化學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文N芐基喹唑啉酮甲醛的氧化反應(yīng)研究

學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 題目：N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲醛的氧化反應(yīng)研究姓名院系專業(yè)年級(jí)學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師年 月 日 N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲醛的氧化反應(yīng)研究摘 要：喹唑啉類化合物因其結(jié)構(gòu)的可變性和其衍生物具有廣譜的生物活性,在醫(yī)藥和農(nóng)藥方面倍受關(guān)注。本文以甲酰胺、鄰氨基苯甲酸為原料依次合成了喹唑啉-4-酮、N3-芐基喹唑啉-4-酮、N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲醛，并通過(guò)高錳酸鉀氧化法、過(guò)氧化氫氧化法、重鉻酸鉀氧化法的對(duì)比，探索了它們對(duì)醛的氧化作用，最終沒(méi)能得到預(yù)期的目標(biāo)產(chǎn)物N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲酸。關(guān)鍵詞：喹唑啉酮；氧化反應(yīng)；高錳酸鉀Oxidation of N3-benzylquinazolin-4-one-2-formaldehydeLiu Xiaojuan(School of Chemistry and Materials Science Ludong University Yantai 264025)Abstract In recent years, quinazoline compounds has been wide concerned in pesticide and medicine because of its structure and good biological activity. In this paper, quinazolione, 3-benzyl quinazolion-4-one and 3-benzyl quinazolin-4-one-2-formaldehyde were prepared by for- mamide and anthranilic acid as raw materials, and explored the effect of oxidation on aldehyde by KMnO4, NaClO, H2O2, and selected the optimum conditions of synthesis of 3-benzyl quinazolin-4-one-2-formic acid, but the result was not received the goal production 3-benzyl quinazolin -4-one-2-formic acid.Key Words Quinazolinone；Oxidation；KMnO4目 錄1. 前言11.1 醛的還原性11.2 醛與斐林試劑等弱氧化劑的反應(yīng)21.3 傳統(tǒng)氧化工藝21.3.1 濃硝酸氧化工藝21.3.2 重鉻酸鉀氧化工藝21.3.3 高錳酸鉀氧化工藝21.4 新型氧化工藝31.4.1 醛類水氧化法31.4.2 離子液體氧化工藝31.4.3 過(guò)氧化氫氧化工藝41.4.4 空氣催化氧化法41.4.5 光催化氧化法41.4.6 相轉(zhuǎn)移催化氧化法51.4.7 過(guò)硫酸氫鉀復(fù)鹽52. 實(shí)驗(yàn)部分52.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑52.2 喹唑啉-4-酮的合成62.3 N3-芐基喹唑啉-4-酮的合成62.4 N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲醛的合成72.5 N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲酸化合物的合成72.5.1 高錳酸鉀氧化法72.5.2 過(guò)氧化氫氧化法82.5.3 鉻酸氧化法83. 結(jié)果與討論83.1 N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲醛的合成反應(yīng)機(jī)理83.2 高錳酸鉀氧化法條件實(shí)驗(yàn)93.2.1投料比對(duì)氧化反應(yīng)的影響93.2.2 溫度對(duì)氧化反應(yīng)的影響93.2.3 紅外分析103.3 過(guò)氧化氫氧化法113.4 鉻酸氧化法113.5 產(chǎn)品假設(shè)驗(yàn)證114. 結(jié)論12參考文獻(xiàn)141. 前言 喹唑啉酮類是一類具有廣譜活性的含氮雜環(huán)化合物，基于該類化合物母環(huán)4(3H)-喹唑啉酮的分子設(shè)計(jì)、合成、構(gòu)效關(guān)系研究和生物活性篩選是當(dāng)前藥物化學(xué)界新藥創(chuàng)制的熱點(diǎn)之一1。