三乙基苄基氯化铵催化下水介质中吡喃并[2,3-d]嘧啶衍生物的一步合成
来源:叨叨游戏网
维普资讯 http://www.cqvip.com 2007年第27卷 第11期,1420 ̄1423 有机化学 Chinese Journal of Organic Chemistry Vbll 27.2007 N'6.11.1420 ̄1423 ・研究简报・ -Z,基苄基氯化铵催化下水介质中nLl:ni ̄并[2,3・d】嘧啶衍生物的 -一步合成 魏贤勇 宗志敏 王香善6 梁 静 张梅梅6 (“中国矿业大学化工学院( 徐州师范大学化学系徐』、I'1 221 1 16) 徐州I 221116) 摘要 以芳亚甲基丙二腈、1,3.二甲基巴比妥酸为原料,以水为溶剂,在100℃以三乙基苄基氯化铵(TEBAc)为催化剂 合成了一系列的吡喃并[2,3. 嘧啶衍生物,该方法具有反应条件温和,产率良好(78%~90%)和环境友好等优点.产物 的结构通过IR, H NMR和元素分析表征,并进一步通过x射线衍射分析确证. 关键词吡喃并[2,3. 嘧啶;TEBAC;水;合成 One・Step Syntheses of Pyrano[2,3・dJpyrimidine Derivatives in Aqueous Media Catalyzed by TriethyIbenzyIammOnium Chloride LIANG,Jing ZHANG,Mei—Mei WEI,Xian—Yong ZONG,Zhi.Min WANG,Xiang.Shan (“School of Chemical Engineering,China University ofMining and Technology,Xuzhou 221 1 16) ( Department of Chemistry,Xuzhou Normal Universiy,Xuzhou t221 1 16) Abstract A series of pyrano[2,3一 pyrimidine derivatives were synthesized from arylidene malononitrile and 1.3一dimethyl barbita1 at 1 00℃catalyzed by triethylbenzylammonium chloride(TEBAC)in water. This method has many advantages,such as mild reaction conditions,high yields(78%~90%)and environ— mental friendliness.The structures of he tproducts were characterized by IR, H NMR spectra and elemental analyses,and further confirmed by X—ray diffraction analysis. Keywords pyrano[2,3一 pyrimidine;triethylbenzylammonium chloride;water;synthesis 吡喃并嘧啶衍生物具有广泛的生物活性,例如抗菌 活性 , 、抗真菌活性 , 、抗微生物的活性[5,61、抗血小 Diels—Alder反应【lUJ、Claisen重排反应【llJ、Reformastky 反应【 和Pinacol偶联反应 】.和有机溶剂相比,水具 有价格低廉、无毒和环境友好等特点.我们前文[1 已经 成功报道了水相中的Knoevenagel缩合反应、Darzens 反应和一些加成反应.本文报道三乙基苄基氯化铵 板活性等【”,广泛用于医药、农药领域.随着对人类生存 环境的日益重视,越来越多的科学家将有机合成的研究 重点放在对环境无污染的绿色合成上,绿色合成要求反 应或合成过程中采用无毒的试剂、溶剂或催化剂,其中 水被认为是最理想的溶剂【8】.自从Breslow于20世纪80 年代发现了水对有机反应存在疏水效应 】,一些以水作 为有机反应溶剂的绿色合成已有很多文献报道,例如 (TEBAC)催化下水中吡喃并[2,3一 嘧啶衍生物的合成. 将芳亚甲基丙二腈(1)和N,N- ̄甲基巴比妥酸(2)在 TEBAC催化下,在水中于100℃回流8~12 h,可以较 高产率(表1)生成一系列的吡喃并[2,3. 嘧啶衍生物3 E-mail:82776228@sohu.com Received March 7,2007;revised and accepted Mfdy 24,2007. 