聚乙二醇200相轉(zhuǎn)移催化合成6－甲基尿嘧啶*

邢曉軻，李建輝，衛(wèi)世乾

(1許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院園林園藝系，河南許昌461000;2平頂山教育學(xué)院，河南平頂山467000;3許昌學(xué)院學(xué)報(bào)編輯部，河南許昌461000)

脲嘧啶類化合物是一類很重要的具有較高生物活性的化合物，在醫(yī)藥和農(nóng)藥領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如抗病毒藥物司他夫定［1］和齊多夫定［2］、抗腫瘤藥物去氧氟尿苷［3］、除草劑特草定和除草定［4］，許多脲嘧啶類化合物具有優(yōu)異除草活性［5－7］。6－甲基尿嘧啶是合成醫(yī)藥和農(nóng)藥的重要中間體，可用于合成心血管藥物潘生丁、乳清酸以及農(nóng)藥鼠立死等［8］。6－甲基尿嘧啶最重要的合成方法是:以乙酰乙酸乙酯與尿素為原料，采用不同催化劑、相轉(zhuǎn)移催化劑和帶水劑進(jìn)行反應(yīng)，然后蒸出溶劑，得到中間體，再經(jīng)環(huán)化得產(chǎn)品［9－12］。本文設(shè)計(jì)的合成方案:n(尿素)∶n(乙酰乙酸乙酯)=0.167mol∶0.157mol=1.06 ∶1，對(duì)甲苯磺酸用量為1.2g，帶水劑石油醚用量為150mL，相轉(zhuǎn)移催化劑PEG200用量為0.3g，脫水縮合時(shí)間為8h，反應(yīng)溫度在72℃左右，產(chǎn)率可達(dá)到78%。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

DZTW調(diào)溫電熱套(北京市永光明醫(yī)療儀器廠)，循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司)，F(xiàn)T-IR2100型紅外光譜儀(美國(guó) Bio-Rad公司)，YFB-XZ－02旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海申順生物科技有限公司)，ZF－1型三用紫外分析儀(海門市其林貝爾儀器制造有限公司)，XT－4A顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀(北京市科儀電光儀器廠)。試劑均為市售分析純。

1.2 6－甲基尿嘧啶的合成

在裝有分水器、回流冷凝管、溫度計(jì)和攪拌器的250mL的四頸瓶中加入19.8mL(0.157mol)乙酰乙酸乙酯、10g(0.167mol)尿素、1.2g對(duì)甲苯磺酸、0.3g相轉(zhuǎn)移催化劑、150mL石油醚，開始攪拌，加熱回流8h。蒸出溶劑，待冷卻后，向四頸瓶中加入90mL NaOH(10%)溶液，95℃左右反應(yīng)半小時(shí)，然后冷卻至65℃，再用濃鹽酸酸化至pH=2～3，抽濾得白色固體，分別用蒸餾水和乙醚洗滌，干燥，得白色固體。

1.3 產(chǎn)品的分析與檢測(cè)

用熔點(diǎn)儀測(cè)定產(chǎn)品熔點(diǎn)，300℃以上分解。產(chǎn)品(KBr壓片法)用紅外吸收光譜儀檢測(cè)得到譜圖如圖1。

圖1 6－甲基尿嘧啶的紅外譜圖Fig.1 Infrared spectrogram of 6-methyl uracil

IR譜圖分析:3125cm－1為N-H伸縮振動(dòng)吸收峰，2988cm－1為-CH3伸縮振動(dòng)吸收峰，1354cm－1為-CH3彎曲振動(dòng)吸收峰，1719cm－1與 1677cm－1為兩個(gè)-C=O的伸縮振動(dòng)吸收峰。經(jīng)比較，產(chǎn)物的紅外譜圖與文獻(xiàn)［10］譜圖相吻合，因此可初步確定所得產(chǎn)品即是6－甲基尿嘧啶。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同相轉(zhuǎn)移催化劑的影響

投入原料19.8mL(0.157mol)乙酰乙酸乙酯、10g(0.167mol)尿素，用1.2g對(duì)甲苯磺酸作催化劑，150mL石油醚做帶水劑，脫水縮合8h，研究不同相轉(zhuǎn)移催化劑十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)、十二烷基三甲基溴化銨(LTMAB)、芐基三乙基溴化銨(BTEAB)和聚乙二醇200(PEG200)對(duì)其產(chǎn)率的影響，催化劑用量為0.3g。結(jié)果如表1。

表1 相轉(zhuǎn)移催化劑對(duì)其產(chǎn)率的影響Table 1 The effects of phase transfer catalyst on the yield