含4(3H)-喹唑啉酮類化合物因其結(jié)構(gòu)的可變性和其衍生物具有廣譜的生物活性,在醫(yī)藥和農(nóng)藥領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在醫(yī)藥領(lǐng)域,喹唑啉酮主要表現(xiàn)在抗菌、抗腫瘤、抗癌、抗HIV-1 和抗結(jié)核等方面, 還可以治療良性前列腺增生和肥大。而且還具有安靜、退熱、抗炎、催眠、抗驚厥、抗帕金森氏綜合癥、調(diào)節(jié)心血管和調(diào)節(jié)細(xì)胞及酶的活性功能。在農(nóng)藥領(lǐng)域, 喹唑啉主要表現(xiàn)在殺蟲(chóng)、殺菌、抗病毒等方面。特別是喹唑啉肟醚類化合物具有抗煙草花葉病毒（TMV）、黃瓜花葉病毒（CMV）的活性及抗植物病菌活性。一百多年來(lái)喹唑啉酮類化合物一直受到化學(xué)、藥學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注和重視,尤其是近些年,是有機(jī)合成、醫(yī)藥、農(nóng)藥和其它精細(xì)化工領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)課題之一2。芳香醛酮是重要的精細(xì)化工原料 ,廣泛用作制造染料、醫(yī)藥、香料、調(diào)味品、農(nóng)藥等重要中間體的原料。國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求逐年增長(zhǎng) ,研究合成芳香醛酮的方法具有重要的意義 ,應(yīng)用前景非常廣闊3。芳香酸類化合物也是用途廣泛的精細(xì)化工中間體。醛類化合物氧化成相應(yīng)的羧酸類化合物更是常見(jiàn)的重要轉(zhuǎn)化形式。在早期的有機(jī)合成中, 醛類化合物氧化成相應(yīng)的羧酸類化合物多采用高錳酸鉀，重鉻酸鉀，濃硝酸等通用氧化劑，這些氧化劑氧化能力較強(qiáng), 選擇性相應(yīng)較差, 限制了其應(yīng)用范圍。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視和綠色產(chǎn)品和工程的關(guān)注，許多諸如可持續(xù)發(fā)展、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色產(chǎn)品、綠色化學(xué)等詞匯大量涌現(xiàn)。綠色化學(xué)是當(dāng)今國(guó)際化學(xué)科學(xué)研究的前沿，從科學(xué)的觀點(diǎn)看，綠色化學(xué)是化學(xué)和化工科學(xué) 基礎(chǔ)內(nèi)容的更新，是基于環(huán)境友好約束下化學(xué)和化工的融合和拓展；從環(huán)境觀點(diǎn)看，它是從源頭上消除污染；從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)看，它要求合理地利用資源和能源、降低生產(chǎn)成本，符合經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求4。在未來(lái)的合成路線中，我們要秉持綠色化學(xué)的原理在原有的科研基礎(chǔ)上研究新的化學(xué)反應(yīng)體系，包括新的合成方法和路線，探索新的反應(yīng)條件，尋求新的包括生物資源在內(nèi)的化學(xué)原料，開(kāi)發(fā)能夠代替揮發(fā)性有機(jī)溶劑的溶劑、無(wú)毒無(wú)害的高效催化劑，減少副產(chǎn)物產(chǎn)生的合成方法，設(shè)計(jì)和研究新的綠色化學(xué)品等。本文主要應(yīng)用了傳統(tǒng)的氧化方法，如高錳酸鉀氧化法、重鉻酸鉀氧化法等，還有一種綠色氧化法雙氧水氧化法和傳統(tǒng)氧化法的改進(jìn)方法。1.1 醛的還原性醛很容易發(fā)生氧化反應(yīng) ,即便是很弱的氧化劑也能將醛氧化成羧酸. 苯甲醛放置在空氣中就會(huì)自動(dòng)氧化成苯甲酸晶體。為什么醛具有比較活潑的還原性呢？可以從2個(gè)角度考慮。從醛的氧化數(shù)的角度分析，碳的最高氧化數(shù)為+4，醛的氧化數(shù)分別為+1和+2，它有被氧化和還原的可能性，具有一定的還原性和氧化性,能被弱氧化劑所氧化。醛在結(jié)構(gòu)上，C原子一端連有烴基或芳基，另一端連有一個(gè)H原子，這個(gè)氫原子在氧化反應(yīng)中以質(zhì)子或原子的形式被奪走，從而具有一定的活潑性5。能與一些弱的氧化劑發(fā)生反應(yīng)，例如，西夫試劑(Schiff)、托倫試劑(Tollen)、斐林試劑(Fehling)和本尼迪克試劑(Benedict)。1.2 醛與斐林試劑等弱氧化劑的反應(yīng)菲林試劑和托倫試劑是有機(jī)化學(xué)中的常用試劑 , 菲林試劑是氫氧化鈉的酒石酸鉀鈉溶液菲林（A）臨時(shí)與等量的硫酸銅溶液菲林（B）混合而成的深藍(lán)色溶深藍(lán)色溶液。醛與斐林試劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成酸和氧化亞銅。