中国矿业大学青年基金(No.OH060099)、江苏省高校自然科学基金(No.04KJB150139) ̄-lf徐#lNi范大学培育课题基金(No.06PYL04)资助项目 维普资讯 http://www.cqvip.com No.11 梁静等:三乙基苄基氯化铵催化下水介质中吡喃并[2,3一 嘧啶衍生物的一步合成 1421 (Eq.1).TEBAC作为相转移催化剂,促进胶束生成,从 而使反应速率加快 . O CN Ar--CH:C. + "CN /为溶剂,TMS为内标;元素分析在Perkin-Elmer 240型 元素分析仪上测定;TEBAC、芳亚甲基丙二腈参考文献 的方法制备,1,3.二甲基巴比妥酸为市售的分析纯试剂. TEBAC H2O O OH3 2 OH3 3 CN (1) NH2 1.2吡喃并【2,3-明嘧啶衍生物3的合成方法 50 mL圆底烧瓶中加入芳亚甲基丙二腈(1)(2 mmo1),1,3.二甲基巴比妥酸(2)(2.1 mmol,0.32 g),TE- BAC(0.2 mmol,0.04 g)和10 mL水,在100℃下回流至 原料点消失(TLC检测),体系冷至室温,过滤,少量水 表1产物3的反应时间和产率 Table 1 The reaction times and yields of products 3 推测此反应可能的机理如图1 cN O CN O OH3 OH3 OH3 OH3 O Ar N H OH3 OH3 图1 芳亚甲基丙二腈和1,3一二甲基巴比妥酸的反应机理 Figure 1 The mechanism of reaction of arylidene malononitrile reaction with 1 I3一dimethyl barbital 1 实验部分 1.1仪器及试剂 熔点测定使用XT.5型数字熔点仪:红外光谱采用 TENSOR 27型红外光谱仪测定(KBr压片);核磁共振氢 谱采用Bruker.400 MHz型核磁共振仪测定,DMSO.比 洗,用Ⅳ’Ⅳ_二甲基甲酰胺(DMF) ̄H水混合溶剂重结晶, 所得固体80℃下真空干燥2h得化合物3. 3a:m.P.216~218℃; H NMR(DMSO-比,400 MHz) :3.08(s,3H,CH3),3.35(s,3H,CH3),4.35(s,1H, CH),7.09~7.13(m,2H,ArH),7.27~7.31(m,2H,ArH), 7.36(s,2H,NH2);IR(KBr)v:3379,3309,3072,3040, 2956,2886,2199,1709,1698,1641,1606,1493,1387, 1304,123 1,1 190,1 162,1 100,1039,968,85 1,762,752 cm-。.Ana1.calcd for C16H13N403F:C 58.54,H 3.99,N 17.07;found C 58.7 1。H 4.20,N 16.90. 3b:m.P.255~257℃; H NMR(DMSO-比,400 MHz) :3.07(s,3H,CH3),3.37(s,3H,CH3),4.87(s,1H, CH),7.23~7.28(m,2H,ArH),7.32(dd,‘,=8.0 Hz,J = 1.2 Hz,1H,ArH),7.37~7.38(m,3H,ArH+NH2);IR (KBr)v:3394,33 13,2959,2195,1707,1688,1642,1606, 1540,1490,1446,1390,1308,1265,1233,1 192,105 1, 1036,970,778,768,75 1 cm-。.Ana1.calcd for C16H13N4一 O3CI:C 55.74,H 3.80,N 16.25;found C 55.89,H 3.70,N 16.51. 3c:m.P.235~237℃; H NMR(DMSO—d6,400 MHz) :3.08(s,3H,CH3),3.35(s,3H,CH3),4.34(s,1H, CH),7-23(d,‘,=8.0 Hz,2H,ArH),7.40(s,2H,NH2),7.48 (d,‘,=8.4 Hz,2H,ArH);IR(KBr)v:3335,3304,3056, 2955,2879,2188,1710,1698,1659,1641,1493,1457, 1435,1406,1386,1304,1223,1 184,1099,1072,103 1, 1010,970,844,832,751 cm~.Ana1.calcd for C16H13N4- O3Br:C 49.38,H 3.37,N 14.40;found C 49.53,H 3.29,N 14.53. 