楊水金，姬文文

(湖北師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，湖北 黃石　435002)

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H3PW6Mo6O40/SiO2催化合成5-乙氧羰基-4-(4-羥基苯基)-6-甲基-3,4-二氫嘧啶-2(1H)-酮

楊水金，姬文文

(湖北師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，湖北 黃石435002)

摘要：以催化劑H3PW6Mo6O40/SiO2合成5-乙氧羰基-4-(4-羥基苯基)-6-甲基-3,4-二氫嘧啶-2(1H)-酮,探討了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、催化劑用量和對(duì)羥基苯甲醛、乙酰乙酸乙酯，尿素的物質(zhì)的量化對(duì)產(chǎn)品回收率的影響.實(shí)驗(yàn)表明：H3PW6Mo6O40/SiO2是合成目標(biāo)產(chǎn)物的良好催化劑.在反應(yīng)時(shí)間為75 min，反應(yīng)溫度為90 ℃，催化劑的用量占反應(yīng)物料總質(zhì)量的1.0 %，n1(對(duì)羥基苯甲醛)∶n2(乙酰乙酸乙酯)∶n3(尿素)為1∶1.2∶1.5的優(yōu)化條件下，產(chǎn)品收率可達(dá)到89.7%.通過(guò)熔點(diǎn)，IR和MS等測(cè)試手段對(duì)合成的3,4-二氫嘧啶酮化合物進(jìn)行了表征.

關(guān)鍵詞：5-乙氧羰基-4-(4-羥基苯基)-6-甲基-3,4-二氫嘧啶-2(1H)-酮；H3PW6Mo6O40/SiO2；催化

1983年Biginelli首次報(bào)道了由芳香醛、乙酰乙酸乙酯和脲在濃鹽酸催化下縮合反應(yīng)得到3,4-二氫嘧啶-2-酮衍生物，此后這一反應(yīng)成為Biginelli反應(yīng).近年來(lái)的眾多研究表明，3,4-二氫嘧啶-2-酮衍生物可以制成鈣拮抗劑和降壓劑等，同時(shí)這類(lèi)化合物及其衍生物還具有消炎、抗腫瘤等生物活性[1-3]，一些從海洋生物中分離出來(lái)的含二氫嘧啶酮結(jié)構(gòu)的生物堿還具有抗HIV病毒活性[4].3,4-二氫嘧啶-2-酮衍生物的合成方法及反應(yīng)研究成為生物活性有機(jī)雜環(huán)化合物研究的熱點(diǎn)之一[5-8].

磷鎢鉬(P-W-Mo)酸是一類(lèi)具有Keggin結(jié)構(gòu)含氧橋的多核配合物，既具有配合物及金屬氧化物的結(jié)構(gòu)特征，又具有酸性與氧化還原性能的一種特殊雙功能催化劑，催化活性高[9].但是純磷鎢鉬酸易溶于極性溶劑，難以回收利用.因此，負(fù)載型H3PW6Mo6O40成為理想的催化劑而備受關(guān)注[10]，活性碳[11]、TiO2、SiO2、離子交換樹(shù)脂[12]和大孔的MCM-41分子篩等成為負(fù)載型雜多酸適宜載體.二氧化硅是一種無(wú)定型非晶材料，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，常溫下在純水中的溶解度很小，因此它主要用作吸附劑，干燥劑，載體等.

本文以催化劑H3PW6Mo6O40/SiO2合成5-乙氧羰基-4-(4-羥基苯基)-6-甲基-3,4-二氫嘧啶-2(1H)-酮，探討反應(yīng)過(guò)程中各因素對(duì)產(chǎn)品收率的影響.

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

NaH2PO4，Na2MoO4·2H2O，Na2WO4·2H2O，正硅酸乙酯，濃鹽酸，乙醚，對(duì)羥基苯甲醛，尿素，乙酰乙酸乙酯，無(wú)水乙醇均為分析純.

Finnigan LCQ Advantage MAX質(zhì)譜儀(MS)，粉末衍射分析用DADVANCE型X-線衍射儀(德國(guó)布魯克公司產(chǎn))，X-4型顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀(北京第三光學(xué)儀器廠生產(chǎn))，Nicolet 5700型紅外拉曼光譜儀(美國(guó)尼高力公司產(chǎn))，KBr壓片法.

