康從民, 李園園, 呂英濤

(青島科技大學(xué) 化工學(xué)院,山東 青島 266042)

4-苯甲?；?1,7-庚二酸二甲酯(1)的合成可以通過苯乙酮和丙烯酸甲酯發(fā)生雙邁克爾加成完成[1]。這個反應(yīng)需要仲丁基鋰和溴化三丁基錫作催化劑，因此反應(yīng)需要用氮氣保護(hù)營造絕對無水無氧環(huán)境，合成成本較高，而且對環(huán)境危害較大。另外也可以先將苯乙酮烯醇硅醚化，再與丙烯酸甲酯加成[2～5]。這個反應(yīng)往往只引入一個丙烯酸甲酯，而且溫度要控制在-78 ℃。因而亟待尋找一種反應(yīng)條件溫和、合成成本低、綠色的合成方法。

本研究結(jié)合邁克爾加成反應(yīng)機理，發(fā)現(xiàn)一種基本的合成方法，此方法在溫和的條件下，使用常見的試劑和儀器就可以合成目標(biāo)產(chǎn)物，并且對環(huán)境無害。苯乙酮與丙烯酸甲酯縮合制得1(Scheme 1)。較適宜的反應(yīng)條件為:苯乙酮50 mmol,n(丙烯酸甲酯) ∶n(苯乙酮)=2.5 ∶1.0,無水環(huán)境下，以甲醇鈉為催化劑，于50 ℃反應(yīng)24 h,收率21.8%。

Scheme1

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

SGW X-4型數(shù)字顯微熔點儀(溫度未校正);Bruker AMX-500 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑,TMS為內(nèi)標(biāo))。

所用試劑均為分析純。

1.2 1的合成

(1) 甲醇鈉作催化劑

將無水甲醇用鈉片回流除水后，蒸餾得絕對甲醇。在帶干燥管回流冷凝管的圓底燒瓶中加入絕對甲醇50 mL，磁力攪拌下加入鈉片2.3 g(100 mmol),待鈉反應(yīng)完后升溫并保持恒溫，加入一定量的丙烯酸甲酯，再緩慢滴加苯乙酮6 mL(50 mmol)，滴畢,反應(yīng)至終點(TLC跟蹤)。用稀鹽酸調(diào)至中性，分液，有機層旋蒸脫溶后經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑:V(乙酸乙酯) ∶V(石油醚)=100 ∶1]分離得淡黃色液體1。

(2) 金屬鈉作催化劑

無水甲苯經(jīng)鈉沙回流去水后蒸餾得絕對甲苯。磁力攪拌下在三口燒瓶中加入絕對甲苯50 mL和金屬鈉片2.3 g，于120 ℃反應(yīng)至鈉片融為鈉珠后降溫至50 ℃；加入一定量的丙烯酸甲酯，再緩慢滴加苯乙酮50 mmol，滴畢，反應(yīng)至終點(TLC跟蹤)。后處理同上得1。

1: m.p.158.5 ℃～162.0 ℃(159 ℃～161 ℃[1]);1H NMRδ: 7.89～7.88(d,J=7.5 Hz, 2H, PhH), 7.46～7.45(d,J=7.0 Hz, 1H, PhH), 7.38～7.35(t,J=7.0 Hz, 2H, PhH), 3.57～3.54(t,J=5.5 Hz, 1H, c-H), 3.51(d,J=3.5 Hz, 6H, OCH3), 2.30～2.13(m, 4H, 2,6-H), 2.04～1.98(m, 2H, a-H), 1.75～1.72(m, 2H, b-H);13C NMRδ: 26.89(2C), 30.86(2C), 43.33, 51.11(2C), 127.96(2C), 128.39(2C), 132.94, 136.47, 172.96(2C), 202.30。

2 結(jié)果與討論

2.1 金屬鈉作催化劑時的反應(yīng)條件優(yōu)化

(1) 反應(yīng)溫度

苯乙酮50 mmol，丙烯酸甲酯100 mmol，絕對甲苯50 mL，鈉2.3 g，反應(yīng)時間12 h，其余反應(yīng)條件同1.2(1),考察反應(yīng)溫度對合成1的影響，結(jié)果見表1。從表1可以看出,30 ℃時反應(yīng)不發(fā)生；于60 ℃反應(yīng)收率最大；反應(yīng)溫度為80 ℃時生成了較多的副產(chǎn)物，導(dǎo)致收率較小。因此適宜的反應(yīng)溫度為60 ℃。

