設(shè)計性有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氫嘧啶-2 -酮的制備

李公春，孫 婷，李小炯，鞠志宇，吳長增

(許昌學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，河南 許昌 461000)

設(shè)計性實(shí)驗(yàn)是在學(xué)生已初步掌握了有機(jī)化學(xué)相關(guān)理論知識和化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的基本操作、基本知識與技術(shù)的基礎(chǔ)上開設(shè)的實(shí)驗(yàn)［1］。設(shè)計性實(shí)驗(yàn)是指給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求和?shí)驗(yàn)條件，由學(xué)生查閱文獻(xiàn)和設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，并加以完成。設(shè)計性實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、科研創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力，自己動手解決實(shí)際問題，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，從而提高學(xué)生綜合素質(zhì)，有利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)［2-4］。

設(shè)計性實(shí)驗(yàn)要選題難易適度，可操作方案多，操作方便、安全可靠。6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氫嘧啶-2 -酮的制備實(shí)驗(yàn)滿足設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的要求。1893 年，Biginelli 首次報道了由乙酰乙酸乙酯、芳香醛和脲在濃鹽酸催化下縮合反應(yīng)得到3，4 -二氫嘧啶-2 -酮類化合物，此后該合成方法被稱為Biginelli 反應(yīng)［5］。3，4 -二氫嘧啶-2 -酮類化合物可以作為鈣通道劑、抗過敏劑、降壓劑、拮抗劑，還具有抗病毒、抗腫瘤、抗菌和消炎等生物活性。因此，Biginelli 反應(yīng)的研究引起了人們的極大重視［6-11］，并不斷尋找新的催化劑和方法來合成3，4 -二氫嘧啶-2 -酮類化合物，如用離子液體、硅膠固載硫酸鑭、氨基磺酸、草酸、鄰甲基苯磺酸銅、硼酸、磷酸二氫鉀等作催化劑合成3，4 -二氫嘧啶-2-酮，都取得了較好的效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

SZCL-2A 型磁力攪拌器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司);XT4A 型顯微熔點(diǎn)測定儀(北京科儀電光儀器廠，溫度未校正);FTS -2100 型紅外光譜儀(美國Bio-Rad 公司)。苯甲醛，乙酰乙酸乙酯，脲，無水乙醇，氨基磺酸，對甲苯磺酸，苯甲酸，氨基乙酸，甲醇，95%乙醇等。

1.2 制備步驟

在25 mL 圓底燒瓶中加入1.06 g (10 mmol)苯甲醛、1.56 g (12 mmol)乙酰乙酸乙酯、0.9 g (15 mmol)脲、0.1 g 氨基磺酸和10 mL 無水乙醇，在磁力攪拌下回流反應(yīng)3 h，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液加入40 mL 水中，然后抽濾，用水洗滌，干燥，得白色固體2.20 g，產(chǎn)率84. 6 %，產(chǎn)物熔點(diǎn):204～206 ℃，IR(KBr)，ν(cm-1):3 244、3 116、2 978、1 725、1 703、1 647、1 463、1 222、1 092、783、699。

2 結(jié)果與討論

2.1 影響產(chǎn)率的主要因素

采用單因素法考察催化劑、催化劑用量、反應(yīng)時間、溶劑和攪拌對反應(yīng)產(chǎn)率的影響，在研究影響產(chǎn)率的主要因素時，反應(yīng)物的量保持不變，采用10 mmol苯甲醛、12 mmol 乙酰乙酸乙酯、15 mmol 脲為原料，原料物質(zhì)的量比為:苯甲醛∶乙酰乙酸乙酯∶脲=1 ∶1.2 ∶1.5，溶劑的量為10 mL。

2.1.1 催化劑對產(chǎn)率的影響

以無水乙醇為溶劑，使用0.1 g 不同催化劑(或者不加催化劑)，在磁力攪拌下回流反應(yīng)3 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 不同催化劑對產(chǎn)率的影響

