碱性离子液体催化Knoevenagel反应研究

黄一波，周健

（常州工程职业技术学院制药系，江苏 常州 213000）

碱性离子液体催化Knoevenagel反应研究

黄一波，周健

（常州工程职业技术学院制药系，江苏 常州 213000）

合成了碱性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑([bmim]OH)，研究了其在苯甲醛与氰乙酸乙酯或丙二腈的Knoevenagel反应的应用。实验结果表明：在无溶剂条件下，反应物的物质的量比为1：1，离子液体占反应物的摩尔分数为20%，室温下搅拌，反应时间只需10～30min，产率可达到85%～95%，后处理简单方便，离子液体可重复使用5次。

碱性离子液体；Knoevenagel反应；缩合反应

离子液体即在室温或室温附近温度 (-30～50℃)下呈液态的完全由离子构成的物质，又称室温离子液体。室温离子液体是由杂环阳离子和各种阴离子所构成。与传统的有机溶剂相比，具有蒸汽压较低，难挥发，不易燃易爆的优点，且在300℃以下能稳定存在，具备良好的溶解性。因此离子液体在有机合成、有机催化化学分离等领域显示出良好的前景[1～3]。

碱性离子液体多数指阴离子由OH-组成，阳离子由烷基季铵离子[NRXH4-X]+、烷基季鏻离子[PRXH4-X]+、1,3-二烷基取代的咪唑离子简记为[RR’im]+，以及N-烷基取代的吡啶离子简记为[RPy]+。碱性离子液体可以应用到各种碱催化的反应体系中。

Knoevenagel缩合反应是有机合成中形成碳碳双键的重要方法，广泛地应用于精细化工产品的合成中[4，5]。传统的催化剂以碱作催化剂，在均相和非均相体系中作催化剂。本文对碱性离子液体[bmim]OH(1-丁基-3-甲基咪唑的氢氧化物)在Knoevenagel反应进行研究。

1 仪器与试剂

PE SP RX I傅立叶变换红外分光光度计（美国PE），X-5数字熔点仪（北京泰克仪器有限公司）。

N-甲基咪唑（工业品）使用前重蒸，氢氧化钾，苯甲醛，对硝基苯甲醛，对羟基苯甲醛，丙二腈，氰乙酸乙酯等均为分析纯。

2 实验步骤

2.1 碱性离子液体[bmim]OH的制备[6，7]

四口烧瓶中，分别加入N-甲基咪唑16.4g（0.2mol），溴代正丁烷 27.4g（0.2mol）于 70℃下搅拌反应，冷却到室温，得到油状液体。经乙醚萃取3次，真空干燥，得到[bmim]Br。取 0.3mol[bmim]Br，0.3mol氢氧化钾，加入100mL无水二甲烷作溶剂，室温条件下机械搅拌12h，过滤掉沉淀，旋蒸除去溶剂，用乙醚洗涤离子液体三次，得碱性离子液体[bmim]OH，真空干燥除水。

2.2 碱性离子液体 [bmim]OH催化Knoevenagel反应

在单口烧瓶中，加入芳香醛10mmol，活泼亚甲基化合物10mmol和碱性离子液体 [bmim]OH 2mmol，室温下强力搅拌数分钟。反应（见图1）完毕后，少量5%的乙醇溶液洗涤，过滤得到粗品，离子液体残留在滤液中。滤饼用95%乙醇重结晶，得到产品。离子液体经旋转蒸发去除水后，真空干燥后，即可重复使用。产物经过熔点、红外分析测定，结果与文献值一致。

3 结果与讨论

3.1 离子液体用量对反应的影响

苯甲醛和氰乙酸乙酯的物质的量比为1：1时，加入不同量的离子液体在室温下，按上述步骤反应，TLC进行追踪。

表1 离子液体用量对反应的影响

由表1可知，相同反应条件下，增加离子液体[bmim]OH的用量，产率随着增加，但随着离子液体用量进一步提高，产率变化不明显。在本反应中，选择离子液体 [bmim]OH与反应物比例控制在1∶5左右。

3.2 时间对反应的影响

实验结果表明Knoevenagel反应在碱性离子液体中的反应速度大大加快。反应在室温下搅拌，用TLC（薄层分析法）进行追踪，丙二腈与苯甲醛缩合在10mim内即可完成，氰基乙酸乙酯与苯甲醛缩合在30mim内完成。这是因为离子液体完全由正负离子组成，具有较强的极性，看作是一种极性非质子溶剂。离子液体的高极性有助于反应中间体的生成，使得Knoevenagel反应可以在10～30min的短时间内完成。