托倫試劑是臨時(shí)配制的硝酸銀的氨溶液。醛與托倫試劑發(fā)生的反應(yīng)俗稱銀鏡反應(yīng) ,在一定條件下，會(huì)有“銀鏡”附著在試管壁上，故此得名。一般條件下所有的醛無(wú)論是脂肪醛還是芳香醛都能發(fā)生銀鏡反應(yīng) ,而且反應(yīng)靈敏，是鑒別醛與酮的較好的試劑。1.3 傳統(tǒng)氧化工藝1.3.1 濃硝酸氧化工藝濃硝酸具有一定的氧化能力，可把醛氧化為相應(yīng)的酸，甚至可以把酮氧化。但在用硝酸作氧化劑反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生大量的二氧化氮?dú)怏w造成環(huán)境污染。劉雁等6研究的直接用硝酸氧化淀粉過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化氮作為氧化劑氧化淀粉生產(chǎn)草酸，這樣可以降低硝酸的消耗定額，減少設(shè)備投資，減低成本。1.3.2 重鉻酸鉀氧化工藝過(guò)去有人用重鉻酸鉀和高錳酸鉀氧化其他有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物，但多由于 Cr3+對(duì)環(huán)境的污染而未得到實(shí)際應(yīng)用。李克昌等7研究了以2-甲基吡啶為原料，以重鉻酸鉀為氧化劑 ,利用化學(xué)氧化法合成2-吡啶甲酸，由于Cr3+的電化學(xué)氧化,生成 Cr2O72 - 的電流效率較高。因此氧化劑重鉻酸鉀可以循環(huán)使用 ,使2-甲基吡啶重鉻酸鉀氧化法變成一條綠色的有機(jī)合成路線。1.3.3 高錳酸鉀氧化工藝高錳酸鉀是較強(qiáng)氧化劑，在不同的介質(zhì)中氧化能力不同，其還原產(chǎn)物也不同?？捎筛咤i酸鉀在不同介質(zhì)中的氧化還原標(biāo)準(zhǔn)電極電位看出：MnO4- + 8 H+ + 5 e Mn2+ + 4 H2O E0=1.491V（酸性）MnO4- + 2H2O + 3 e MnO2 + 4 OH- E0 =0.588V（中性化堿性）MnO4- + e MnO42- E0=0.564V（堿性）脂肪醛一般在酸性環(huán)境中被氧化，它的反應(yīng)通式如下，韓英鋒等8以胡椒醛為原料，經(jīng)過(guò)溫和的硝化劑(HNO3+Ac2O)在常溫條件下硝化得6-硝基胡椒醛，高錳酸鉀在中性或堿性條件下氧化，避免了酸性條件下有可能發(fā)生的醚鍵的斷裂，反應(yīng)結(jié)束時(shí)用10的NaOH調(diào)節(jié)溶液pH=10以防止有酸析出。最后用鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH=3得到6-硝基胡椒酸，該反應(yīng)采用硝酸和醋酸酐組成的溫和硝化劑，高錳酸鉀為氧化劑的方法合成6-硝基胡椒酸，反映條件溫和，濃硝酸用量少，廢水少，后處理簡(jiǎn)單，獲得較好產(chǎn)率。 1.4 新型氧化工藝 1.4.1 醛類水氧化法 醛類水氧化制酸是一種羧酸類產(chǎn)品生產(chǎn)的新型綠色合成工藝。潘偉雄等9在研究乙醇一步法合成乙酸乙酯時(shí)提出醛的歧化機(jī)理，并制備了用于歧化反應(yīng)的催化劑,在醛的歧化研究基礎(chǔ)上采用醛水氧化制備了相應(yīng)的酸。醛類水氧化制酸其基本原理是醛通過(guò)歧化得到酯，酯水解得到酸和醇，醇脫氫得到醛，最終產(chǎn)物是酸和氫氣。該工藝避免了羧酸常規(guī)生產(chǎn)過(guò)程中醛被過(guò)度氧化，過(guò)量空氣排放等缺點(diǎn)，是一種羧酸類產(chǎn)品生產(chǎn)的綠色合成工藝。1.4.2 離子液體氧化工藝 離子液體(ionic liquids )是指室溫或低溫下為液體的鹽，有時(shí)也叫室溫離子液體（RTILs）10。它是對(duì)環(huán)境友好的溶劑和催化劑，在很多領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景。在有機(jī)合成中，離子液體作為反應(yīng)的溶劑有如下好處:首先為化學(xué)反應(yīng)提供了不同于傳統(tǒng)分子溶劑的環(huán)境，可以改變反應(yīng)的機(jī)理，使催化劑活性、穩(wěn)定性更好，選擇性、轉(zhuǎn)化率更高;其種類多，選擇的余地大，將催化劑溶于離子液體中一起循環(huán)利用，催化劑具有均相催化效率高，多相催化易分離的優(yōu)點(diǎn)。因其無(wú)蒸壓，液相溫度范圍寬，故易于分離。因此，用離子液體來(lái)替代傳統(tǒng)易揮發(fā)、有毒溶劑，并將其應(yīng)用到空氣氧化反應(yīng)中也是一個(gè)重要的發(fā)展方向。Howarth12在bmimPF6中利用Ni(acac)2為催化劑在1個(gè)大氣壓的O2中催化氧化苯甲醛 ,較高收率地制得了苯甲酸。雖然 RTILs 的使用并沒(méi)給反應(yīng)帶來(lái)獨(dú)特的效果,但是這種方法所使用的催化劑較全氟烷烴作反應(yīng)介質(zhì)時(shí)更為簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)11。1.4.3 過(guò)氧化氫氧化工藝 碳?xì)浠衔镞x擇性氧化可制備重要的有機(jī)化合物。