表1表明:本實(shí)驗(yàn)若不用相轉(zhuǎn)移催化劑，反應(yīng)效果很不理想，其原因是尿素既不溶于乙酰乙酸乙酯，也不溶于石油醚，這是個(gè)非均相反應(yīng)。當(dāng)加入相轉(zhuǎn)移催化劑時(shí)，效果明顯轉(zhuǎn)好，因相轉(zhuǎn)移催化劑可以使反應(yīng)物從一相遷移到另一相，從而使反應(yīng)快速有效地進(jìn)行。另外，從表1中還可以看出非離子表面活性劑聚乙二醇200的相轉(zhuǎn)移催化效果比陽(yáng)離子表面活性劑的催化效果好，因此本實(shí)驗(yàn)主要采用PEG200作相轉(zhuǎn)移催化劑。

2.2 不同種類帶水劑的影響

投入原料19.8mL(0.157mol)乙酰乙酸乙酯、10g(0.167mol)尿素，用1.2g對(duì)甲苯磺酸作催化劑，0.3g PEG200做相轉(zhuǎn)移催化劑，脫水縮合8h，研究甲苯、環(huán)己烷、石油醚(用量都為150mL)的帶水效果，結(jié)果如表2。

表2 帶水劑對(duì)產(chǎn)率的影響Table 2 The effects of dehydrant on the yield

表2表明:同樣條件下，用石油醚作帶水劑時(shí)6－甲基尿嘧啶的產(chǎn)率最高，這是由于環(huán)己烷與甲苯的沸點(diǎn)都比石油醚要高，而尿素在較高溫度下發(fā)生二聚的可能性較大，從而影響尿素與乙酰乙酸乙酯的有效縮合。

2.3 相轉(zhuǎn)移催化劑用量的影響

投入原料19.8mL(0.157mol)乙酰乙酸乙酯、10g(0.167mol)尿素，用1.2g對(duì)甲苯磺酸作催化劑，150mL石油醚做帶水劑，脫水縮合8h，改變不同相轉(zhuǎn)移催化劑的用量，研究相轉(zhuǎn)移催化劑用量對(duì)產(chǎn)物產(chǎn)率的影響，結(jié)果如表3。

表3 相轉(zhuǎn)移催化劑用量對(duì)產(chǎn)率的影響Table 3 The effects of phase transfer catalyst amount on the yield

表3表明:不論是季銨鹽做相轉(zhuǎn)移催化劑，還是PEG做相轉(zhuǎn)移催化劑，用量并不是越多越好，否則會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)品結(jié)晶過(guò)細(xì)而造成產(chǎn)品損失，研究發(fā)現(xiàn)，相轉(zhuǎn)移催化劑的用量最好控制在投入原料總量的1% ～1.5%之間。

2.4 反應(yīng)時(shí)間的影響

投入原料19.8mL(0.157mol)乙酰乙酸乙酯、10g(0.167mol)尿素，用1.2g對(duì)甲苯磺酸作催化劑，150mL石油醚做帶水劑，用PEG200做相轉(zhuǎn)移催化劑，研究脫水縮合反應(yīng)的時(shí)間對(duì)其產(chǎn)率的影響，結(jié)果如表4。

表4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響Table 4 The effects of reaction time on the yield

表4表明:脫水縮合反應(yīng)時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，有利于中間產(chǎn)物的生成，從而可以提高6－甲基尿嘧啶的產(chǎn)率，但是當(dāng)多于8h時(shí)，提高幅度不大，因此反應(yīng)時(shí)間為8h為宜。

2.5 最佳反應(yīng)條件的平行實(shí)驗(yàn)

從以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出最佳反應(yīng)條件為:n(尿素)∶n(乙酰乙酸乙酯)=0.167mol(19.8mL)∶0.157mol(10g)=1.06 ∶1，對(duì)甲苯磺酸用量為1.2g，帶水劑石油醚用量為150mL，相轉(zhuǎn)移催化劑PEG200用量為0.3g，脫水縮合時(shí)間為8h，回流溫度為72℃，按照最佳條件做三次平行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表5。

表5 最佳反應(yīng)條件的平行實(shí)驗(yàn)Table 5 Parallel experiments of optimum reaction conditions

3 結(jié)論

以乙酰乙酸乙酯和尿素為原料，用對(duì)甲苯磺酸作催化劑，PEG200為相轉(zhuǎn)移催化劑，石油醚為帶水劑合成6－甲基尿嘧啶，回流時(shí)間為8h，可以很好地合成6－甲基尿嘧啶，產(chǎn)率78%。

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