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乙二胺四乙酸四钠“一锅法”催化合成 2-氨基-2-色烯衍生物

乙二胺四乙酸四钠“一锅法”催化合成 2-氨基-2-色烯衍生物 2009 年第 29 卷 有 机 化 学 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. 国家自然科学基金(No. 20672046)和广东省自然科学基金(No. 04010458)资助项目. ·研究简报· 乙二胺四乙酸四钠“一锅法”催化合成 2-氨基-2-色烯衍生物 陈 路 李毅群 * 黄旭江 周美云 (暨南大学化学系 广州 510632) 摘要 乙二胺四乙酸四钠能有效地催化芳香醛、丙二腈、1-萘酚在体积分数为 95%乙醇介质中一锅法合成 2-氨基-2-色烯衍生物. 该法具有催化剂价廉易得、反应条件温和、实验操作和后处理简便、收率高、催化剂重复使用等优点. 关键词 2-氨基-2-色烯; 一锅法; 乙二胺四乙酸四钠 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 色烯又称苯并吡喃, 是一类十分重要的有机化合物, 也是一些天然产物的结构单元 [1] , 其衍生物具有广泛的生物活性和药理活性 [2] . 其衍生物具有抗病毒 [3] 、 抗肿瘤 [4] 等作用. 它们通常是在化学计量的有机碱哌啶存在下通过醛、丙二腈与酚在有机溶剂(乙腈、乙醇)中回流反应而得到 [5] . 最近, 文献报道了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) [6] , 十六烷基三甲基氯化铵(CTAC) [7] , 三乙基 苄 基 氯 化 铵 (TEBA) [8] , 四 丁 基 溴 化 铵 (TBAB) [9] ,γ-Al 2 O 3 [10] , K 2 CO 3 [11] , 纳米 MgO [12] , TiCl 4 [13] 等催化的三组分反应合成 2-氨基-2-色烯. 但是这些方法仍然存在反应条件苛刻、反应时间长、催化剂制备复杂、反应产率低等不足. 如季铵盐需回流反应或采用超声辐射, 且季铵盐对水中微生物有杀灭作用; 纳米 MgO 制备较繁琐; K 2 CO 3 需微波辐射促进反应; TiCl 4 对空气敏感.乙二胺四乙酸四钠(EDTA-4Na)是含氨基和羧基的多官能团有机小分子, 作为络合剂广泛用于分析化学中. 它来源广泛、价格低廉、易溶于水. 文献 [14] 报道利用乙二胺四乙酸(EDTA)作为双齿配体用于 PdCl 2 催化Suzuki 反应. 但尚未见 EDTA-4Na 作为催化剂催化合成2-氨基-2-色烯的报道. 为了寻找新的催化体系, 本文道了以 EDTA 盐为有机小分子催化剂, 催化芳醛、丙二腈和 1-萘酚通过三组分反应一锅法合成 2-氨基-2-色烯的反应(Eq. 1). 1 实验部分 1.1 仪器与试剂 熔点用 X6 显微熔点仪测定, 温度计未校正.1 HNMR 在 Bruker AVANCE 300 (300 MHz)上测定, 以DMSO-d 6 为溶剂, 残余的 DMSO 为内标(δ 2.54); IR 在438 有 机 化 学 Vol. 29, 2009Bruker Equinox 55 上测定, KBr 压片. 所有试剂为市售,除苯甲醛和呋喃甲醛重蒸纯化外, 其它试剂未作进一步纯化处理.1.2 2-氨基-2-色烯的合成方法向 25 mL 圆底烧瓶中, 加入芳香醛(2.0 mmo1)、丙二腈(2.0 mmo1)、 1-萘酚(2.0 mmo1), 体积分数为 95%的乙醇(10 mL)和EDTA盐(0.1 mmol, 5 mol%), 于70 ℃电磁搅拌下反应, TLC 检测反应终点. 反应完毕后, 将反应混合物倒入水中, 析出大量絮状沉淀, 然后置冰箱中静置 2 h, 抽滤得粗产物, 粗产物经用甲醇重结晶得纯品. 本文所报道的化合物均为已知化合物, 它们的熔点与文献报道数据[6,8,12,15] 一致. 部分产物 1 H NMR和IR数 2 结果与讨论 2.1 催化剂的筛选 乙二胺四乙酸(EDTA)含 4 个羧基, 一般可形成二盐、三盐和四盐. 