由于環(huán)境保護(hù)的需要，用分子氧O2、過(guò)氧化氫H2O2、臭氧O3等作為氧化劑受到人們的普遍重視。H2O2是廉價(jià)且安全的氧原子的來(lái)源。由于H2O2活性氧含量高，反應(yīng)副產(chǎn)物只有水，氧化性較之分子氧高，所以它在綠色氧化中 ,是對(duì)分子氧作為氧化劑的一個(gè)重要補(bǔ)充，一種理想的氧化性較強(qiáng)的氧化劑。利用 H2O2作為氧化劑，實(shí)現(xiàn)綠色氧化最近頗受關(guān)注。H2O2作為氧化劑用于有機(jī)反應(yīng)，一般需要催化劑，催化劑多為均相的過(guò)渡金屬配合物。在均相反應(yīng)中，雖然催化劑活性高，但由于存在反應(yīng)體系復(fù)雜、穩(wěn)定性較差、催化劑成本較高、回用困難、難以工業(yè)化等缺點(diǎn)，促使固相催化劑的發(fā)展。通過(guò)在分子水平上構(gòu)筑高活性、高選擇性的固體催化劑，不僅可解決催化劑的循環(huán)回收、反復(fù)使用等問(wèn)題，而且對(duì)資源的有效利用和環(huán)境的保護(hù)起著積極的作用。另外，由于固體催化劑的易修飾性，經(jīng)?？烧{(diào)制出高選擇性的催化體系，高效地制備化學(xué)品13 。紀(jì)明慧等14報(bào)道了在沒(méi)有有機(jī)溶劑存在時(shí)，以苯甲醛為原料，W(H2O2)=30%過(guò)氧化氫為氧化劑，H3PW12O40催化苯甲醛氧化合成苯甲酸的活性及其影響因素15。陳志敏等報(bào)道了在濃硫酸的作用下，用W(H2O2 )=30 %的過(guò)氧化氫氧化苯甲醛合成苯甲酸，苯甲酸的收率較高。劉春生等16和李東勝等分別報(bào)道了在酸性添加物和表面活性劑的作用下，Na2WO42H2O為催化劑，苯甲醛催化氧化為苯甲酸的收率也比較高。嚴(yán)紅燕等17以甲烷磺酸銅為催化劑，苯甲醛氧化合成為苯甲酸的收率為 70 %，但反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。王曉麗等18研究了四丁基溴化銨催化氧化苯甲醛合成苯甲酸的活性。1.4.4 空氣催化氧化法空氣催化氧化法是由液相氧氣氧化法發(fā)展而來(lái)的，是用價(jià)格低廉的空氣代替氧氣液相氧化氯代甲苯生產(chǎn)氯代苯甲酸的方法。它是以低級(jí)脂肪酸為溶劑，過(guò)渡金屬化合物和溴化物為催化劑，由空氣或氧氣氧化烷基芳香烴制取芳香族羧酸，即Amoco法19。該法生產(chǎn)成本低，不產(chǎn)生廢氣、廢液，利于環(huán)境保護(hù)，產(chǎn)品以晶體析出，純度高，后處理工藝簡(jiǎn)單，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。此方法合成鄰氯苯甲酸與老方法相比具有成本低、反應(yīng)時(shí)間短、收率高、“三廢”少、方法簡(jiǎn)便、易掌握等優(yōu)點(diǎn)?？?氧)氣氧化催化劑可分為非均相催化劑和均相催化劑，Xian Tai Zhou20等人做了相關(guān)研究。1.4.5 光催化氧化法光催化氧化技術(shù)是綠色氧化技術(shù)，丁正新等21人對(duì)光催化氧化乙醛性能做了研究發(fā)現(xiàn)，微波輻射加熱與普通加熱法相比，微波輻射加熱不僅速度快、條件溫和、效率高，而且所制備的納米粒子比表面積大、粒徑小、尺寸分布較均勻。此外，微波能夠改變分子間相互作用力，若對(duì)反應(yīng)過(guò)程施加微波還能提高催化反應(yīng)速率和產(chǎn)物選擇性，所以微波加熱對(duì)于光催化劑的制備顯得更有實(shí)際意義。微波輻射制備的光催化劑在結(jié)構(gòu)與性能上與常規(guī)加熱法所制催化劑有明顯差異，在單純紫外光下，產(chǎn)率大大提高。1.4.6 相轉(zhuǎn)移催化氧化法 相轉(zhuǎn)移催化法(Phase transfer calatysis)是20世紀(jì)60- 70年代興起的一種有機(jī)合成新方法，近幾年發(fā)展較快，國(guó)內(nèi)外均有許多報(bào)道。通常所用的相轉(zhuǎn)移催化劑是季銨鹽氯化乙基三烷基銨(A-1)是一種優(yōu)良的相轉(zhuǎn)移催化劑，不僅價(jià)格便宜，而且具有可回收、能循環(huán)使用和易于分離等特點(diǎn)。該方法與傳統(tǒng)的化學(xué)方法相比不僅操作比較簡(jiǎn)便、反應(yīng)溫度低、選擇性好、副反應(yīng)少，而且使用價(jià)格較低的季銨鹽等做催化劑，降低了生產(chǎn)成本。但該法對(duì)工藝的要求較高，重金屬鹽為催化劑，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，對(duì)設(shè)備也有腐蝕作用22。1.4.7 過(guò)硫酸氫鉀復(fù)鹽（Oxone）過(guò)硫酸氫鉀復(fù)鹽是指化學(xué)式為 K2SO4KHSO42KHSO5 的復(fù)合物。與過(guò)氧化鈣，過(guò)碳酸鈉等呈堿性的無(wú)機(jī)過(guò)氧化物相比較，過(guò)硫酸氫鉀復(fù)鹽10濃度的水溶液呈酸性，pH值約為2.3。在常溫下不吸濕，較穩(wěn)定，長(zhǎng)期放置有效氧損失甚少，使用時(shí)活性氧釋放緩慢均勻。