3d:m.P.221~223℃; H NMR(DMSO-比,400 MHz) :3.07(s,3H,CH3),334(s,3H,CH3),4.34(s,1H, CH),7-27(d,‘,=8.4 Hz,2H,ArH),7.34(d,‘,=8.4 Hz, 2H,ArH),7.39(s,2H,NH2);IR(KBr)v:3373,3308, 2962,2882,2196,1710,1687,1635,1492,1389,1323, 1305,1263,1 184,1 190,1088,1037,1012,968,838,775, 752 cm-。.Ana1.calcd for C16H13N4O3CI:C 55.74,H 3.80, N 16.25;found C 55.75,H 3.92,N 16.09. 3e:m.P.207~208℃: H NMR(DMS0.d6,400 维普资讯 http://www.cqvip.com 1422 有机化学 、,01.27.2007 MHz) :3.08(s,3H,CH3),3.34(s,3H,CH3),4.39(s,1H, CH),7.27(d,I,=8.4 Hz,1H,ArH),7.44(s,2H,NH2),7.54 (d,J=2.0 Hz,1H,ArH),7.55(d,I,=8.0 Hz,1H,ArH);IR (KBr)v:3389,3312,2956,2200,1712,1687,1637,1492, 1388,1315,1265,1230,1 188,1030,970,832,781,753 cm_。.据,在3.00。<0<25.34。范围内共收集3750个衍射 点,可观测衍射点2964个[1>2o(/)1,数据经Lp校正. 晶体结构由直接法(SHELXS97程序)解出,经多轮 Fourier合成获得全部非氢原子,全部氢原子由理论计 算后直接加氢而得到.全部非氢原子的坐标及各向异性 热参数,采用w=1/[cr2( )+(0.0707P) +0.9181P],P= ( +2 )/3,经全矩阵最小二乘法修正及收敛.最终 的偏离因子为R=0.0738,wR=O.1638.最终差值电子密 度的最高峰为308 eonm" ,最低峰为一245 eonm一. Ana1.calcd for C16H12N4O3C12:C 50.68,H 3.19,N 14.78;found C 50.55。H 3.21。N 14.89. 3f:m.P.210~212℃: H NMR(DMSO—d6,400 MHz) :3.06(s,3H,CH3),3-35(s,3H,CH3),4.85(s,1H, CH),7.34(d,I,=8.4 Hz,1H,ArH),7.38(d,I,=8.4 Hz, 1H,ArH),7.44(s,2H,NH2),7.54(s,1H,ArH);IR(KBr) v:3390,3309,3082,2961,2196,1710,1690,1641,1602, 1586,1493,1471,1444,1384,1229,1187,1099,1049, 1033,971,846,753 cm一.Ana1.calcd for C16H12N4O3C12" C 50.68,H 3.19,N 14.78;found C 50.76,H 3.10,N 14.86. 3g:m.P.250 ̄251℃; H NMR(DMSO—d6,400 MHz) :3.03(s,3H,CH3),3-34(s,3H,CH3),5.14(s,1H, CH),7.53~7.63(m,4H,ArH+NH2),7.91(d,J=8.4 Hz, 1H,ArH);IR(KBr)v:3437,3289,2198,1707,1686, 1632,1569,1518,1389,1349,1297,1239,1 199,1 172, 1 106,1037,973,898,842,781,752 cm一.Ana1.calcd for C16H12N5O5C1:C 49.31,H 3.10,N 17.97;found C 49.15, H 3.20.N 17.88. 