一種新的合成喹啉衍生物的方法研究

茹婷婷

(吉林建筑工程學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)部，長春 130118)

喹啉類化合物是一類重要的雜環(huán)化合物，許多具有藥理作用的化合物或具有生物活性的天然產(chǎn)物中都有喹啉環(huán)結(jié)構(gòu)的存在［1］.例如，抗菌消炎、抗真菌、抗腫瘤，以及調(diào)節(jié)種子發(fā)芽和植物生長等，在醫(yī)藥及農(nóng)藥等方面有巨大的開發(fā)利用價值［2］，因此喹啉類化合物的合成已經(jīng)引起了重視.目前喹啉的合成方法已經(jīng)有很多的報道［3］，例如，利用微波技術(shù)促進(jìn)三氯化銦催化芳胺和不飽和反應(yīng)制備喹啉類化合物的方法;釕催化鄰氨基芐醇和酮反應(yīng)制備喹啉的合成法;鄰氨基苯甲醛和酮反應(yīng)制備喹啉的方法［4］.但是這些方法或要使用昂貴的試劑，或產(chǎn)率不理想，或反應(yīng)時間較長，或催化劑昂貴，或需要多步合成等等.因此尋找簡便快速、成本低廉的喹啉類化合物制備方法是非常重要的.本文介紹了一種新的以單質(zhì)碘催化亞胺和脂肪醛反應(yīng)合成喹啉類化合物的方法，進(jìn)一步可以擴(kuò)展成一種從芳胺、芳醛和脂肪醛出發(fā)合成喹啉類化合物的方法.

1 實驗部分

1.1 試劑和實驗儀器

N-甲基苯甲基亞胺(AR);苯(CP);丙醛(AR);苯胺(AR);4-溴苯甲醛(AR);I2.

VARIAN UNITY-500 MHz核磁共振儀(內(nèi)標(biāo)TMS，溶劑CDCl3);MAGNA—IR 560型紅外光譜儀(KBr壓片法);Agilient 1100 LCMsD型質(zhì)譜儀;PE-2400自動元素分析儀;電子天平;旋片式真空泵;三用紫外線分析儀;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀;79-l型磁力加熱攪拌器;高效薄層板;柱層析分離柱.

1.2 碘催化合成喹啉類化合物實驗

1.2.1 由亞胺和脂肪醛出發(fā)合成喹啉

稱取5 mmol N-甲基苯甲基亞胺(0.98 g)于50 mL圓底燒瓶中，加入5 mL苯溶劑，攪拌5 min，加入0.6 mL丙醛，0.5 mmol I2(0.06 g)于反應(yīng)容器內(nèi)，加熱回流，TLC檢測，1 h后反應(yīng)完畢.減壓蒸除溶劑，用硅膠柱層析(正己烷/乙酸乙酯=40/1)純化所得產(chǎn)物，最終得到無色液體2-苯基-3-甲基喹啉，并計算產(chǎn)率為75%.反應(yīng)方程式如下:

1.2.2 由芳胺、芳醛和脂肪醛出發(fā)合成喹啉

稱取5 mmol苯胺(0.46 g)和等量的4-溴苯甲醛(0.93 g)于50 mL圓底燒瓶中，加入5 mL苯溶劑，0.5 mmol I2(0.06 g)于反應(yīng)容器內(nèi)，加熱回流10 min后，加入5 mmol丙醛(0.6 mL)，加熱回流，TLC檢測，30 min后反應(yīng)完畢.減壓蒸除溶劑，用硅膠柱層析(正己烷/乙酸乙酯=40/1)純化所得產(chǎn)物，最終得到黃色液體2-對溴苯基-3-甲基喹啉，并計算產(chǎn)率為65%.反應(yīng)方程式如下:

2 結(jié)果與討論

2.1 合成化合物3的波譜數(shù)據(jù)分析

IR((KBr，neat)):2953，2924，2854，1486，1456，1418，767，700 cm-1.1H NMR(500 MHz，CDCl3):δ 8.06 (d，J=8.4 Hz，1 H)，7.69(s，2 H)，7.63(d，J=8.0 Hz，1 H)，7.60～7.72(m，2 H)，6.49～6.67(m，4 H)，2. 78(t，J=8.0 Hz，3 H)ppm.13C NMR(100 MHz CDCl3):δ 167.71，145.29，136.35，135.66，134.08，130.23，129.21，128.73，128.70，128.22，127.99，127.60，126.85，126.30，125.31，125.01，18.12 ppm.Anal.Calcd for C16H13N:C，87.64;H，5.98;N，26.39.Found:C，60.12;H，5.93;N，12.22.

