文瑞明，朱云輝，游沛清

(湖南城市學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程系，湖南 益陽(yáng)，413000)

芳香族Schiff堿是一類重要的有機(jī)合成中間體，可作螯合劑、穩(wěn)定劑、生物活性劑、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、分析試劑和催化劑等，廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)和科學(xué)研究[1-4]。Schiff堿的合成一般采用酸催化下的有機(jī)溶劑回流法，由于該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，所以，常用共沸方法除去生成的水[5-6]。目前，合成Schiff堿的方法有微波及超聲波輻射法[1,7]、室溫研磨法[8-10]，但采用這些方法反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，且反應(yīng)之后還需放置一段時(shí)間才能反應(yīng)完全。固相研磨反應(yīng)是綠色化學(xué)的重要組成部分。研究表明：許多固相研磨反應(yīng)在反應(yīng)速度、反應(yīng)收率以及反應(yīng)選擇性等方面均較液相反應(yīng)有顯著改善；同時(shí)，還因其可避免使用有毒的有機(jī)溶劑，減少環(huán)境污染，提高反應(yīng)效率和原子經(jīng)濟(jì)性，降低能耗等特點(diǎn)而受到重視[11-13]。在對(duì)甲苯磺酸催化下，芳香醛與芳胺于室溫下研磨縮合制備Schiff堿。該反應(yīng)不使用有毒有害的有機(jī)溶劑，減少了環(huán)境污染，操作簡(jiǎn)便，反應(yīng)時(shí)間短，是一種合成Schiff堿類化合物快捷而實(shí)用的方法。合成路線如下：

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

儀器為：INOVA-400 MHz型核磁共振譜儀(TMS內(nèi)標(biāo), CDCl3溶劑)；XRC-1顯微熔點(diǎn)儀(溫度計(jì)未校正)。所有試劑均為分析純，液體醛、胺在使用前經(jīng)蒸餾純化。

1.2 合成

稱取 10 mmol 芳香醛(1)、10 mmol 芳胺(2)和 0. 3 mmol對(duì)甲苯磺酸(PTSA)加入研缽中，于室溫下研磨一定時(shí)間至混合固體的顏色逐漸由淺黃色變成黃色或橙紅色。反應(yīng)完畢后，用95%乙醇洗滌固體，用無(wú)水乙醇重結(jié)晶、干燥，得Schiff堿固體。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成化合物的理化性質(zhì)及波譜表征

化合物3a～3q均采用相似的方法合成，其結(jié)構(gòu)經(jīng)熔點(diǎn)測(cè)定與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果比較及1H NMR證實(shí)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 化合物的1H NMR和熔點(diǎn)Table 1 1H NMR and melting point of compounds 3a～3q

2.2 對(duì)甲基苯磺酸用量對(duì)反應(yīng)的影響

以水楊醛(10 mmol)和對(duì)硝基苯胺(10 mmol)的反應(yīng)為例，考察對(duì)甲苯磺酸用量對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果如表2所示(其中，n表示物質(zhì)的量，mol)。

表2 對(duì)甲苯磺酸用量對(duì)反應(yīng)的影響Table 2 Effect of content of PTSA on reaction

由表 2可知：未添加對(duì)甲苯磺酸，即使研磨 30 min，也無(wú)產(chǎn)物生成；隨著對(duì)甲苯磺酸用量的增加，反應(yīng)收率逐漸升高；當(dāng)對(duì)甲苯磺酸用量增至0.3 mmol時(shí)，研磨1 min反應(yīng)即完全，收率可達(dá)93.7%，繼續(xù)增加對(duì)甲苯磺酸用量，收率變化不明顯。經(jīng)綜合考慮，選擇水楊醛、對(duì)硝基苯胺和對(duì)甲苯磺酸摩爾比為100:100:3為宜。