過(guò)硫酸氫鉀復(fù)鹽是一種高效的氧化劑，可氧化種類繁多的有機(jī)物，能容易地將簡(jiǎn)單的芳香醛氧化成相應(yīng)的酸。將乙醇氧化成乙酸 (如果所用的乙醇多余的話，則生成乙酸乙酯 )，將2-苯乙胺氧化成苯乙酸，把甲苯轉(zhuǎn)變成苯甲酸，把硫醇轉(zhuǎn)變成磺酸23。姜志猛24對(duì)過(guò)硫酸氫鉀復(fù)鹽一丙酮體系氧化醛成羧酸作了研究，如下表1所示：表1 Oxone對(duì)醛的氧化Table 1 The oxidation of aldehyde by Oxone編號(hào)反應(yīng)物反應(yīng)時(shí)間（h）投料比收率（）1CH3CHO41：2722CH3CH2CHO41：2693CH3（CH2）5CHO41：2474C6H5-CHO41：2855對(duì)硝基苯甲醛41：272由表中數(shù)據(jù)表明醛的碳鏈越長(zhǎng)，羧酸收率越低，芳香醛的氧化效果要比脂肪醛的好。2. 實(shí)驗(yàn)部分2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑電子天平 FC204型 上海精密科學(xué)儀器有限公司天平儀器廠；調(diào)溫電熱套 KDM型 山東鄄城永興儀器廠；磁力加熱攪拌器 79-1 型 金坦市恒豐儀器廠；型循環(huán)水式多用真空泵 SHB-B型 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；傅立葉紅外光譜儀 MAGANA550 美國(guó)尼高力儀器公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 DHG-9070A型 上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司；顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀（控溫型） XT4A 北京科藝電光儀器廠；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 RE-52A 上海亞榮生化儀器廠鄰氨基苯甲酸（上海試劑三廠，實(shí)驗(yàn)試劑）；甲酰胺（天津市瑞金特化學(xué)品有限公司，AR）；無(wú)水乙醇（天津市福晨化學(xué)試劑廠，AR）； N，N-二甲基甲酰胺（天津市瑞金特化學(xué)品有限公司，AR）；三氯氧磷（天津市福晨化學(xué)試劑廠，AR）；高錳酸鉀（天津市瑞金特化學(xué)品有限公司，AR）；過(guò)氧化氫（天津市瑞金特化學(xué)品有限公司，AR）；鉻酸（天津市瑞金特化學(xué)品有限公司，AR）；無(wú)水硫酸鎂（天津市瑞金特化學(xué)品有限公司，AR）；氯化鈣（天津市瑞金特化學(xué)品有限公司，AR）；亞硫酸氫鈉（天津市瑞金特化學(xué)品有限公司，AR）；1，4-二氧六環(huán)（天津市福晨化學(xué)試劑廠，AR）；溴化芐（中國(guó)上海五聯(lián)化工廠，AR）；四丁基溴化銨（天津市福晨化學(xué)試劑廠，AR）；環(huán)己烷（天津市瑞金特化學(xué)品有限公司，AR）；甲苯（天津市瑞金特化學(xué)品有限公司，AR）；離子液體（1-丙基-3-甲基咪唑氟硼酸鹽）（自制）；濃硫酸，濃鹽酸，氫氧化鈉，氫氧化鉀等均為市售分析純?cè)噭?.2 喹唑啉-4-酮的合成在裝有機(jī)械攪拌、溫度計(jì)、回流冷凝管的250mL三口瓶中，加入4.4252g（0.032mol）鄰氨基苯甲酸和10.8132g（0.20mol）甲酰胺，混合加熱至130135，反應(yīng)4h，冷至100左右滴入適量水，冷至60時(shí)再加入適量水，攪拌，冷卻至室溫，抽濾，得到淺褐色固體，與無(wú)水乙醇中重結(jié)晶，得到白色絮狀固體產(chǎn)品25，在紅外燈下烘干稱重得3.4614g，產(chǎn)率為79.0%，測(cè)得熔點(diǎn)為214215（文獻(xiàn)值：215.5216.5）。2.3 N3-芐基喹唑啉-4-酮的合成在150ml三口瓶中依次加入1.4501g（0.01mol）喹唑啉酮，1.8707g（0.01mol）溴化芐，0.3g四丁基溴化銨，30ml甲苯，30ml氫氧化鉀溶液（35），0.1054g離子液體（1-丙基-3-甲基咪唑氟硼酸鹽）26。在攪拌、加熱至6870的條件下反應(yīng)1h。待反應(yīng)完全后，用甲苯萃取分液，在分液漏斗中分離水相和有機(jī)相，有機(jī)相分別用10ml水洗滌兩次，減壓蒸餾得粗產(chǎn)物。粗產(chǎn)物用無(wú)水乙醇重結(jié)晶，最后得到白色晶體，稱重1.9608g，產(chǎn)率為83.3，測(cè)得熔點(diǎn)為116117。2.4 N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲醛的合成首先是原料的無(wú)水處理：在N，N-二甲基甲酰胺試劑瓶?jī)?nèi)加入無(wú)水硫酸鎂固體振蕩、靜置，待用。在150mL三口瓶中加入18mL（0.11mol）N，N-二甲基甲酰胺，冰水冷卻至0左右加入3mL（0.033mol）三氯氧磷，慢慢滴加，約30min滴完，在滴加的過(guò)程中，始終控制反應(yīng)的溫度不超過(guò)5。反應(yīng)過(guò)程中用堿液吸收反應(yīng)產(chǎn)生的HCl氣體。