吡唑類衍生物的綠色合成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（空軍勤務(wù)學(xué)院, 江蘇 徐州 221000）

吡唑類衍生物的綠色合成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

吳 楠，王玉梅，徐 新

（空軍勤務(wù)學(xué)院, 江蘇 徐州 221000）

吡唑類衍生物是天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)單元，具有廣泛的生物活性和藥理活性。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，組織學(xué)員自行組成創(chuàng)新小組，利用開(kāi)放實(shí)驗(yàn)時(shí)間，確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，用一種新的快速、簡(jiǎn)便的方法合成了吡唑類衍生物，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)員的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

吡唑類衍生物；合成；創(chuàng)新

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的構(gòu)想

1.1 設(shè)計(jì)背景

要培養(yǎng)新型軍事人才，能力素質(zhì)的培養(yǎng)是重中之重。而在傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)員按照教員所講、教材所寫進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容枯燥，實(shí)驗(yàn)過(guò)程按部就班，最終提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告也是大同小異。沒(méi)有了展示自我的舞臺(tái)，學(xué)員的動(dòng)手積極性自然不高[1]。本次實(shí)驗(yàn)讓學(xué)員做教學(xué)過(guò)程中的主角，自行組成創(chuàng)新小組，發(fā)揮相互協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神，通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，在教員的指導(dǎo)下確定合理的實(shí)驗(yàn)方案。

1.2 實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)和研究背景

吡唑類衍生物是天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)單元，具有廣泛的生物活性和藥理活性，對(duì)各種吡唑類衍生物的合成已成為有機(jī)合成的熱點(diǎn)之一[2,3]。而取代的吡唑和稠合吡唑也是重要的藥物制品和生物可降解的農(nóng)用化學(xué)品[4]。該類化合物傳統(tǒng)的合成方法一般實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、后處理不便、產(chǎn)品產(chǎn)率低。本實(shí)驗(yàn)嘗試將KF-蒙脫土作為催化劑應(yīng)用于該類雜環(huán)化合物的合成，取得了較好的效果。

蒙脫土結(jié)構(gòu)蓬松，遇熱膨脹，可以進(jìn)行層間離子交換，層與層之間可以插入多種金屬配合物，也可以吸附多種化學(xué)試劑，對(duì)取代、加成、氧化、重排、和還原等反應(yīng)具有良好的催化性能[5]。目前大多數(shù)蒙脫土類催化劑催化的化學(xué)反應(yīng)，一般都在酸性條件下進(jìn)行，本文探討將蒙脫土與KF交換制成KF-蒙脫土，并將其作為堿性催化劑應(yīng)用于有機(jī)合成，為吡唑類衍生物的合成提供了一種新的快速、簡(jiǎn)便的方法。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 儀器和試劑

XT-5型顯微熔點(diǎn)儀（溫度計(jì)未校正）；雙光束紅外光譜儀，KBr壓片；Inova-400 MHz核磁共振儀，DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)；所用試劑均為分析純?cè)噭琄F-蒙脫土按文獻(xiàn)[6]制備。

2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

在50 mL 單口燒瓶中加入取代肉桂腈（1）（2 mmol），3-甲基-1-苯基-2-吡唑啉-5-酮（2）（2 mmol），KF-蒙脫土（0.25 g）和DMF（15 mL），在80 ℃下，攪拌4～6 h，用薄層色譜法跟蹤反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，趁熱將反應(yīng)液倒出，過(guò)濾，濾液倒入冷水中，沉降，抽濾。濾餅自然風(fēng)干后，用濃度95%乙醇重結(jié)晶，即得產(chǎn)品3。吡唑類衍生物的合成過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 吡唑類衍生物的合成過(guò)程Fig.1 The synthesis of pyrazole derivatives

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

該反應(yīng)以DMF為溶劑，在溫度80 ℃下，恒溫?cái)嚢?～6 h，生成一系列1,4-二氫吡喃[2,3-c]吡唑衍生物，產(chǎn)物通過(guò)簡(jiǎn)單的減壓抽濾即可分離，反應(yīng)時(shí)間、產(chǎn)率和熔點(diǎn)見(jiàn)表1。該方法操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)品收率高，為吡唑衍生物的合成提供了一條新的合成途徑。