2.3 取代基對(duì)反應(yīng)的影響

在n(芳醛):n(芳胺):n(對(duì)甲苯磺酸)為100:100:3的條件下，取代基類型對(duì)反應(yīng)的影響如表3所示。

表3表明：芳香醛環(huán)上的取代基無(wú)論是給電子基還是吸電子基對(duì)縮合反應(yīng)收率的影響都不大?？赡苁前被衔垂灿秒娮訉?duì)進(jìn)攻羰基發(fā)生親核加成反應(yīng)。由于醛羰基碳的親電能力較強(qiáng)，反應(yīng)速率較快，故芳醛環(huán)上的取代基對(duì)反應(yīng)的影響較小。苯胺環(huán)上鄰、對(duì)位有強(qiáng)的吸電子基如硝基時(shí)，反應(yīng)較難進(jìn)行，即使研磨30～60 min，收率仍很低甚至不反應(yīng)(見(jiàn)表3中Entry 5, 9, 13, 15, 18)，其他反應(yīng)的研磨時(shí)間均小于3 min。此外，反應(yīng)殘留物(3e, 3i, 3m, 3o)于60 ℃恒溫干燥3 h，所獲產(chǎn)品收率與室溫靜置24 h時(shí)的產(chǎn)率相近。

2.4 3種反應(yīng)方法的比較

Schiff 堿的傳統(tǒng)合成采用有機(jī)溶劑回流法，反應(yīng)能耗高，操作時(shí)間長(zhǎng)。目前，作為綠色化學(xué)合成的手段，研磨法在有機(jī)反應(yīng)中得到廣泛應(yīng)用。在相同的反應(yīng)條件下，溶劑回流法(方法A)、研磨法(方法B)和對(duì)甲苯磺酸催化研磨法(方法C)合成苯甲醛縮苯胺的反應(yīng)時(shí)間和產(chǎn)率對(duì)比見(jiàn)表4。

表3 取代基對(duì)縮合反應(yīng)的影響Table 3 Effect of substituents on condensation

從表4可以看出：溶劑回流法合成目標(biāo)產(chǎn)物需要回流3 h左右且收率不高；采用研磨法，只需在室溫下研磨約 10 min即可反應(yīng)完全；加入對(duì)甲苯磺酸催化，反應(yīng)時(shí)間可縮短至1 min，僅為常規(guī)方法的0.5 %，且產(chǎn)率明顯提高。與常規(guī)方法相比，對(duì)甲苯磺酸催化研磨法具有反應(yīng)時(shí)間短、條件溫和、產(chǎn)率高、難以反應(yīng)的化合物3j也可順利進(jìn)行等優(yōu)勢(shì)。因?yàn)榉肿釉诠虘B(tài)反應(yīng)中通常被認(rèn)為是運(yùn)動(dòng)的，研磨作用使固體顆粒減小，反應(yīng)局部濃度增加，體系的總自由能增加，從而使體系活化并提高了反應(yīng)速度和反應(yīng)產(chǎn)率[17]。

對(duì)于芳香酮與芳香胺、芳香醛及氨基酸的反應(yīng)，無(wú)論是延長(zhǎng)研磨時(shí)間還是延長(zhǎng)放置時(shí)間，均不能得到產(chǎn)物，說(shuō)明這種方法不適用于芳香酮與芳香胺及芳香醛與氨基酸的縮合反應(yīng)。

表4 部分Schiff堿類化合物產(chǎn)率和反應(yīng)時(shí)間Table 4 Yield of Schiff bases and reaction time

3 結(jié)論

(1) 室溫固相研磨法合成 Schiff堿類化合物的最佳工藝條件是：n(芳醛):n(芳胺):n(對(duì)甲苯磺酸)為100:100:3，研磨時(shí)間為 1～3 min，收率可達(dá)86.5%～95.5%。

(2) 對(duì)甲苯磺酸催化研磨法明顯優(yōu)于溶劑回流法和常規(guī)固相研磨法，具有反應(yīng)時(shí)間短，收率高，能耗低，甚至使難以直接縮合的Schiff堿順利合成等優(yōu)勢(shì)。

(3) 芳香醛環(huán)上的取代基對(duì)反應(yīng)無(wú)影響，但芳胺環(huán)上鄰、對(duì)位上的強(qiáng)吸電子基抑制反應(yīng)進(jìn)行。

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