3.3 不同底物对反应结果的影响

表2 不同底物对反应结果的影响

表2是不同底物发生Knovenagel缩合反应的结果。由表2可知，碱性离子液体[bmim]OH是催化Knoevenagel缩合反应的良好催化剂和溶剂，以85%～95%的高产率生成相应的烯烃。

由于酯基的吸电子能力比氰基弱，所以氰基乙酸乙酯的活泼亚甲基的酸性较丙二腈的要低，故反应时间稍长，实验结果还表明，与同一种芳香醛缩合时，前者的产率要略低于后者（Table2，Entry1，6）。对于取代苯甲醛，芳基上的吸电子基团使羰基碳电正性增加，有利于活泼亚甲基化合物的碳负离子进攻，实验数据也显示，反应中使用吸电子基团取代的苯甲醛（对硝基甲苯），所得产物产率最高（Table2-1，Entry4，9），其次是未取代的芳香醛（苯甲醛和呋喃醛），产率最低的是给电子基团取代的芳香醛（如对甲氧基苯甲醛）。

3.4 离子液体的循环利用

相对于常规溶剂及催化剂，碱性离子液体[bmim]OH除具有不挥发性,少流失的优点之外，其回收循环使用也很方便。在该离子液体中进行Knoevenagel反应后，离子液体只需进行简单的除水，经80℃真空干燥lh，即可重新循环使用。我们以苯甲醛和氰乙酸乙酯为例，研究了碱性离子液体的循环使用情况，结果为循环次数分别为：1、2、3、4、5，收率分别是88%、87%、84%、80%、78%。

4 结论

碱性离子液体氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑[bmim]OH可以有效催化Knoevenagel反应，反应条件温和，反应时间短，后处理简单方便，催化剂可重复使用。

［1］T.Welton.Room-temperature ionic liquids:Solvent for synthesis and catalysis[J].Chem.Rev,1999,8(99),2071-2083.

［2］J.D.Holbery,K.R.Seddon.The phase behavior of 1-alkyl-3-methyimidazolium tetrafluorates;ionic liquids and ionic liquid crystals.[J].J.Chem.Soc.,Dalton Trans.,1999,2133-2139.

［3］黄一波，杨小林.离子液体及其在有机反应中的应用[J].化工时刊，2008，22(1):55-57.

［4］C.H.Xing,S.Z.Zhu.Unexpected formation of tetrasubstituted 2,3-dihydrofurans from the reactions of β-keto polyfluoroalkanesulfones with aldehydes[J]J.Org.Chem,2004,69(19):6488-6488.

［5］S.Fioravanti,L.Pellacani,P.A.Tardella,M.C.Vergari.Facile and Highly Stereoselective One-Pot Synthesis of Either(E)-or(Z)-Nitro Alkenes[J].Org.Lett.,2008,10(7):1449-1451.

［6］B.C.Ranu,S.Banerjee.Ionic liquid as catalyst and reaction medium[J].Org Lett,2005,7(14):3049-3052.

［7］黄一波，杨小林.咪唑类离子液体的合成方法 [J].天津化工,2007,21(6):28-30.

Research of basic ionic liquid on the Knoevenagel reaction

HUANG Yi-bo,ZHOU Jian
(Changzhou Institute of Engineering and Technology,Jang su Changzhou 213000)

The basic ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium hydroxide ([bmim]OH)was prepared.The application on the Knoevenagel reaction of ionic liquid was researched with aromatic aldehydes with malononitrile or ethyl cyanoacetate.The experimental results showed that,the reactants were stirred within 10～30 minutes under room temperature in the precence of ionic liquid with 20%mole fraction.In addition the product was obtained with 85～95%yields under no solvent.The procedure was simple and facile,and the ionic liquid could be recycled with five times.

basic ionic liquid;knoevenagel reaction;condensation reaction

10.3969/j.issn.1008-1267.2010.03.008

TQ203.9

A

1008-1267（2010）03-019-03

2009-12-21

2007年院级大学生创新项目资助。

黄一波（1979-），讲师，硕士，研究方向：有机催化。