表 1 反應(yīng)溫度對合成1的影響*Table 1 Effect of temperature on synthesizing 1

*苯乙酮50 mmol，丙烯酸甲酯100 mmol，絕對甲苯50 mL，鈉2.3 g，反應(yīng)時間12 h,其余反應(yīng)條件同1.2(1)

(2) 反應(yīng)時間

反應(yīng)溫度60 ℃,其余反應(yīng)條件同1.2(1),考察反應(yīng)時間對合成1的影響，結(jié)果見表2。由表2可見，反應(yīng)時間越長，收率越高，當(dāng)反應(yīng)時間超過24 h時，收率基本不變，反應(yīng)時間以24 h為宜。

表 2 反應(yīng)時間對合成1的影響*Table 2 Effect of reaction time on synthesizing 1

*反應(yīng)溫度60 ℃,其余反應(yīng)條件同表1

(3) 丙烯酸甲酯用量[r=n(丙烯酸甲酯) ∶n(苯乙酮)]

苯乙酮50 mmol，絕對甲苯50 mL，鈉2.3 g，于60 ℃反應(yīng)反應(yīng)12 h,考察r對合成1的影響，結(jié)果見表2。由表2可知，隨著r的增加，收率逐漸提高，當(dāng)r=2.5時，收率較高;若再增大r，收率變化不大，所以r選擇2.5。

表 3 r對合成1的影響*Table 3 Effect of r on synthesizing 1

*于60 ℃反應(yīng)12 h,其余反應(yīng)條件同表1

綜上所述，以金屬鈉作催化劑合成1的最佳反應(yīng)條件為：苯乙酮50 mmol,n(苯乙酮) ∶n(丙烯酸甲酯)=1.0 ∶2.5,無水環(huán)境下，以甲醇鈉為催化劑，于60 ℃反應(yīng)24 h,收率12.8%。

2.2 甲醇鈉作催化劑的實驗結(jié)果及影響因素

參照以金屬鈉作催化劑合成1的最佳反應(yīng)條件，改用甲醇鈉作催化劑，最佳反應(yīng)條件為：苯乙酮50 mmol,n(丙烯酸甲酯) ∶n(苯乙酮)=2.5 ∶1.0,無水環(huán)境下，以甲醇鈉為催化劑，于50 ℃反應(yīng)24 h,收率21.8%。

對比兩種不同催化劑作用的反應(yīng)結(jié)果，其中甲醇鈉作催化劑時反應(yīng)溫度較低，產(chǎn)率相對較高。這是由于甲醇鈉的堿性較強，在較低的溫度下就能奪得較多苯乙酮的羰基α-H，使苯乙酮的羰基α-碳變成碳負(fù)離子，與丙烯酸甲酯發(fā)生親核加成反應(yīng)，收率較高。

3 結(jié)論

文獻(xiàn)報道的類似邁克爾加成反應(yīng)需要先將苯乙酮活化，形成苯乙酮的烯醇硅醚，使其親電性增強，再與丙烯酸甲酯分子作用生成目標(biāo)產(chǎn)物，其反應(yīng)過程中的中間活性化產(chǎn)物的生成量直接決定了最后的產(chǎn)率。本實驗結(jié)合Michael和Aldol反應(yīng)的原理和條件，并且根據(jù)相應(yīng)的文獻(xiàn)[6～13]，采用了兩種邁克爾加成反應(yīng)的基本方法。經(jīng)過了對反應(yīng)催化劑及反應(yīng)條件的摸索得知，甲醇鈉的催化效率比金屬鈉高，而且甲醇鈉催化反應(yīng)后的副產(chǎn)物少。因此，確定的最終反應(yīng)過程是：在無水條件下，將丙烯酸甲酯(125 mmol)加入到新制的甲醇鈉(50 mL)中，滴加苯乙酮(50 mmol)，于50 ℃反應(yīng)24 h，收率21.8%。

在本研究中，沒有先將苯乙酮合成穩(wěn)定活化物這一過程，而是在堿的作用下，苯乙酮轉(zhuǎn)化成碳負(fù)離子，進(jìn)而與丙烯酸甲酯縮合。由于碳負(fù)離子不穩(wěn)定，因而產(chǎn)率相對較低。這個反應(yīng)條件溫和、成本低、對環(huán)境無危害，但是收率較低。因此需要進(jìn)一步的研究探索，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上提高收率。另外，可以降低催化劑的堿性，改變反應(yīng)條件，使苯乙酮與等物質(zhì)量的丙烯酸甲酯進(jìn)行縮合。在催化劑的選擇方面，堿性離子液體[14,15]作催化劑是繼續(xù)這個研究的一個重要方向。

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