1.2催化劑H3PW6Mo6O40/SiO2的制備

催化劑H3PW6Mo6O40/SiO2參考文獻(xiàn)[13]方法制備.

1.35-乙氧羰基-4-(4-羥基苯基)-6-甲基-3,4-二氫嘧啶-2(1H)-酮的合成

在50 mL圓底燒瓶中采用無(wú)溶劑法，參考文獻(xiàn)[14]合成步驟進(jìn)行.

5-乙氧羰基-4-(4-羥基苯基)-6-甲基-3,4-二氫嘧啶-2(1H)-酮：MS(ESI)，m/z：276.89([M+1]+)，552.95([2M+1]+)，符合產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量.產(chǎn)品熔點(diǎn)為225~227 ℃，與文獻(xiàn)報(bào)道熔點(diǎn)數(shù)據(jù)[16]基本相符.產(chǎn)品的IR譜圖示于圖1.分析圖1數(shù)據(jù)可知，IR(KBr)，v/cm-1： 782.5，672.7 cm-1為苯環(huán)C-H的面外彎曲振動(dòng)，1229.0，1097.8，1021.5 cm-1為C-O-C伸縮振動(dòng)峰，1457.7，1400.6 cm-1為苯環(huán)的骨架振動(dòng)，1648.1 cm-1為酮C=O振動(dòng)峰，1693.5 cm-1為酯C=O伸縮振動(dòng)峰，2974.6 cm-1為飽和C-H伸縮振動(dòng)峰，3115.6 cm-1為苯環(huán)上C-H伸縮振動(dòng)峰，3222.6 cm-1為N-H伸縮振動(dòng)峰，符合合成產(chǎn)物的特征官能團(tuán)紅外數(shù)據(jù).

2結(jié)果與討論

2.1催化劑的表征

2.1.1催化劑的IR圖

由H3PW6Mo6O40和H3PW6Mo6O40/SiO2的IR圖可知：H3PW6Mo6O40的主要吸收峰在1074.9 cm-1，976.4 cm-1，878.8 cm-1和794.1 cm-1，屬于Keggin結(jié)構(gòu).當(dāng)H3PW6Mo6O40固載在載體SiO2上后，其1085.1 cm-1的吸收峰明顯變寬，這是因?yàn)?074.9 cm-1與SiO2的特征峰重合，吸收峰794.1和976.4 cm-1的吸收峰分別遷移到796.8和960.4 cm-1處，且878.8 cm-1的吸收峰消失.由此證明，H3PW6Mo6O40/SiO2仍具有Keggin結(jié)構(gòu).

2.1.2催化劑的XRD圖

H3PW6Mo6O40(a), H3PW6Mo6O40/SiO2(b)的XRD圖如圖2所示.

圖2　H3PW6Mo6O40 和H3PW6Mo6O40/SiO2的XRD圖

圖1　5-乙氧羰基-4-(4-羥基苯基)-6-甲基-3,4-二氫嘧啶-2(1H)-酮的IR圖

由圖2可知：H3PW6Mo6O40(a)主要在7.9°、8.8°、10.3°、25.3°、29.3°和34.6°出現(xiàn)較強(qiáng)具有Keggin結(jié)構(gòu)的特征的衍射峰.而在H3PW6Mo6O40/SiO2(b)中，只在2θ=25.8°出現(xiàn)較強(qiáng)的寬峰，沒(méi)有出現(xiàn)H3PW6Mo6O40(a)的特征衍射峰，說(shuō)明H3PW6Mo6O40在載體SiO2表面得到均勻的分散.

2.2合成5-乙氧羰基-4-(4-羥基苯基)-6-甲基-3,4-二氫嘧啶-2(1H)-酮正交實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，固定對(duì)羥基苯甲醛用量為0.04 mol，選取反應(yīng)時(shí)間D，催化劑H3PW6Mo6O40/SiO2占反應(yīng)物料總質(zhì)量的百分比C，反應(yīng)溫度B和反應(yīng)物物質(zhì)的量比A4個(gè)因素，選擇L9(34)正交表安排實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1.

