超声辅助合成喹喔啉类化合物

尹晓刚, 吴小云, 陈治明, 龚 维, 陈 卓

(贵州师范大学 化学与材料科学学院 贵州省功能材料化学重点实验室，贵州 贵阳 550001)

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超声辅助合成喹喔啉类化合物

尹晓刚, 吴小云, 陈治明, 龚 维, 陈 卓*

(贵州师范大学 化学与材料科学学院 贵州省功能材料化学重点实验室，贵州 贵阳 550001)

在超声辅助下，使用蒙脱土负载碘催化苯偶酰衍生物与邻苯二胺经缩合反应合成了4个喹喔啉类化合物，其结构经1H NMR和IR确证。以苯偶酰(1a)和邻苯二胺(2)的反应为模板，对反应条件进行了优化。结果表明：最佳应条件为：1a 0.1 mmol，n(1a)∶n(2)为1.0 ∶1.2，催化剂蒙脱土负载碘用量为5 mol%，二氯甲烷为溶剂，于30 ℃超声反应5 min，收率97.2%。该催化体系回收利用3次后收率为82.0%，说明其具有一定的循环使用能力。

蒙脱土负载碘; 苯偶酰衍生物; 邻苯二胺; 喹喔啉; 超声辅助合成

喹喔啉是一种具有芳香性的含氮杂环化合物，其衍生物是多种药物和香料的原料[1]，可用于杀虫除菌和调节植物生长等，并具有一定的药理作用[2]。由于其广泛的应用领域及生物活性，喹喔啉及其衍生物的合成研究受到广泛关注。Chandrasekhar等[3]以炔为原料，室温下氯化钯和氯化铜催化两步法合成喹喔啉类化合物，收率较高，但反应时间较长，需用时14～20 h；Xu等[4]研究了室温下使用钌试剂催化炔烃氧化生成邻二羰基化合物，再与邻苯二胺缩合制备喹喔啉类化合物，收率良好，但该过程复杂，耗时长，且催化剂昂贵；Climent等[5]利用二氧化铈负载金为催化剂，催化多种邻苯二胺和1,2-二羰基化合物合成喹喔啉，反应需在140 ℃条件下进行，且催化剂价格昂贵，难以广泛运用；Chen等[6]以PhI(OAc)2作催化剂，在140 ℃有氧存在下，使用氧化炔和不同邻苯二胺反应制备喹喔啉衍生物，收率在80%以上，但需反应12 h。喹喔啉衍生物现有合成方法大多具有催化剂昂贵、能耗高及用时长等缺点。

分子碘是一种环境友好的催化剂，可以催化缩酮反应[7]、Knoevenagel反应[8]及催化合成醛酮[9]等。Rajesh等[10]以分子碘催化1,2-二羰基化合物和邻苯二胺类化合物制备喹喔啉类衍生物，于室温反应35～75 min，收率85%～95%。超声波是提高有机反应效率的有效手段之一，在溶剂中会产生空化效应，当空化泡破裂时，能释放瞬间的高温和高压，并具有快速冷却的作用，可以缩短反应时间，降低能耗并有效提高反应收率[11-14]。

以蒙脱土负载碘(MMT/I2)作催化剂，可以减少碘的升华，降低碘用量并有效加速反应。本文在超声条件下，以MMT/I2催化苯偶酰衍生物(1a～1d)与邻苯二胺(2)经缩合反应合成了4个喹喔啉类化合物(3a～3d, Scheme 1)，其结构经1H NMR和IR确证。并考察了催化剂、溶剂及反应时间对收率的影响，对反应条件进行了优化。

Scheme 1

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

SGWX-4型显微熔点仪(温度未校正)；AvanceIII 400 MHz型核磁共振仪(氘代氯仿为溶剂，TMS为内标)；IS5型傅立叶变换红外光谱仪(KBr压片)；ZF-I型三用紫外分析仪。

1a～1d参考文献[16]方法合成;其余所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1) MMT/I2的制备[15]

将碘单质2.54 g(0.01 mol)加入50 mL无水乙醇中，搅拌使其完全溶解；加入蒙脱土K-10 5.00 g，于室温反应1 h。减压蒸出溶剂，于60 ℃干燥至恒重。通过蒙脱土质量增重计算得MMT/I2中I2负载量为26.9%，放入干燥器备用。