常见的 EDTA 盐有乙二胺四乙酸二钠 (EDTA-2Na)、乙二胺四乙酸四钠(EDTA-4Na)、乙二胺四乙酸二钾(EDTA-2K)和乙二胺四乙酸三钾(EDTA-3K). 我们分别考察了EDTA和常见的EDTA盐在70 ℃条件下于体积分数为 95%的乙醇溶液中催化芳醛、 丙二 腈和 1-萘酚合成 2-氨基-2-色烯的反应. EDTA 不能有效催化合成2-氨基-2-色烯, 其它EDTA 盐催化结果见表1.从表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电子基团的的芳醛(表 1, Entries 1, 4, 5); EDTA-4Na 和 EDTA-3K 催化效果较好且接近(表 1, Entries 1~5), 由于 EDTA-4Na 价廉易得, 因此选取 EDTA-4Na 作为反应催化剂. 2.2 EDTA-4Na 用量对反应的影响 以苯甲醛作为底物, 考察了催化剂用量对反应的影响, 结果见表 2. 实验结果表明, 催化剂用量对反应有影响. 当没有 表 表 1 EDTA 盐催化合成 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 陈路等:乙二胺四乙酸四钠“一锅法”催化合成 2-氨基-2-色烯衍生物 439 表 表 2 催化剂用量对反应产率的影响 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. 催化剂存在时, 没有获得多组分缩合产物 2-氨基-2-色烯, 但可以分离到芳醛和丙二腈的 Knoevenagel 缩合产物. 当 EDTA-4Na 用量为 1 mol%时, 收率为 33%; 当EDTA-4Na 用量为 5 mol%时, 收率达到 61%; 当 EDTA-4Na 为 10% mol 时, 收率没有提高, 为 59%. 因此, 催化剂 EDTA-4Na 用量为 5% mol 较为合适. 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-萘酚发生三组分一锅法反应, 以 61%~93%的产率生成相应的 2-氨基-2-色烯衍生物. 反应结果见表 3.芳环上的取代基对反应有影响, 吸电子基团有利于反应的进行(表 3, Entries 2~6), 取代基拉电子效应越强, 反应速度越快(表 3, Entries 5, 6). 芳环上推电子基团使反应速度减慢(表 3, Entries 7~10). 2.4 催化剂循环使用性能 以对硝基苯甲醛为底物, 考察催化剂重复使用性能. 反应完毕后, 反应混合物加适量水, 析出产物, 过滤, 产物用少量水洗涤后重结晶. 含催化剂的滤液减压蒸干, 直接用于催化下次反应. 催化剂重复使用结果见 图 1. 图 图 1 催化剂循环使用性能 Figure 1 The reusabilities of the catalysis实验结果表明, 催化剂至少可以重复使用5次以上,但每次重复使用, 产率稍有下降, 这可能是催化剂回收损失造成的. 2.5 反应机理 乙二胺四乙酸四钠盐或四钾盐能有效催化芳香醛、丙二腈和 1-萘酚生成 2-氨基-色烯, 乙二胺四乙酸及其二盐催化效果不理想, 说明催化剂碱性起着重要作用.至于是分子中的氮原子或羧基阴离子的作用, 还是它们之间协同的作用, 还有待于进一步研究. 反应可能机理见图 2(催化剂碱性用 B- 表示). 3 结论 总之, EDTA-4Na 能有效地催化一系列的芳醛与丙二腈和 1-萘酚反应, 以 61%~92%的产率生成相应的 2- 氨基-2-色烯衍生物. 该方法具有催化剂价廉易得、反应条件温和、 反应时间短、 产率优良、 后处理简单方便, 催化剂能重复使用等优点. 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 机 化 学 Vol. 29, 2009 图 图 2 可能的反应机理 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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