无催化剂合成喹喔啉和叔丁基亚磺酰胺的缩合反应

摘要

本研究分为二部分：
　　1.无催化剂合成喹喔啉
　　喹喔啉是一类芳香杂环化合物，在农业、工业、医药业和畜牧业等领域有着非常重要的应用，如用于防除阔叶作物田中禾本科杂草的新型喹喔啉类除草剂R0017-3664，用于合成高聚物的喹喔啉衍生物聚酰亚胺PMR(Polymerization ofMonomer Reactants)和有机发光二极管OLED(Organic light emitting diode)，用于抗肿瘤抗生素的Quinomycins和Triostins、具有抗菌促生长作用的卡巴氧(Carbadox)。因此，研究喹喔啉的合成具有非常重要的意义。
　　早在一百多年以前就已经出现喹喔啉的合成研究，最近几年喹喔啉的合成研究也十分活跃。文献报道了很多合成喹喔啉的方法，主要以邻苯二胺为基本底物，如邻苯二胺和α-羟基酮、邻苯二胺和α-卤代酮、邻苯二胺与二酮类化合物、邻苯二胺与二羟基化合物、邻苯二胺与环氧化合物、邻苯二胺与苯甲醛的反应。虽然这些方法均能高效合成喹喔啉，但也存在着一些诸如催化剂有毒、成本高、反应步骤繁琐、操作困难等缺陷。因此，探索新方法（比如找到某种合适的溶剂或者催化剂）用于合成喹喔啉类化合物具有比较重要的研究意义的。
　　我们选择以邻苯二胺和α-溴代苯乙酮为原料进行合成喹喔啉类化合物的考察，分别对催化剂的种类及用量、反应温度、反应时间、碱的种类及用量、溶剂等因素进行了考察。我们最终得出了最佳实验方案，即，120℃反应24小时，碳酸氢钠为碱，二甲亚砜为溶剂，在敞开体系空气参与下反应。投料比为邻苯二胺∶α-溴代苯乙酮∶碳酸氢钠=1∶1∶1.2（摩尔比），该体系不仅操作简单，而且对于环境也比较友好，反应产率高达99％。
　　在优化的条件下，我们考察了邻苯二胺分别与各种α-卤代芳基乙酮反应，例如，α-溴代-4-甲氧基苯乙酮、α-溴代-4-苯基苯乙酮、α-溴代-4-溴苯乙酮等。此外，我们还考察了α-溴代苯乙酮与一些邻苯二胺的衍生物反应，例如，4，5-二甲基邻苯二胺、4-甲氧基邻苯二胺等。在优化的反应条件下，这些底物得到了较好的产率。结果显示，本文所采用的反应体系具有较好的普适性。
　　2.叔丁基亚磺酰胺的缩合反应
　　N-芳基叔丁基亚磺酰胺是一种非常重要的含氮有机物，它具有重要的生物活性，药用价值和工业价值。例如，N-芳基叔丁基亚磺酰胺可以用于合成神经激肽受体激动剂(NK1)和抗生素。
　　目前合成N-芳基叔丁基亚磺酰胺的报道不多，而且已报道的方法要么合成步骤繁杂，要么需要价格昂贵或有毒的催化剂。赵云辉以水杨醛类化合物与叔丁基亚磺酰胺在微波加热的条件下合成N-芳基叔丁基亚磺酰胺，虽然得到比较理想的产率，但生成了不易后续处理的副产物，而且该反应体系的普适性不好。
　　本课题组孙晓菲以叔丁基亚磺酰胺与卤代苯为原料合成N-芳基叔丁基亚磺酰胺，使用了昂贵的钯催化剂和剧毒的有机磷作为配体，反应还使用了毒性较大的甲苯作为溶剂。
　　我们尝试通过廉价易得的叔丁基亚磺酰胺和苯胺的缩合反应合成N-芳基叔丁基亚磺酰胺。
　　我们对该缩合反应进行考察，选择以苯胺和叔丁基亚磺酰胺为原料，分别对催化剂和碱类型及用量、温度、时间、溶剂进行考察，得出最佳实验方案，即反应温度90℃，催化剂:焦磷酸二氢钾(15mol％)，在1，4-二氧六环中反应36小时。其次，我们考察了邻甲苯胺、间甲苯胺、对甲苯胺、间氯苯胺、对溴苯胺。我们发现该反应体系普适性不好，合成的N-芳基叔丁基亚磺酰胺没有旋光性。
　　我们还考察了叔丁基亚磺酰胺和对甲苯亚磺酰胺的自缩合反应。叔丁基亚磺酰胺可以在非常温和的条件下进行自缩合生成双叔丁基亚磺酰亚胺，即，以1，4-二氧六环为溶剂，在110℃和氩气保护的条件下搅拌15小时，产率高达95.8％。
　　对本文中合成的产物使用核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、红外、质谱等有机波谱进行全面表征。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 喹喔啉类化合物的简介及应用