滴加完后，繼續(xù)攪拌30min。撤去冷卻裝置，換成磁力加熱攪拌器，在攪拌條件下，開(kāi)始慢慢加入第一份3-芐基喹唑啉-4-酮，并使溶液升溫到8090，反應(yīng)20min后，加入第二份3-芐基喹唑啉-4-酮，每隔20min加一份，共五份1.5009 g（0.0057mol），加完后反應(yīng)也為棕色，反應(yīng)4h，待反應(yīng)冷卻后，將溶液慢慢倒入50mL冰水中，靜置12h，然后將溶液進(jìn)行減壓抽濾，得白色固體，在紅外燈下烘干稱重為2.7614g。將干燥后的產(chǎn)品用無(wú)水乙醇進(jìn)行重結(jié)晶，得白色固體，再在紅外燈下烘干稱重為1.2453g，產(chǎn)率為74.2%，測(cè)得熔點(diǎn)為119120。2.5 N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲酸化合物的合成在醛基的氧化過(guò)程中，主要探索高錳酸鉀氧化法、過(guò)氧化氫氧化法、重鉻酸鉀氧化法，并作了對(duì)比。2.5.1 高錳酸鉀氧化法首先稱取0.2501g（0.90mmol）N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲醛和0.3012g（1.9mmol） 高錳酸鉀，放入三頸瓶中，同時(shí)放入磁子。加入20ml稀鹽酸，調(diào)pH值為12。在攪拌的條件下，室溫反應(yīng)24h。反應(yīng)結(jié)束后，加入10的KOH溶液調(diào)節(jié)pH=12左右，抽濾，濾液中加入稀鹽酸調(diào)節(jié)pH=67，加入適量亞硫酸鈉固體，加入10的KOH溶液調(diào)節(jié)pH=12，抽濾，濾液中加入稀鹽酸調(diào)節(jié)pH=3左右，靜置，結(jié)晶。在紅外燈下烘干，稱重0.0967g，將干燥后粗產(chǎn)品用無(wú)水乙醇重結(jié)晶得白色固體，在紅外燈下烘干，稱重0.0159g，產(chǎn)率6.0%。 2.5.2 過(guò)氧化氫氧化法稱取0.1050g（0.40mmol）N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲醛于三頸瓶中，加入少量四丁基溴化銨，0.4920g(0.40mmol)鉬酸銨，50ml稀硫酸溶液（pH=12），加熱并攪拌，使溫度升至6570，每隔30min滴加過(guò)氧化氫5滴，共加入30滴，加完后，反應(yīng)12h，反應(yīng)液為黃色。反應(yīng)結(jié)束后，加入35的KOH溶液調(diào)節(jié)pH=12左右，抽濾，得濾液，再用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH=12，靜置，結(jié)晶。并未得到預(yù)期產(chǎn)物。 2.5.3 鉻酸氧化法稱取0.1013g（0.38mmol） N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲醛于三頸瓶中，加入10ml 1，4-二氧六環(huán)，水浴加熱恒溫50，在攪拌的條件下，滴加鉻酸，每隔10min滴3滴，至溶液呈黃色。停止反應(yīng)，冷至室溫，滴加蒸餾水，有晶體析出，分別用20ml、15ml、15ml的乙酸乙酯萃取，有機(jī)相中蒸出乙酸乙酯，烘干，稱重0.0102g，產(chǎn)率為11.2%。3. 結(jié)果與討論3.1 N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲醛的合成反應(yīng)機(jī)理3.2 高錳酸鉀氧化法條件實(shí)驗(yàn)3.2.1投料比對(duì)氧化反應(yīng)的影響對(duì)于高錳酸鉀氧化法做了大量的探索實(shí)驗(yàn)，在反應(yīng)溫度和時(shí)間相同的條件下，對(duì)投料比的不同進(jìn)行了探索，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果都不理想，結(jié)果見(jiàn)表2： 表2 投料比對(duì)氧化反應(yīng)的影響Table 2 The affect on rate of charge to oxidation編號(hào)pH時(shí)間投料比（摩爾比）產(chǎn)率12312(H2SO4)12(HCl) 12(HCl)24h24h24h1：21：2.51：2.56.0%無(wú)產(chǎn)物無(wú)產(chǎn)物由表2中結(jié)果可知，僅在N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲醛與高錳酸鉀投料比（摩爾比）為1：2時(shí)，室溫條件下反應(yīng)24小時(shí)，在二氧化錳中提取到了少量的目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)率僅為6.0%，而投料比是1：2.5時(shí)，沒(méi)得到目標(biāo)產(chǎn)物。