畢曉雪

一、引言

（一）β-氨基酮Mannich反應(yīng)簡介

一直以來，Mannich反應(yīng)都是合成含氮化合物的最為常用的反應(yīng)之一。人們對Mannich反應(yīng)的興趣在于，Mannich反應(yīng)產(chǎn)物（又叫Mannich堿）不僅在藥物、農(nóng)藥、染料、調(diào)料、涂料、炸藥等方面有著廣泛的用途，而且還是有機(jī)化學(xué)中合成天然生物活性分子的重要中間體[1]。酮、醛、胺三組分合成β-氨基酮的反應(yīng)是最為典型的一類Mannich反應(yīng)

（二）合成β-氨基酮Mannich的方法

1. 濃HCl/EtOH作催化劑

采用HCl作催化劑所形成的鹽酸鹽極不穩(wěn)定，易分解而變紅，受熱或暴露在空氣中更會(huì)加速其分解[7]。同時(shí)，濃HCl等質(zhì)子酸往往是有毒、有腐蝕性的，并且反應(yīng)完成以后很難實(shí)現(xiàn)回收利用，這就必然導(dǎo)致酸性廢物的排放和對環(huán)境的污染。

2. 新型催化劑

（1） Yb（OTf）3催化

王利民等取苯乙酮（2 mmol）、芳香醛（2 mmol）和芳香胺（2 mmol）加入到單口燒瓶中， 稱取Yb（OTf）3 （0.062 g， 5 mol%）加入反應(yīng)燒瓶中， 加入3 mL乙醇， 室溫下攪拌8～14 h，有大量固體析出， 過濾得粗產(chǎn)物. 將濾液中乙醇真空旋出， 加入3 mL去離子水和3 mL乙酸乙酯溶解，分液，將水蒸干以回收催化劑。乙酸乙酯蒸干的粗產(chǎn)物，合并得到固體用乙醇重結(jié)晶， 得到相應(yīng)的產(chǎn)物，其產(chǎn)率高達(dá)91%。

（2） 雜多酸催化

Najmodin Azizi等人用醛3（mmol），胺3.1（mmol），丁酮5（mmol），苯乙酮3（mmol）以及磷鎢酸（0.02 g）進(jìn)行反應(yīng).

（三）論文選題及方向

本論文討論在50 mL反應(yīng)瓶中加入11 mmol苯乙酮，10 mmol芳香醛，10 mmol芳胺，0.3 mmol Al（4-ABS）3·6H2O，5 mL乙醇，考察苯乙酮、芳香醛和芳香胺在在上述反應(yīng)條件下的一鍋法”Mannich”反應(yīng)。

二、實(shí)驗(yàn)部分

（一）反應(yīng)方程式

（二）實(shí)驗(yàn)儀器

熔點(diǎn)用RY-1型顯微熔點(diǎn)儀測定;

紅外光譜用美國VARIAN公司Scimitar 2000型光譜儀測定（KBr壓片）;

核磁共振譜用Bruker ARX-600型核磁共振儀測定，DMSO-d6作溶劑，TMS作內(nèi)標(biāo);

Agilent 1100系列LC/MSD VL ESI型質(zhì)譜儀。

（三）合成反應(yīng)

在50 mL反應(yīng)瓶中加入11 mmol苯乙酮，10 mmol芳香醛，10 mmol芳香胺，0.3 mmol Al（4-ABS）3·6H2O，5 mL乙醇，在室溫下攪拌反應(yīng)（TLC跟蹤反應(yīng)進(jìn)程），有大量固體析出。反應(yīng)結(jié)束后，室溫干燥（充分揮發(fā)乙醇和水），分兩次加入60 mL熱CH2Cl2溶解產(chǎn)物，趁熱過濾，濾出的催化劑用CH2Cl2洗滌干燥后，直接用于下一次催化反應(yīng);有機(jī)相依次用10 mL飽和NaHCO3洗滌2次，再用無水Na2SO4干燥，蒸發(fā)溶劑得到粗產(chǎn)物。粗產(chǎn)物進(jìn)一步用乙醇或乙醇-丙酮重結(jié)晶，得到的產(chǎn)品用IR， 1H NMR及質(zhì)譜進(jìn)行表征。