(2) 3a～3d的合成

在反应瓶中依次加入苯偶酰(1a)0.210 g(1 mmol)， 2 0.108 g(1 mmol)， 5 mol%MMT/I2和二氯甲烷5 mL，于30 ℃超声反应5 min。冷却至室温，用乙酸乙酯(3×10 mL)萃取，萃取液减压蒸馏得粗品，用无水乙醇重结晶得白色固体3a 0.274 g。

用类似方法合成3b～3d。

2,3-二苯基喹喔啉(3a): 白色固体，收率97.2%, m.p.126～127 ℃;1H NMRδ: 8.1(dd,J=3.43 Hz, 6.30 Hz, 2H), 7.80(dd,J=3.43 Hz, 6.30 Hz, 2H), 7.5(m, 4H), 7.38(m, 6H); IRν: 3 056, 1 542, 1 345, 768, 729 cm-1。

2,3-二(4-氯苯基)喹喔啉(3b): 白色固体，收率87.0%， m.p.186～187 ℃;1H NMRδ: 8.20～8.17(m, 2H), 7.93(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.83～7.81(m, 2H), 7.55(s, 1H), 7.50(d,J=8.4 Hz, 3H), 7.36(d,J=8.0 Hz, 3H); IRν: 3 029, 1 543, 1 325, 768, 730 cm-1。

2,3-二(4-硝基苯基)喹喔啉(3c): 白色固体，收率84.6%， m.p.167～170 ℃;1H NMRδ: 8.43～8.30(m, 4H), 8.30～8.15(m, 4H), 7.94～7.88(m, 2H), 7.65～7.59(m, 2H); IRν: 3 072, 1 544, 1 349, 732 cm-1。

2,3-二(2-呋喃基)喹喔啉(3d): 白色固体，收率72.6%， m.p.134～135 ℃;1H NMRδ: 8.18～8.16(m, 2H), 7.79～7.76(m, 2H), 7.65(s, 2H), 6.69(d,J=3.2 Hz, 2H), 6.61～6.59(m, 2H); IRν: 3 041, 1 563, 1 332, 762, 721 cm-1。

2 结果与讨论

2.1 反应条件优化

为优化喹喔啉的合成方法，以3a的合成为模板反应，对反应条件进行优化，采用单因素法考察催化剂、溶剂、反应时间、反应温度及原料配比对收率的影响。

(1) 催化剂和溶剂

首先对催化剂及溶剂对反应的影响进行考察，结果见表1。由表1可见，当蒙脱土和碘单质单独作催化剂时，收率分别为28.6%(No.1)和32.3%(No.3)；而以蒙脱土负载碘作催化剂时，收率达58.9%(No.4)，可见大大提高了催化效率；当碘单质和蒙脱土直接混合作催化剂时，收率仅为48.5%(No.3)，说明碘负载到蒙脱土上后可产生一定的协同催化效应。选用蒙脱土负载碘作催化剂。

进一步考察溶剂对收率的影响。结果表明：二氯甲烷作反应溶剂时，收率最高为81.7%(No.8)；在石油醚、水及乙酸乙酯中的收率中等，分别为79.1%(No.11), 71.2%(No.12)和63.1%(No.9)；而在DMF和DMSO中收率均低于20%，分别为17.6%和15.5%(No.6, 7)。推测原因可能是产物在该类溶剂中的溶解度较好，导致部分溶解在溶剂中，收率下降；THF为溶剂时收率为57.7%(No.10)。

因此，优选出最佳催化剂为蒙脱土负载碘，溶剂为二氯甲烷。

表1 催化剂及溶剂对收率的影响a

a1a 0.1 mmol，其余反应条件同1.2(2)；bMMT+I2指蒙脱土与碘单质直接混合。

(2) 反应时间、反应温度、原料配比[r=n(1a)∶n(2)]及催化剂循环使用次数

以蒙脱土负载碘为催化剂，二氯甲烷为溶剂，进一步考察反应时间、反应温度及r对收率的影响，结果见表2。由表2可知，随着反应温度升高，收率提高，当温度达到30 ℃时，收率达到最大值，为81.7%(No.2)，温度高于30 ℃后，收率反而下降，当温度增至40 ℃时，收率仅为77.1%(No.4)，可能原因是反应温度受到溶剂二氯甲烷沸点限制，因此，选择最佳反应温度为30 ℃。