：在表2中編號(hào)2和3的反應(yīng)過(guò)程是相同的，但處理結(jié)果不同，編號(hào)2的處理：反應(yīng)結(jié)束后，加入10%的KOH溶液調(diào)節(jié)pH=12，抽濾，濾液中加入稀醋酸調(diào)節(jié)pH=3左右，加入適量亞硫酸鈉固體，加入10的KOH溶液調(diào)節(jié)pH=12，抽濾，濾液中加入稀醋酸調(diào)節(jié)pH=3左右，靜置，無(wú)晶體出現(xiàn)。編號(hào)3的處理：反應(yīng)結(jié)束后，加入10%的KOH溶液調(diào)節(jié)pH=12，抽濾，濾液中加入稀鹽酸調(diào)節(jié)pH=3左右，加入適量亞硫酸鈉固體，加入10的KOH溶液調(diào)節(jié)pH=12，抽濾，濾液中加入稀鹽酸調(diào)節(jié)pH=3左右，靜置，無(wú)晶體出現(xiàn)。3.2.2 溫度對(duì)氧化反應(yīng)的影響在高錳酸鉀氧化法的探索中還對(duì)溫度的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，在投料比和pH值相同的條件下，在不同的反應(yīng)溫度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3：表3 反應(yīng)溫度對(duì)氧化反應(yīng)的影響Table 3 The affect of temperature to oxidation編號(hào)pH時(shí)間投料比（摩爾比）溫度產(chǎn)率1212(HCl) 12(HCl)7h7h1：2.51：2.5室溫6570無(wú)產(chǎn)物無(wú)產(chǎn)物由表3中結(jié)果可知：在室溫條件下，pH=12（HCl），投料比為1：2.5時(shí)反應(yīng)7小時(shí)，沒(méi)有得到預(yù)期的目標(biāo)產(chǎn)物；在反應(yīng)溫度為6570，pH=12（HCl），投料比為1：2.5時(shí)反應(yīng)7小時(shí)，結(jié)束后用乙酸乙酯萃取，濾液減壓蒸餾，沒(méi)得到預(yù)期的目標(biāo)產(chǎn)物。3.2.3 紅外分析結(jié)構(gòu)式波數(shù)/cm-1鍵的振動(dòng)類型3064ArH伸縮振動(dòng)峰2930CH2伸縮振動(dòng)峰1713羧基C=O伸縮振動(dòng)峰16644位酮C=O伸縮振動(dòng)峰16221451芳環(huán)的骨架伸縮振動(dòng)峰1378OH彎曲振動(dòng)峰1268羧酸OCO伸縮振動(dòng)峰757，690苯環(huán)取代彎曲振動(dòng)峰3.3 過(guò)氧化氫氧化法對(duì)于過(guò)氧化氫氧化法做了大量的探索實(shí)驗(yàn)，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下，所得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不理想，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4：表4 催化劑對(duì)氧化反應(yīng)的影響Table 4 The affect of addition catalyst to oxidation編號(hào)pH時(shí)間雙氧水反應(yīng)溫度催化劑產(chǎn)率1212(H2SO4)12(H2SO4) 12h12h30滴30滴65706570無(wú)鉬酸銨無(wú)產(chǎn)物無(wú)產(chǎn)物 由表4中結(jié)果可知：在溫度為6570，pH=12條件下，不加催化劑僅用雙氧水氧化醛，實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不理想，沒(méi)有得到預(yù)期的目標(biāo)產(chǎn)物；而在在60、不攪拌的情況下加入催化劑鉬酸銨反應(yīng)12h，反應(yīng)結(jié)束后分別用15ml，10ml，10ml的乙酸乙酯萃取，萃取后有機(jī)相的產(chǎn)物經(jīng)TLC分析不是目標(biāo)產(chǎn)物，水相經(jīng)濃縮后有晶體析出，但長(zhǎng)時(shí)間靜止后有鹽析出，因此，產(chǎn)物無(wú)法分離，沒(méi)得到目標(biāo)產(chǎn)物。加入鉬酸銨的目的是提高反應(yīng)的產(chǎn)率。過(guò)氧化氫是一種清潔型氧化劑，今后還要加強(qiáng)對(duì)它的氧化性能的研究。3.4 鉻酸氧化法對(duì)于鉻酸氧化法也做了大量的探索實(shí)驗(yàn)，在不同的溶劑條件下進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)的溫度及時(shí)間相同，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5：在丙酮作溶劑的條件下，用鉻酸氧化醛，在溫度為50時(shí)反應(yīng)7h，沒(méi)有得到預(yù)期的目標(biāo)產(chǎn)物；而在1，4-二氧六環(huán)作溶劑的條件下，用鉻酸氧化，反應(yīng)后分別用20ml，15ml，15ml的乙酸乙酯萃取，得有機(jī)相后蒸出乙酸乙酯，得到了少量晶體，在紅外燈下烘干，稱重0.0125g，產(chǎn)率僅為11.2%。