 -C 6 H 3 CHO 4d 71 72 64 61 3 4-NO 2 -C 6 H 4 CHO 4e 66 92 67 90 4 4-Me 2 N-C 6 H 4 CHO 4g 47 63 29 56 5 4-Me-C 6 H 4 CHO 4h Np c 72 Np c 75 a Reaction condition: 5 mmol of aldehyde, 5 mmol of 1-naphthol, 10 mL of 95% ethanol at 70 ℃ oil bath; b isolated yields; c Np: no desired producut was found. No. 3 陳路等：乙二胺四乙酸四鈉“一鍋法”催化合成 2-氨基-2-色烯衍生物 439 表 表 2 催化劑用量對反應產率的影響 a Table 2 Effects of the amount of catalysis on reaction yields Entry Amount of catalysis/mol% Time/min Yield b /% 1 0 240 Np c 2 1 60 33 3 5 60 61 4 10 60 59 a Reaction condition: 5 mmol of aldehyde, 5 mmol of 1-naphthol, 10 mL of 95% ethanol at 70 ℃ oil bath; b isolated yields; c Np: no desired producut was found. 催化劑存在時, 沒有獲得多組分縮合產物 2-氨基-2-色烯, 但可以分離到芳醛和丙二腈的 Knoevenagel 縮合產物. 當 EDTA-4Na 用量為 1 mol%時, 收率為 33%; 當EDTA-4Na 用量為 5 mol%時, 收率達到 61%; 當 EDTA-4Na 為 10% mol 時, 收率沒有提高, 為 59%. 因此, 催化劑 EDTA-4Na 用量為 5% mol 較為合適. 2.3 EDTA-4Na 催化一系列芳醛合成 2-氨基-2 色烯EDTA-4Na 能有效催化一系列的芳香醛、丙二腈和1-萘酚發生三組分一鍋法反應, 以 61%～93%的產率生成相應的 2-氨基-2-色烯衍生物. 反應結果見表 3.芳環上的取代基對反應有影響, 吸電子基團有利于反應的進行(表 3, Entries 2～6), 取代基拉電子效應越強, 反應速度越快(表 3, Entries 5, 6). 芳環上推電子基團使反應速度減慢(表 3, Entries 7～10). 2.4 催化劑循環使用性能 以對硝基苯甲醛為底物, 考察催化劑重復使用性能. 反應完畢后, 反應混合物加適量水, 析出產物, 過濾, 產物用少量水洗滌后重結晶. 含催化劑的濾液減壓蒸干, 直接用于催化下次反應. 催化劑重復使用結果見 圖 1. 圖 圖 1 催化劑循環使用性能 Figure 1 The reusabilities of the catalysis實驗結果表明, 催化劑至少可以重復使用5次以上,但每次重復使用, 產率稍有下降, 這可能是催化劑回收損失造成的. 2.5 反應機理 乙二胺四乙酸四鈉鹽或四鉀鹽能有效催化芳香醛、丙二腈和 1-萘酚生成 2-氨基-色烯, 乙二胺四乙酸及其二鹽催化效果不理想, 說明催化劑堿性起著重要作用.至于是分子中的氮原子或羧基陰離子的作用, 還是它們之間協同的作用, 還有待于進一步研究. 反應可能機理見圖 2(催化劑堿性用 B－ 表示). 3 結論 總之, EDTA-4Na 能有效地催化一系列的芳醛與丙二腈和 1-萘酚反應, 以 61%～92%的產率生成相應的 2- 氨基-2-色烯衍生物. 該方法具有催化劑價廉易得、反應條件溫和、 反應時間短、 產率優良、 后處理簡單方便, 催化劑能重復使用等優點. 表 表 3 EDTA-4Na 催化合成 2-氨基-2-色烯衍生物 a Table 3 Synthesis of 2-amino-2-chromenes catalyzed by EDTA-4Na Entry Aldehyde 1 Product 4 Time/min Yield b /% m.p. (lit.)/℃ 1 C 6 H 5 CHO 4a 55 61 212～214 (210～211 [6] ) 2 4-Cl-C 6 H 4 CHO 4b 60 79 232～234 (231～232 [12] ) 3 2-Cl-C 6 H 4 CHO 4c 25 86 235～236 (236～237 [6] ) 4 2,4-Cl 2 -C 6 H 3 CHO 4d 25 72 216～217 (222～224 [15] ) 5 4-NO 2 -C 6 H 4 CHO 4e 30 92 228～230 (231～234 [12] ) 6 3- NO 2 -C 6 H 4 CHO 4f 25 79 208～210 (208～211 [12] ) 7 4-Me 2 N-C 6 H 4 CHO 4g 40 63 200～202 (203～205 [9] ) 8 4-Me-C 6 H 4 CHO 4h 75 72 203～205 (205～206 [8] ) 9 4-MeO-C 6 H 4 CHO 4i 40 76 196～198 (191 [11] ) 10 3-MeO-4-OH-C 6 H 3 CHO 4j 70 69 138～140 (137～139 [6] ) 11 2-Furaldehyde 4k 40 82 169～171 (169～172 [12] ) a Reaction condition: 5 mmol of aldehyde, 5 mmol of 1-naphthol, 0.25 mmol of catalysis, 10 mL of 95% ethanol at 70 ℃ oil bath; b isolated yields. 440 有 機 化 學 Vol. 29, 2009 圖 圖 2 可能的反應機理 Figure 2 Plausible reaction mechanism References 1 (a) Hatakeyama, S.; Ochi, N.; Numata, H.; Takanao, S. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1988, 1202. (b) Cingolant, G. M.; Pigini, M. J. Med. 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