表1 吡唑類衍生物的合成實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 The results of the synthesis of pyrazole derivatives

產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)經(jīng)紅外光譜、核磁共振氫譜確證。在紅外光譜中在3 400 cm-1和3 300 cm-1附近出現(xiàn)NH2的特征吸收峰，同時(shí)在2 200 cm-1附近出現(xiàn)尖而強(qiáng)的特征吸收峰，推測(cè)為CN吸收峰。在1HNMR中，在4.6～5.2范圍內(nèi)出現(xiàn)共振信號(hào)，推測(cè)為C4-H的特征峰，在7.20左右出現(xiàn)特征峰，推測(cè)為-NH2的吸收峰，其它核磁共振吸收峰也與產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)相符。

產(chǎn)物3a: m.p.: 174-176 °C (Lit.[7]: 173～175 °C);1H NMR (DMSO-d6, δ, 10-6): 1.78 (3H, s, CH3), 3.74 (3H, s, CH3O), 4.63 (1H, s, C4-H), 6.90 (2H, d, J = 8.4 Hz, ArH), 7.16～7.17 (4H, m, NH2+ArH), 7.30～7.34 (1H, m, ArH), 7.47～7.51 (2H, m, ArH), 7.78 (2H, d, J = 8.8 Hz, ArH); IR (KBr, ν, cm-1): 3391, 3322, 2192, 1660, 1596, 1514, 1456, 1394, 1250, 1173, 1128, 1073, 1027, 813, 759, 692。

產(chǎn)物3b: m.p.: 199～200 °C (Lit.[7]:198～201 °C);1H NMR (DMSO-d6, δ, 10-6): 1.81 (3H, s, CH3), 4.98 (1H, s, C4-H), 7.32～7.52 (5H, m, NH2+ArH), 7.66～7.70 (1H, m, ArH), 7.77～7.81 (3H, m, ArH), 8.15 (2H, d, J = 4.0 Hz, ArH); IR (KBr, ν, cm-1): 3460, 3350, 2194, 1665, 1640, 1591, 1580, 1495, 1452, 1387, 1354, 839, 820, 776, 746。

產(chǎn)物3c: m.p.: 191～192 °C；1H NMR (DMSO-d6, δ, 10-6): 1.79 (3H, s, CH3), 4.73 (1H, s, C4-H), 7.15～7.20 (2H, m, ArH), 7.22 (2H, s, NH2), 7.29～7.35 (3H, m, ArH), 7.48～7.52(2H, m, ArH), 7.77～7.80(2H, m, ArH); IR (KBr, ν, cm-1): 3454, 3329, 2203, 1665, 1596, 1518, 1494, 1444, 1390, 1264, 1226, 1126, 1068, 1027, 812, 753, 685。

產(chǎn)物3d: m.p.: 193～194 °C(Lit.[8]: 193～195 °C);1H NMR (DMSO-d6, δ, 10-6): 1.83 (3H, s, CH3), 3.73 (6H, s, 2×CH3), 4.64 (1H, s, C4-H), 6.75～6.93 (3H, m, ArH), 7.15 (2H, s, NH2), 7.31～7.33 (1H, m, ArH), 7.47～7.51 (2H, m, ArH), 7.80 (2H, d, J = 8.0 Hz, ArH); IR (KBr, ν, cm-1): 3450, 3320, 3200, 2965, 2200, 1660, 1598, 1510, 1450, 1390, 1261, 1150, 1135, 1035, 810, 795, 760。

產(chǎn)物3e: m.p.: 170～172 ℃ (Lit.[8]: 167～168 ℃);1H NMR(DMSO-d6) δ: 1.78(s, 3H, CH3), 4.72(s, 1H, C4-H), 7.15～7.19(m, 2H, ArH), 7.22(s, 2H, NH2), 7.29～7.34(m, 3H, ArH), 7.47～7.51(m, 2H, ArH), 7.78(d, J=8Hz, 2H, ArH); IR(KBr) ν: 3454, 3329, 2203, 1666, 1597, 1519, 1445, 1390, 1264, 1226, 1158, 1126, 1096, 1068, 1027, 812, 753, 685cm-1。