表5 溶劑和溫度對(duì)氧化反應(yīng)的影響Table 5 The affect of temperature and solvent to oxidation編號(hào)溶劑溫度時(shí)間氧化劑產(chǎn)率123丙酮1，4-二氧六環(huán)1，4-二氧六環(huán)5050757h7h7h鉻酸鉻酸重鉻酸鉀無(wú)產(chǎn)物11.2%無(wú)產(chǎn)物在此氧化法中還探索了用重鉻酸鉀作氧化劑進(jìn)行氧化，投料比（摩爾比）為1：1，在溫度為7080時(shí)反應(yīng)7小時(shí)，沒(méi)有得到預(yù)期的目標(biāo)產(chǎn)物。3.5 產(chǎn)品假設(shè)驗(yàn)證通過(guò)各種氧化試劑長(zhǎng)時(shí)間的探討之后，均未能得到預(yù)期的產(chǎn)品。于是我們分析是否在Vilsmeier反應(yīng)中2-位的醛基已變?yōu)轸人?。為了?yàn)證我們的假設(shè)，設(shè)計(jì)了以Vilsmeier反應(yīng)產(chǎn)物為原料的兩條合成路線：第一條是假設(shè)化合物已經(jīng)是羧酸，來(lái)合成羧酸酯；第二條是假設(shè)是醛，來(lái)合成相應(yīng)的醛肟或酮肟。同組的張偉和張建兩位同學(xué)按照假設(shè)路線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而我繼續(xù)用各種方法來(lái)作氧化。兩條假設(shè)的合成路線如下。假設(shè)一合成路線：假設(shè)二合成路線： 同組的兩位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：張建同學(xué)通過(guò)假設(shè)一的合成路線合成了N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲酸甲酯，N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲酸乙酯，N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲酸丙酯，N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲酸丁酯，N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲酸異丙酯，N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲酸異戊酯六個(gè)酯類化合物；張偉同學(xué)通過(guò)假設(shè)二的合成路線 并未合成相應(yīng)的醛肟，也未制得酮肟。通過(guò)上述結(jié)論可知，假設(shè)一成立，即在Vilsmeier反應(yīng)中2-位的醛基已變?yōu)轸人帷?. 結(jié)論通過(guò)合成喹唑啉-4-酮、N3-芐基喹唑啉-4-酮、N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲醛，并通過(guò)高錳酸鉀、過(guò)氧化氫、重鉻酸鉀三種氧化法對(duì)醛的氧化實(shí)驗(yàn)合成N3-芐基喹唑啉-4-酮-2-甲酸，我們可以得到結(jié)論：(1)高錳酸鉀氧化法，在室溫下，投料比為1：2.5，pH值為12，反應(yīng)24h，產(chǎn)率為6.0；在6570時(shí)，投料比為1：2.5，pH值為12，反應(yīng)7h，沒(méi)有得到預(yù)期的目標(biāo)產(chǎn)物。(2)對(duì)于過(guò)氧化氫氧化法，在沒(méi)有加其他添加劑，只是酸作為催化劑的情況下，氧化效果并不好，沒(méi)有得到預(yù)期的目標(biāo)產(chǎn)物。在查閱參考文獻(xiàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在加入雜多酸和一些化合物，能得到較高的產(chǎn)率。因此，在實(shí)驗(yàn)中加入了鉬酸銨作為催化劑，但結(jié)果仍不理想，沒(méi)有得到預(yù)期的目標(biāo)產(chǎn)物。(3)鉻酸氧化法，雖然做了多次的探索實(shí)驗(yàn)，在丙酮作溶劑的條件下，并未得到預(yù)期產(chǎn)物，但在1，4-二氧六環(huán)作溶劑的條件下，用鉻酸氧化得到了少量晶體，產(chǎn)率僅為11.2%。對(duì)于這種氧化方法還有待于進(jìn)一步的研究。(4)通過(guò)對(duì)產(chǎn)品假設(shè)合成路線的驗(yàn)證，張偉和張建兩位同學(xué)證明了在Vilsmeier反應(yīng)中2-位的醛基已變?yōu)轸人?。張建同學(xué)假設(shè)化合物已經(jīng)是羧酸，來(lái)合成羧酸酯；張偉同學(xué)假設(shè)是醛來(lái)合成了相應(yīng)的醛肟或酮肟，結(jié)果，張建同學(xué)的試驗(yàn)結(jié)果得到了羧酸酯，而張偉同學(xué)的試驗(yàn)結(jié)論未得到相應(yīng)的醛肟，也未得到酮肟，證明了在Vilsmeier反應(yīng)中2-位的醛基已變?yōu)轸人?。參考文獻(xiàn)1 李祖光, 陳可先, 曹慧, 陳可洋, 沈德隆. 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