三、結(jié)果與討論

（一）Al（4-ABS）3·6H2O催化的Mannich反應(yīng)條件的優(yōu)化

以苯乙酮、苯甲醛（10 mmol）、苯胺（10 mmol）三組分Mannich反應(yīng)為例，考察苯乙酮、催化劑和乙醇用量對產(chǎn)率的影響，反應(yīng)時(shí)間5 h，其結(jié)果見表1。隨著苯乙酮用量的增加，產(chǎn)率逐漸升高，當(dāng)苯乙酮用量高于11 mmol時(shí)，產(chǎn)率提高不明顯，因此，苯乙酮用量為11 mmol適宜（反應(yīng)序號(hào)1-3）。催化劑用量對產(chǎn)率的影響較大，當(dāng)其用量低于3 mol%時(shí)（基于苯甲醛用量，下同），隨著催化劑用量的增加，產(chǎn)率提高較大，當(dāng)催化劑的用量高于3 mol%時(shí)，隨著催化劑用量的繼續(xù)增加，產(chǎn)率提高不明顯，因此選擇催化劑的用量為3 mol%（反應(yīng)序號(hào)2， 4， 5）。此外，溶劑用量對反應(yīng)有顯著影響，乙醇用量為5 mL時(shí)，產(chǎn)率最高，減少或增加乙醇用量，產(chǎn)率反而降低（反應(yīng)序號(hào)2， 6， 7）。因此，較佳反應(yīng)條件為苯乙酮、苯甲醛、苯胺摩爾比為1.1：1：1，Al（4-ABS）3·6H2O 3 mol%，乙醇5 mL。實(shí)驗(yàn)中也考察了Al（4-ABS）3·6H2O的回收使用情況，將Al（4-ABS）3·6H2O重復(fù)使用4次，催化活性無明顯下降（反應(yīng)序號(hào)2）。

（二）Al（4-ABS）3·6H2O對不同底物Mannich反應(yīng)的催化效果

在較佳反應(yīng)條件下，考察Al（4-ABS）3·6H2O對苯乙酮、芳香醛和芳香胺三組分“一鍋法”Mannich反應(yīng)的催化效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2?？梢钥闯?，苯乙酮、苯甲醛與間、對位連有弱供電子基的芳香胺反應(yīng)時(shí)，時(shí)間短，產(chǎn)率較高（4c， 4d）;而與間、對位上連有強(qiáng)吸電子基或強(qiáng)供電子基的芳香胺反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)時(shí)間相對較長（4e-4i）。同時(shí)，芳香胺上取代基位置對產(chǎn)率有影響。苯乙酮、苯甲醛與鄰氯苯胺的反應(yīng)，由于鄰位取代時(shí)，空間位阻較強(qiáng)，經(jīng)過較長時(shí)間，只獲得中等產(chǎn)率（4b）;間、對位取代，對產(chǎn)率影響不大。

此外，苯乙酮、苯胺與取代芳香醛的反應(yīng)，無論芳香醛的芳環(huán)上連有供電子基還是吸電子基，反應(yīng)都可以順利進(jìn)行（4j-4m）。當(dāng)?shù)孜锶?-OHC6H4CHO時(shí)，經(jīng)過30小時(shí)，產(chǎn)率僅為15%（4n）。這可能是由于對羥基苯甲醛存在著醌式結(jié)構(gòu)和醛式結(jié)構(gòu)的平衡，羥基的強(qiáng)供電子作用導(dǎo)致醛基鈍化。

（三）催化反應(yīng)機(jī)理

關(guān)于Mannich反應(yīng)機(jī)理，一般認(rèn)為，首先是芳香醛與芳香胺生成亞胺鹽中間體I，該中間體作為親電試劑去進(jìn)攻酮的烯醇式II[23]。對本實(shí)驗(yàn)Al（4-ABS）3·6H2O中的S=O有較強(qiáng)的雙鍵性質(zhì)，在苯環(huán)的電子誘導(dǎo)和電子離域作用下，Al（4-ABS）3·6H2O具有強(qiáng)Lewis酸性，可使第一步生成的亞胺中間體更穩(wěn)定，有利于I進(jìn)攻酮的烯醇式II，使反應(yīng)順利進(jìn)行。另外，Al（4-ABS）3·6H2O分子中具有芳環(huán)結(jié)構(gòu)，使催化劑與底物接觸更充分，有利于反應(yīng)的進(jìn)行。

四、結(jié)論

與已報(bào)道的文獻(xiàn)合成方法相比，Al（4-ABS）3·6H2O催化的苯乙酮、芳香醛、芳香胺三組分“一鍋法”Mannich反應(yīng)，具有反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)率高、催化劑催化活性好、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，避免了傳統(tǒng)合成方法使用強(qiáng)酸作催化劑的不足。為β-氨基酮衍生物的合成提供了新途徑，符合綠色化學(xué)要求，有潛在的應(yīng)用前景。