1．2 喹喔啉类化合物合成方法

1．2．1 以含羰基类化合物为原料合成喹喔啉类化合物

1．2．2 以环氧化合物为原料合成喹喔啉类化合物

1．2．3 以二羟基类化合物为原料合成喹喔啉类化合物

1．2．4 以其他化合物为原料合成喹喔啉类化合物

1．3 叔丁基亚磺酰胺的简介

1．3．1 手性叔丁基亚磺酰胺的合成

1．3．2 手性叔丁基亚磺酰胺的应用

1．4 选题与主要研究内容

1．5 选题创新性与依据

第二章 实验部分

2．1 实验仪器和试剂

2．1．1 仪器与设备

2．1．2 试剂

2．2 喹喔啉类化合物的合成

2．2．1 2-苯基喹喔啉

2．2．2 2-(4’-甲氧基苯基)喹喔啉

2．2．3 2-联苯喹喔啉

2．2．4 2-(3’，4’-二羟基苯)喹喔啉

2．2．5 2-(3’，4’-二氟苯)喹喔啉

2．2．6 2-(4’-氯苯基)喹喔啉

2．2．7 2-(2’，4’-二氯苯)喹喔啉

2．2．8 2-(4’-溴苯基)喹喔啉

2．2．9 2-(4’-硝基苯)喹喔啉

2．2．10 2-(3’-硝基苯)喹喔啉

2．2．11 2-(2’硝基苯)喹喔啉

2．2．12 2-苯基-6-甲氧基喹喔啉

2．2．13 2-苯基-6，7-二甲基喹喔啉

2．2．14 2-苯基-6-三氟甲基喹喔啉

2．2．15 2-苯基-6-氯喹喔啉

2．2．16 2-苯基-6-溴喹喔啉

2．2．17 2-苯基-6-硝基喹喔啉

2．3 双叔丁基亚磺酰亚胺的合成

2．4 N-芳基氨基酰胺的合成

2．4．1 N-苯基叔丁基亚磺酰胺

2．4．2 N-(4-甲苯基)叔丁基亚磺酰胺

2．4．3 N-(3-甲苯基)叔丁基亚磺酰胺

2．4．4 N-(2-甲苯基)叔丁基亚磺酰胺

2．4．5 N-(4-溴苯基)叔丁基亚磺酰胺

2．4．6 N-(3-氯苯基)叔丁基亚磺酰胺

第三章 结果与讨论

3．1 无催化剂合成喹喔啉类化合物实验条件的优化

3．1．1 碱对邻苯二胺与α-卤代苯乙酮反应的影响

3．1．2 溶剂对邻苯二胺与α-卤代苯乙酮反应的影响

3．1．3 温度对邻苯二胺与α-卤代苯乙酮反应的影响

3．1．4 时间对邻苯二胺与α-卤代苯乙酮反应的影响

3．1．5 最佳优化条件下无催化剂反应体系对不同底物的考察

3．2 双叔丁基亚磺酰亚胺反应条件的优化

3．2．1 溶剂对叔丁基亚磺酰胺自缩合的影响

3．2．2 温度和时间对叔丁基亚磺酰胺自缩合的影响

3．3 N-苯基叔丁基亚磺酰胺反应条件的优化

3．3．1 催化剂及碱对合成N-苯基叔丁基亚磺酰胺反应的影响

3．3．2 温度和时间对合成N-苯基叔丁基亚磺酰胺反应的影响

3．3．3 优化出的最佳体系对叔丁基亚磺酰胺与苯胺类衍生物反应的考察

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果

附录：表征图谱