紅外2953和2924，2854 cm-1說明喹啉環(huán)的形成;從1H NMR的數(shù)據(jù)分析，苯環(huán)鄰位上離N原子較近的氫化學(xué)位移變化比較明顯，化學(xué)位移值為8.06，喹啉環(huán)上的氫化學(xué)位移在7.69～7.60之間;苯環(huán)上氫的化學(xué)位移為6.49～6.67;甲基上的氫的化學(xué)位移為2.78.

2.2 溶劑對反應(yīng)的影響

在實驗中先后選擇了不同的溶劑，發(fā)現(xiàn)不同溶劑對反應(yīng)影響很大，如表1所示.

表1 溶劑對反應(yīng)的影響

實驗數(shù)據(jù)表明，乙腈、1，2一二氯乙烷，甲醇、四氫呋哺和二甲亞砜作為溶劑，反應(yīng)產(chǎn)率較低，而以苯作為溶劑達(dá)到了比較好的實驗結(jié)果，產(chǎn)率較高.當(dāng)反應(yīng)在室溫進(jìn)行或不使用碘作為催化劑，沒有獲得任何喹啉產(chǎn)物.進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，該反應(yīng)最佳的反應(yīng)條件是反應(yīng)時間和催化劑濃度分別可以降到0.5 h和1.0 mol%.

2.3 反應(yīng)機(jī)理的研究

推測可能的反應(yīng)機(jī)理見圖1.首先分子碘作為溫和的路易斯酸催化脂肪醛-正丙醛2異構(gòu)化成烯醇的形式2’，這一點可以通過1H NMR確證.在一支核磁管中，加入0.1 mol正丙醛、0.5mL以氘代苯，接著在40℃記錄1 HNMR，可以明顯觀察到相應(yīng)的2’新信號.在化合物2’的結(jié)構(gòu)中，CH=CH的兩個氫和羥基中的氫相應(yīng)的化學(xué)位移分別是56.06，4.89和3.79 ppm.通過1 H NMR測定和計算，烯醇式的比例約占13%.原位產(chǎn)生的烯醇2’立即與碘催化活化的亞胺反應(yīng)，形成中間體3-1.后者隨之發(fā)生分子內(nèi)傅克環(huán)化反應(yīng)生成3 -2.隨后3-2脫水形成二氫喹啉3-3，接著進(jìn)一步被空氣氧化得到芳構(gòu)化的喹啉產(chǎn)物3，這些反應(yīng)以一釜式串聯(lián)過程發(fā)生.

圖1 反應(yīng)機(jī)理

3 結(jié)語

這種以亞胺和脂肪醛為原料合成喹啉類化合物的新方法，用催化量的1 mol%分子碘就可以有效誘發(fā)反應(yīng)以一釜式串聯(lián)過程發(fā)生，得到喹啉衍生物的產(chǎn)率較高.這個反應(yīng)具有反應(yīng)溫和、無金屬作用、操作簡便、試劑便宜，反應(yīng)時間短等優(yōu)點.

［1］Michael，J.P.Quinoline，quinazoline and acridone alkaloids［J］.Nat Prod Rep，2005，22(5):627-646.

［2］王憲楷.天然藥物化學(xué)［M］.北京:人民衛(wèi)生出版社，1988:49-50.

［3］王乃興.有機(jī)反應(yīng)-多氮化合物的反應(yīng)及若干理論問題［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:150-156.

［4］ZhangZhiguo，ZhangQian，Sun Shaoguang，Domino Ring-Opening/Recyclization Reactions of Doubly Activated Cyclopropanes as a Strategy for the Synthesis of Furoquinoline Derivatives［J］.Angew.Chem.Int.Ed.2007，46(13)，1726-1729.