反应温度为30 ℃，考察反应时间对收率的影响。结果表明：超声反应3 min时，收率仅为10.3%(No.5)，反应时间延长至10 min，收率75.4%，低于超声反应5 min时收率，可能是由于反应时间延长后，反应中水的生成导致反应逆向移动，收率下降。因此，确定反应时间为5 min，进一步考察r对收率的影响。结果表明r为1.0 ∶1.2时，收率最高(97.2%， No.7)。

综上所述，超声辅助下，蒙脱土负载碘催化合成喹喔啉的最佳反应条件为：1a 0.1 mmol，r为1.0 ∶1.2，催化剂蒙脱土负载碘用量为5 mol%，二氯甲烷为溶剂，于30 ℃超声反应5 min，收率97.2%。

对催化剂进行多次回收利用，在上述最优合成条件下，对该催化体系的循环催化能力进行考察。实验结果表明：催化剂循环使用至第3次时，收率仍在80%以上，为82.0%(No.11)，在仅回收1次时，收率较首次使用时下降率不到5%，收率为93.4%(No.9)，说明该催化剂有较好的循环使用潜力。

表2 反应时间、温度、r及催化剂循环使用次数对收率的影响

2.2 底物适应性考察

为考察该优选条件的底物适应性，以含有不同取代基的1,2-二酮类化合物进行反应，实验结果见Scheme 1所示。结果表明：2a为原料与邻苯二胺反应时，收率最高，达到97.2%(3a)；当苯偶酰苯环上有吸电子基时，收率有所下降，对氯取代基及对硝基取代基的收率分别为87.0%(3b)和84.6%(3c)；当反应底物为1,2-二呋喃基-1,2-二酮时，收率仅72.6%(3d)。

在超声辅助下，使用蒙脱土负载碘催化苯偶酰衍生物与邻苯二胺经缩合反应合成了4个喹喔啉类化合物，对反应条件进行了优化。将碘负载到蒙脱土后，不仅可以减少碘单质的升华，还可以形成协同催化效应、提高收率，且该催化体系有一定的循环使用能力。

该方法在超声辅助下以蒙脱土负载碘作催化剂催化合成喹喔啉及其衍生物具有催化剂价廉、用量少、反应时间短和耗能低等优点，具有潜在的应用价值。

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Synthesis of Quinoxaline Derivatives Under Ultrasonic Conditions

YIN Xiao-gang, WU Xiao-yun, CHEN Zhi-ming, GONG Wei, CHEN Zhuo*

(Key Laboratory of Functional Materials Chemistry of Guizhou Province, School of Chemistry and Materials Science, Guizhou Normal University, Guiyang 550001, China)

An ultrasound-assisted synthetic method of quinoxaline derivatives catalyzed by I2loaded montmorillonite was developed using benzoin derivatives ando-phenylene diamine as starting materials. The structures were confirmed by1H NMR and IR. The reaction conditions were optimized by template reaction of benzil(1a) witho-phenylenediamine(2). The results showed that the optimum conditions were as followed: 1a 0.1 mmol，n(1a)∶n(2) was 1.0 ∶1.2, using 5 mol% I2loaded montmorillonite as the catalyst, and methylene chloride as the solvent, ultrasonic time was 5 min at 30 ℃, the yield was 97.2%. The catalyst exhibited good activities with the yield of 82.0% after recycle of three times.

montmorillonite supported I2reagent; benzoin derivative;o-phenylene diamine; quinoxaline derivative; ultrasound assisted synthesis

2016-10-08；

2017-01-17

贵州省科技合作项目(黔科合LH字[2016]7218)； 贵州省科技厅科技支撑项目(黔科合支撑[2016]2311)

尹晓刚(1976-)，男，汉族，浙江嘉兴人，博士，主要从事有机合成方法学的研究。 E-mail: m13885115516@163.com

陈卓，硕士，教授， Tel. 0851-86700050, E-mail: chenzhuo19@163.com

O621.3; O626

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2017.04.16249