C（5）-对甲基苯甲酰取代的3，4-二氢嘧啶（硫）酮类化合物微波无溶剂合成

陈 君 丽（河南化工职业学院，河南 郑州 450042）



C（5）-对甲基苯甲酰取代的3，4-二氢嘧啶（硫）酮类化合物微波无溶剂合成

陈 君 丽
（河南化工职业学院，河南 郑州 450042）

摘要：采用微波辐射无溶剂法，以苯甲醛、尿素（硫脲）和对甲基苯甲酰苯酮为原料发生Biginelli缩合反应合成 C（5）-对甲基苯甲酰取代的 3，4-二氢嘧啶（硫）酮类化合物。探讨了不同催化剂、反应时间、微波功率、反应温度及反应原料物质的量对二氢嘧啶（硫）酮类化合物收率的影响，最佳反应条件为：以对甲基苯磺酸（TSOH）为催化剂，反应时间为30 min，微波功率为500 W，反应温度60 ℃。该工艺符合绿色化学有机合成要求。

关键词：3，4-二氢嘧啶（硫）酮；微波辐射；无溶剂；收率

二氢嘧啶（硫）酮类化合物具有显著的生理和药理活性，具有多种药用价值，如抗病毒、抗肿瘤、抗菌和消炎作用，现已广泛应用在抗高血压药、钾通道拮抗剂、抗丝虫药物、抗HIV药物、抗肿瘤活性、抗疟疾、抗结核活性、α-1A肾上腺素受体拮抗剂、抗氧化活性、抗乙型肝炎病毒等领域［1］。因此，二氢嘧啶（硫）酮类化合物引起人们广泛的关注。

本研究采用微波无溶剂法，将苯甲醛、尿素（硫脲）和对甲基苯甲酰苯酮在聚焦微波反应仪（能精确地控温控压）中进行 Biginelli杂环缩合反应合成C（5）-对甲基苯酰基取代 3，4-二氢嘧啶酮类化合物，该方法有效的解决了传统方法中采用有毒、易燃、易爆等有机溶剂的问题，具有产率高、安全及环保等优点，在绿色有机合成中具有广泛的前景。

1　实验部分

1.1实验试剂及仪器

实验试剂：苯甲醛（AR，重蒸）、尿素（CP）、硫脲（CP）、盐酸（AR）、碘（AR）、硫酸（AR）、甲酸（AR）、乙酸（AR）、三氧化二铝（AR）、对甲基苯磺酸（AR）、对甲基苯甲酰丙酮（CP）。

实验仪器：红外光谱仪（NICOLET IS5型）、核磁共振仪测定（LW-MQC）、熔点测定仪（WI85078）、质谱仪（HR-5988 型）、聚焦微波反应仪（Discover ）。

1.2实验方法

1.2.1实验原理

以苯甲醛、尿素（硫脲）和对甲基苯甲酰苯酮为原料，在微波无溶剂及催化剂条件下，通过Biginelli杂环缩合反应合成 C（5）-酰基取代 3，4-二氢嘧啶酮类化合物，该反应是三种反应物反应形成含有每种原料结构特征的新产物的多组分反应，充分将原料转化为产物，符合绿色有机合成。具体化学反应式如下：

（其中X可为O或S，Ar可为C6H5、4-H3CC6H4、4-H3COC6H4等，本实验X为O，Ar为C6H5）

1.2.2实验步骤

将一定量的尿素或硫脲（4.5～6.5 mmol）、苯甲醛（4.0～6.0 mmol）及对甲基苯甲酰苯酮（5.0 mmol）置于20 mL的单口瓶中，再加入适量的催化剂，混合均匀后，用隔膜封住单口瓶；将其放入已设置好功率（400～600 W）及温度（40～80 ℃）的聚焦微波反应仪中进行反应，待反应一段时间（10～60 min）；反应后的混合物冷却至室温，先用蒸馏水洗涤 2～3 次，得粗品，再用乙醇重结晶，得到高纯的C（5）-对甲基苯甲酰基取代 3，4-二氢嘧啶（硫）酮类产品。

1.3样品检测

实验过程采用红外光谱仪对高纯的 C（5）-对甲基苯甲酰基取代 3，4-二氢嘧啶（硫）酮类产品组成进行测定分析，其中固体样品KBr 压片法，液体样品采用液膜法［2］；采用核磁共振仪对样品进行测定分析，测定条件为300 MHz（13C谱），75 MHz （1H谱），二甲基亚砜-d6（DMSO-d6）为溶剂，四甲硅烷（TMS）为内标［3］；采用显微熔点测定仪测定产物的熔点；采用质谱仪对其进行分析，APCI电离源。