3h:m.P.253~255℃: H NMR(DMSO—d6,400 MHz) :3.03(s,3H,CH3),3.36(s,3H,CH3),5.14(s,1H, CH),7.45~7.53(m,4H,ArH+NH2),7.63~7.65(m,1H, ArH),7.85(d,I,=8.4 Hz,1H,ArH);IR(KBr)v:3336, 3 141,2990,2958,2930,2887,2199,1699,1646,1558, 1523,1494,1438,1408,1389,1358,1307,1237,1 189, 1 161,1096,1060,1025,974,860,787,751,717,661 cm一. Ana1.calcd for C16H13N505:C 54.09,H 3.69,N 19.7 1; found C 53.87,H 3.78.N 19.70. 3i:m.P.205~207℃: H NMR(DMSO.d6,400 MHz) :3.07(s,3H,CH3),3.36(s,3H,CH3),4.58(s,1H, CH),7.50(s,2H,NH2),7.59~7.63(m,1H,ArH),7.78(d, J=8.0 Hz,1H,ArH),8.09~8.11(m,2H,ArH);IR(KBr) v:3316,3193,2992,2880,2198,1691,1650,1590,1537, 1473,1389,1347,1309,1262,1231,1189,1095,970,898, 80 1,777,735 cm一.Ana1.calcd for C16H13N505:C 54.09. H 3.69,N 19.71;found C 54.21,H 3.57,N 19.62. 1.3×射线衍射实验与晶体结构分析 晶体学数据和衍射强度数据的收集在Siemens P4 型四圆衍射仪上进行.将0.33 mm ̄0.24 mm ̄0.23 mm 的无色长方形单晶置于装有单色器的四圆衍射仪上,用 Mo Ka =0.071070 nm)辐射和co扫描方式收集衍射数 (6/a) =0.000, =1.168. 2结果与讨论 分别考察温度、催化剂用量、催化剂种类、时间这 4个因素对产率的影响.从表2中看出,反应温度为决 定因素.在室温下,即使催化剂用量加倍,反应时间加 倍,反应也不会发生;升温至50℃可得到痕量的产物, 而加热至100℃,使用普通剂量的催化剂TEBAC,即 可得到较高的产率(79%),产率随反应时间的延长(6~ 10 h)而略有增加(79%~85%).催化剂的用量和种类对 反应也有一定程度的影响:其它条件保持不变,TEBAC 的用量加倍,产率几乎不变,而TEBAC的用量减半,产 率有小幅下降;相同反应条件下,使用相同剂量的其他 催化剂,所得产率较TEBAC略低.因此综合考虑,我们 确定了反应的较优条件:以水为溶剂,TEBAC为催化剂, 用量为10 mo1%,反应温度100℃,反应时间为10 h. 表2产物3的产率与温度、催化剂用量、种类、时间的关系 Table 2 The relationship of yields of 3 with temperature,cata- lysts and time Entry t/*C Amount/mo1% Catalyst Time/h Yield/% 该反应具有反应条件温和、产率良好、操作方便等 优点,产物的结构经红外光谱、核磁共振光谱确证.在 红外光谱中,在3394 ̄3143 cm 范围内均出现产物分 子中氨基(NH2)的伸缩振动吸收峰;在2200 ̄2188 cm1 范围内均出现产物分子中氰基(cN)的伸缩振动吸收峰; 在1712~1632 cm 范围内均出现产物分子中羰基(c: 维普资讯 http://www.cqvip.com No.11 梁静等:三乙基苄基氯化铵催化下水介质中吡喃并[2,3一 嘧啶衍生物的一步合成 1423 0)的伸缩振动吸收峰.在氢谱中,在 4.34~5.14范围 内出现和芳基相连的次甲基的吸收峰.化合物的其它数 据和结构相吻合.为了进一步确证产物3的结构,我们 培养了3h的单晶,进行了x射线衍射分析,3h的晶体 学数据为单斜晶系,空间群P2l/c,a=1.1383(2)nm, = 1.3372(2)nm,c=1.3673(2)nm,oc=90。, =97.380(4)。