表1　正交試驗(yàn)L9(34)結(jié)果與分析

注 A:為n1(對(duì)羥基苯甲醛):n2(乙酰乙酸乙酯):n3(尿素)；B為反應(yīng)溫度(℃)；C為m(催化劑)(%)；D為反應(yīng)時(shí)間(min)

由表1正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的極差可知，4個(gè)影響因素中，各因素對(duì)合成產(chǎn)物收率的影響程度由大到小依次為A>D>B>C，即：反應(yīng)物物質(zhì)的量比>反應(yīng)時(shí)間>反應(yīng)溫度>催化劑H3PW6Mo6O40/SiO2占反應(yīng)物料總質(zhì)量的百分比.最佳的合成工藝條件為A2B3C1D2，即：反應(yīng)時(shí)間為75 min，反應(yīng)溫度為90 ℃，催化劑的用量占反應(yīng)物料總質(zhì)量的1.0 %，n1(對(duì)羥基苯甲醛)∶n2(乙酰乙酸乙酯)∶n3(尿素)=1∶1.2∶1.5.在優(yōu)化條件下，產(chǎn)品收率可達(dá)89.7 %.

2.3與其它催化劑催化活性的比較

表2列出了三氯化鋁[17]、H3PW6Mo6O40以及H3PW6Mo6O40/SiO2催化合成3,4-二氫嘧啶-2-酮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

表2　不同催化劑催化活性的比較

由表2可知：H3PW6Mo6O40/SiO2合成5-乙氧羰基-4-(4-羥基苯基)-6-甲基-3,4-二氫嘧啶-2(1H)-酮的收率最高，其催化活性明顯高于三氯化鋁和H3PW6Mo6O40，且反應(yīng)時(shí)間較短.

3結(jié)論

用催化劑H3PW6Mo6O40/SiO2催化合成目標(biāo)產(chǎn)物的適宜條件是：固定對(duì)羥基苯甲醛的用量為0.04 mol，反應(yīng)時(shí)間為75 min，反應(yīng)溫度為90 ℃，催化劑的用量占反應(yīng)物料總質(zhì)量的1.0 %，n(對(duì)羥基苯甲醛): n(乙酰乙酸乙酯): n(尿素)= 1:1.2:1.5.在優(yōu)化條件下，產(chǎn)品收率可達(dá)89.7%.因此，H3PW6Mo6O40/SiO2對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物的合成具有良好的催化活性和應(yīng)用前景.

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(編輯崔思榮)

Catalytic Synthesis of 5-Ethoxycarbonyl-4-(4-hydroxyphenyl)

-6-methyl-3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one with H3PW6Mo6O40/SiO2

YANG Shui-jin,JI Wen-wen

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Hubei Normal University, Huangshi 435002, China)

Abstract:5-Ethoxycarbonyl-4-(4-hydroxyphenyl)-6-methyl-3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one was synthesized from hydroxybenzaldehyde,urea and ethylacetoactate in the presence of H4SiW6Mo6O40/SiO2.The influential factors of the molar ratio reactant,catalyst dosages,reaction time and reaction temperature were discussed.Experimental results showed that H3PW6Mo6O40/SiO2was an excellent catalyst to synthesize 5-ethoxycarbonyl-4-(4-hydroxyphenyl)-6-methyl-3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one.The yield of product can reach 89.7% under the optimum condition:the molar ratio of n(hydroxylbenzaldehyde)∶n(ethylacetoacetate)∶n(urea) is 1∶1.2∶1.5,the mass ratio of catalyst to reaction is 1.0%,the temperature of the reaction is 90 ℃,and the reaction time is 75 min.The 3,4-dihydropyrimidin-2(H)-one was characterized by melting point measurements,IR and MS spectroscopy.

Key words:5-Ethoxycarbonyl-4-(4-hydroxyphenyl)-6-methyl-3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-one; H3PW6Mo6O40/SiO2; catalysis

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ426.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-358X(2015)01-0025-04

作者簡(jiǎn)介：楊水金(1964-)，男，湖北武穴人，教授，博士,碩士生導(dǎo)師，主要從事無(wú)機(jī)功能材料與多酸化學(xué)研究.

基金項(xiàng)目：湖北高校2013年省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201313256004)

收稿日期：2014-10-19 2014-12-03