2　反应条件优化实验

实验以二氢嘧啶（硫）酮产物的收率为目标参数，主要研究了不同催化剂、反应时间、微波功率、反应温度及反应物的摩尔比等工艺条件对产物收率的影响，以优化反应条件。

2.1催化剂的种类对产物收率的影响

实验反应在微波无溶剂条件下使用各种廉价、无毒及无污染的高效催化剂，可以提高反应的选择性，有效地避免重排、聚合等副反应的发生；可以提高反应速率等［4］。实验固定原料尿素或硫脲用量5.0 mmol、苯甲醛5.0 mmol、对甲基苯甲酰苯酮5.0 mmol，反应时间20 min，微波功率500 W，反应温度 50 ℃，依次探索了无催化剂、盐酸催化、硫酸催化、碘单质催化及对甲基苯磺酸催化对的产物收率的影响。

催化剂的使用可以促进 Biginelli杂环缩合反应的进行，上述催化剂单因素实验中，以对甲基苯磺酸为催化剂时，反应产物的收率最高，高达88.9%，因此实验过程选用对甲基苯磺酸为催化剂进行反应。

2.2反应时间对产物收率的影响

根据催化剂种类单因素实验，得到较佳的催化剂为对甲基苯磺酸，在该催化剂条件下，其他工艺条件同上，改变反应时间，探讨反应时间为10、20、30、40、50、60 min对产物收率的影响，反应结果如图1所示。

图1　反应时间对产物收率的影响Fig.1 The influence of reaction time on the product yield

从图1实验结果，可知微波无溶剂催化反应迅速，在30 mim之前，反应很快，其产物的收率迅速增加，在较短时间（10 min）内，就有大量的产物生成，产物收率就接近80.0%，20 min之后产物收率达到90%以上，30 min之后产物收率变化不大，因此该实验微波无溶剂对甲基苯磺酸催化条件下的 Biginelli杂环缩合反应最佳反应时间可为20～30 min。

2.3微波功率对产物收率的影响

根据反应时间单因素实验，选最佳反应时间为30 min，在该时间条件下，其他工艺条件同上，改变微波功率，分别探讨微波功率为400、450、500、550、600 W对产物收率的影响。

C（5）-对甲基苯甲酰基取代 3，4-二氢嘧啶（硫）酮类产物的收率随着微波功率增加而增大最后变化不大，综合考虑产物收率及节省能源两方面，选500 W为最佳微波功率。

2.4反应温度对产物收率的影响

在微波功率为500 W条件下，其他工艺条件同上，探讨不同温度下 Biginelli 反应合成二氢嘧啶（硫）酮类产物的收率，分别选取反应温度为40、50、60、70、80 ℃。

微波无溶剂催化反应产物的收率随着反应温度增加先增大后减小，在 60 ℃之前，反应物还未充分反应；在60 ℃之后有副反应发生；在60 ℃时，产物收率最大，高达 93.8%。故选 60 ℃为最佳反应温度。

4　结 论

本研究了在微波照射及无溶剂介质条件下合成目标产物，通过单因素实验优化合成反应条件得到较佳工艺条件为催化剂为对甲基苯磺酸（TSOH），反应时间为30 min，微波功率为500 W，反应温度60 ℃，反应物的摩尔比 n（尿素或硫脲）∶n（苯甲醛）∶n（对甲基苯甲酰苯酮）为1.2∶1.0∶1.0，在该条件下产物收率高达96.1%。

参考文献：

［1］李丽.C（5）-对甲基苯甲酰取代的3，4-二氢嘧啶（硫）酮类化合物微波无溶剂合成［J］.有机化学，2014，34 ∶ 1669-1672.

［2］路军.3，4-二氢嘧啶-2-酮衍生物合成研究进展［J］.有机化学，2001，21∶640-647.

［3］景崤壁.3，4-二氢嘧啶-2-酮衍生物合成研究进展［J］.江苏化工，2007，35∶ 1-6.

［4］权正军.Biginelli3，4-二氢嘧啶-2-酮衍生物的合成研究新进展［J］.有机化学，2009，29∶ 876-883.

Synthesis of C（5）-（p-Toluoyl）-3，4-dihydropyrimi-dinones（or -thiones） Under Microwave Irradiation and Solvent-Free Conditions

CHEN Jun-li
（Henan Vocational College of Chemical Technology，Henan Zhengzhou 450042，China）

Abstract：The product of C（5）-（p-Toluoyl）-3，4-dihydropyrimi-dinones（or -thiones） was prepared with Bigilleili condensation reaction of romatic aldehyde，urea （thiourea） and methyl benzoyl phenyl ketone as the raw materials under microwave irradiation and solvent-free conditions.The influence of various factors on the product yield was investigated，such as catalyst，reaction time，microwave power，reaction temperature，and the mole ratio.The optimum conditions were determined as follows：the catalyst p-toluene sulfonic acid （TSOH），the reaction temperature 60 ℃，the reaction time 30 min，the microwave power 500 W.

Key words：3，4-dihydropyrimi-dinones （or -thiones）；Microwave irradiation；Solvent-free ；Yield

中图分类号：TQ 028

文献标识码：A

文章编号：1671-0460（2016）01-0025-02

收稿日期：2015-10-14

作者简介：陈君丽（1967-），女，河南郑州人，副教授，研究方向：有机分析、有机合成。