, ;Brullo,C.;Ranise,A.;Schenone,S.;Bondavalli, 7 Bruno,O.F.:Barocelli,E.;Ballabeni,V.;Chiavarini,M.;Tognolini, M.:Impicciatore,M.Bioorg.Med.Chem.Lett.2001, 11(1 1),1397. (a)Ffinguelli,F.;Piematti,O.;Pizzo,F.;Vaccaro,L.Eur. Drg.Chem.2001.439. (b).Li,C.J. em.Rev.1993,93,2023. 9 (a)Breslow,R.;Rideout,D.C. Am.Chem.Soc.1980, 7=90。,Mr=428.41,V=2.0638(6)nm ,D。=1.379 g/cm , Z=4.p(Mo Ka)=0.105 mm~.F(000)=896.图1为化合 物3h晶体结构图. 伯 0(6) 13) 0(16) O(4) ‘ C(8) 1 (4) N(4) 。 ” 图I化合物3h的晶体结构图 Figure 1 The crystal structure of the compound 3h References Ghorab,M.M.;Hassan,A.Y.Phosphorus, r Silicon Relat.E m.1998.141.251. Ahluwalia,V.K.;Batla,R.;Khurana,A.;Kumar,R.Indian ‘,. em.,Sect.B 1990.29 12),1 141. Al-Thebeiti,M.S.Afinidad 2000,57( 489),365. Ahluwalia,V.K.;Bala,B.Indian Chem.,Sect.B 1996, 35B(1、.742. 5 Bedair,A.H.;E1-Hady,N.A.;E1一Latif,M.S.:Fakery,A. H.;E1-Agrody,A.M.Farmaco 2000,55,708. 6 Abdel Fattah,M.E.;Atta,A.H.;Abdel Gawad,I.I.;Mina, S.M.Orient. Chem.2O04.20(2).257. D2.7816. (b)Breslow,R.Acc.Chem.Res.1991,24,159. (a)Breslow,R.;Maitra,U.;Rideout,D.C.Tetrahedron Lett.1983,24,1901. (b)Breslow,R.;Maitra,U.Tetrahedron Lett.1984,25, 1239. (a)Ponaras,A.A. Org.Chem.1983,48,3866. (b)Coates,R.M.;Rogers,B.D.;Hobbs,S.J.;Peck,D.R.; Curran,D.P. Am.Chem.Soc.1987, D9,1160. (a)Mattes,H.;Benezra,C.Tetrahedron Lett.1985,26, 5697. (b)Zhou,J.Y.;Lu,G.D.;Wu S.H.Synth.Commun.1992, 22,481. De1air.P.:Luche.J.L. Chem.Soc.,Chem.Commun. 1989,398. (a)Zhang,S.;Chen,J.;Shi,D.Q.;Zhuang,Q.Y.;Zhang, X.Q. Xuzhou Normal Univ.2O03,2 ,42(in Chinese). (张姝,陈景,史达清,庄启亚,张向前,徐州师范大学学 报,2O03,2 ,42.) (b)Shi,D.Q.;Zhang,S.;Zhuang,Q.Y.;Wang,x.S.;Tu, S.J.;Hu,H.W.C . C em.2003,21,680. (c)Shi,D.Q.;Zhuang,Q.Y.;Chen,J.;Wang,X.S.;Tu,S. J.:Hu,H.W.Chin. Org.Chem.2003,23,694(in Chi— nese). (史达清,庄启亚,陈景,王香善,屠树江,胡宏纹,有机 化学,2Oo3,23,694.) (d)Wang,X.S.;Shi,D.Q.;Zhang,Y.F.;Wang,S.H.;Tu, S.J.Chin. Org.Chem.2004,24,430(in Chinese). (王香善,史达清,张燕飞,王苏惠,屠树江,有机化学, 2O04,24,430.) . (e)Wang,X.S.;Shi,D.Q.;Li,Y.L.;Chen,H.;Wei’X.Y.; Zong,Z.M.Synth.Commun.2005,35,97. (Y0703072 QIN,X.Q.;DONG H.Z.)