產(chǎn)物3f: m.p.: 207～208 °C;1H NMR (DMSO-d6, δ, 10-6): 1.80 (3H, s, CH3), 4.72 (1H, s, C4-H), 7.23～7.25 (4H, m, NH2+ArH), 7.31～7.35 (1H, m, ArH), 7.48～7.56 (4H, m, ArH), 7.78～7.80 (2H, m, ArH); IR (KBr, ν, cm-1): 3450, 3324, 2199, 1660, 1594, 1518, 1488, 1391, 1127, 1126, 1070, 1010, 752。

產(chǎn)物3g: m.p.: 185～186 °C (Lit.[8]: 182～184℃);1H NMR (DMSO-d6, δ, 10-6): 1.78 (3H, s, CH3), 5.16 (1H, s, C4-H), 7.31～7.44 (5H, m, NH2+ArH), 7.48～7.52 (2H, m, ArH), 7.62 (1H, s, ArH), 7.78 (2H, d, J = 8.0 Hz, ArH); IR (KBr, ν, cm-1): 3458, 3325, 2198, 1660, 1583, 1560, 1520, 1493, 1470, 1457, 1392, 1269, 1182, 1126, 1102, 1072, 906, 836, 815, 758, 691。

產(chǎn)物3h: m.p. 180～181 °C (Lit.[7]177～178 °C);1H NMR (DMSO-d6, δ, 10-6): 1.79 (3H, s, CH3), 4.73 (1H, s, C4-H), 7.25 (2H, s, NH2), 7.29～7.34 (3H, m, ArH), 7.41 (2H, d, J = 8.0 Hz, ArH), 7.47～7.51(2H, m, ArH), 7.78(2H, d, J = 8.0 Hz, ArH); IR (KBr, ν, cm-1): 3459, 3325, 2202, 1661, 1594, 1518, 1491, 1444, 1391, 1262, 1127, 1089, 1066, 1015, 831, 804, 751, 686。

3 實(shí)驗(yàn)小結(jié)

本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)打破傳統(tǒng)的純粹驗(yàn)證型、演示型的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，引?dǎo)學(xué)員展開(kāi)研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)研究。

在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)員收獲的不僅僅是實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還有學(xué)習(xí)的態(tài)度和方法的轉(zhuǎn)變。在確定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的過(guò)程中，需要查閱大量文獻(xiàn)，了解該方向的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，學(xué)員們不滿足于國(guó)內(nèi)的研究成果，利用各種數(shù)據(jù)庫(kù)，接觸到大量的外文文獻(xiàn)，極大的激發(fā)了他們的求知欲，調(diào)動(dòng)了他們的動(dòng)手積極性。充分為學(xué)員創(chuàng)造提供良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境、條件，讓他們自主的發(fā)揮他們的創(chuàng)造力，最大限度的培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，充分實(shí)現(xiàn)人的發(fā)展。

［1］劉曉宇，明霞，王洪來(lái). 淺論大學(xué)化學(xué)教學(xué)中的創(chuàng)新教育[J]. 教學(xué)研究與改革，2004(5): 66-67.

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A Design of Green Synthesis of Pyrazole Derivatives

WU Nan, WANG Yu-mei, XU Xin
（Air Force Service College, Jiangsu Xuzhou 221000, China）

The pyrazole derivative is an important core structure of many natural products, and has biological and pharmacodynamical activities. In this experiment, students built up innovation groups to confirm the experiment contents, design the experiment scheme, verify the experiment outcome and find a fast and efficient method to prepare pyrazole derivatives in their open chemistry experiment. The experiment can culture the innovative thinking and innovative ability of students.

Pyrazole derivatives；Synthesis；Innovation

TQ 252

： A

： 1671-0460（2014）04-0489-03

2013-09-17

吳楠（1980-），女，講師，碩士，2006年畢業(yè)于江蘇師范大學(xué)有機(jī)化學(xué)專業(yè)，主要研究方向?yàn)橛袡C(jī)合成。E-mail: wunan_china@163.com。