由表1 可以看出，不加催化劑或用苯甲酸作催化劑反應(yīng)得不到產(chǎn)物，以氨基磺酸為催化劑，反應(yīng)產(chǎn)率最高，產(chǎn)率可達(dá)84.6%。

2.1.2 催化劑用量對產(chǎn)率的影響

以無水乙醇為溶劑，以氨基磺酸為催化劑，改變催化劑用量，在磁力攪拌下回流反應(yīng)3 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 催化劑用量對產(chǎn)率的影響

由表2 可以看出，以氨基磺酸為催化劑，催化劑用量對反應(yīng)產(chǎn)率影響不大，催化劑用量為0.1 g 時，反應(yīng)產(chǎn)率最高，達(dá)84.6%。

2.1.3 反應(yīng)時間對產(chǎn)率的影響

以無水乙醇為溶劑，以0.1 g 氨基磺酸為催化劑，在磁力攪拌下回流反應(yīng)，改變反應(yīng)時間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 反應(yīng)時間對產(chǎn)率的影響

由表3 可以看出，反應(yīng)時間為3 h 時，反應(yīng)產(chǎn)率最高，達(dá)84.6%。

2.1.4 溶劑對產(chǎn)率的影響

以0.1 g 氨基磺酸為催化劑，改變?nèi)軇?，在磁力攪拌下回流反?yīng)3 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 溶劑對產(chǎn)率的影響

由表4 可以看出，溶劑對反應(yīng)產(chǎn)率影響較大，以無水乙醇為溶劑時，反應(yīng)產(chǎn)率最高，達(dá)84.6%。

2.1.5 攪拌對產(chǎn)率的影響

以無水乙醇為溶劑，以0.1 g 氨基磺酸為催化劑，回流反應(yīng)3 h，在不用攪拌條件下，產(chǎn)率為78.8%，使用磁力攪拌時，產(chǎn)率可達(dá)84.6%。

2.2 設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的探討

設(shè)計性實(shí)驗(yàn)要選題難易適度，可操作方案多，操作方便、安全可靠。首先，6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氫嘧啶-2 -酮的制備查閱文獻(xiàn)比較方便，在中國知網(wǎng)期刊全文數(shù)據(jù)庫中即可查到，同學(xué)們可以根據(jù)文獻(xiàn)設(shè)計合理的實(shí)驗(yàn)方案，可操作方案多;其次，6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氫嘧啶-2 -酮的制備實(shí)驗(yàn)操作比較方便，僅需把原料和溶劑加入圓底燒瓶中進(jìn)行回流反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束將反應(yīng)液倒入水中，抽濾后即可得到產(chǎn)品，即使不用攪拌，也能得到較好的產(chǎn)率;最后，6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氫嘧啶-2 -酮的制備實(shí)驗(yàn)安全可靠，實(shí)驗(yàn)操作過程和所用試劑都比較安全，且多種操作方案都可以得到較好的產(chǎn)率。因此，6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氫嘧啶-2 -酮的制備實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驖M足設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的要求。

在設(shè)計性實(shí)驗(yàn)完成過程中，同學(xué)們通過查閱文獻(xiàn)、設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)儀器和試劑、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作，提交論文報告，自己發(fā)現(xiàn)、研究并解決問題，各種操作技能得以綜合應(yīng)用，進(jìn)一步鞏固了專業(yè)所需的基礎(chǔ)理論、基本知識和技能，充分發(fā)揮了主動性、積極性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識和科研精神;同時，設(shè)計性實(shí)驗(yàn)也豐富和完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，提高了教師的教學(xué)水平。

3 結(jié)論

以無水乙醇為溶劑，用氨基磺酸作催化劑，用苯甲醛、乙酰乙酸乙酯和脲為原料，在加熱攪拌條件下回流反應(yīng)3 h，制備6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氫嘧啶-2 -酮，產(chǎn)率為84.6%，該設(shè)計性有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驖M足設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的要求，得到了較好的效果。

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