具有生物活性的曼尼希堿的合成研究

田 曦，陳 健，賴柳捷，范麗萍，許蒙珠，婁 穎，王亞軍

(湖州師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，浙江湖州 313000)

在有機(jī)化學(xué)一步步的發(fā)展歷程中，曼尼希反應(yīng)是一類能夠構(gòu)建出碳碳鍵的重要反應(yīng)［1］，β－氨基酮型曼尼希堿的合成方法有很多種，這里主要分為兩大類直接合成法和間接合成法。間接合成法包括查爾酮和胺的麥克爾加成、胺交換法［2］、胺鹽酸鹽法、酮交換法、席夫堿和酮的縮合等方法［3］。直接合成法有下面兩種比較常見的方法“可烯醇化的酮與預(yù)合成的純凈席夫堿縮合的二步法”以及“醛酮胺三組分一鍋煮法”。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與試劑

紅外光譜儀(蘇州華美辰儀器設(shè)備有限公司);磁力加熱攪拌器(國(guó)華電器有限公司);真空干燥箱(上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠);智能恒溫?cái)?shù)顯電熱套(鄭州市科創(chuàng)儀器有限公司);循環(huán)水式多用真空泵(鞏義市英峪予華儀器廠)。

苯甲醛;無(wú)水乙醇;苯乙酮;苯胺;丙酮;濃鹽酸為市售化學(xué)純?cè)噭?/p>

1.2 合成曼尼希堿

1.2.1 實(shí)驗(yàn)原理

溶于無(wú)水乙醇的苯胺與苯甲醛和苯乙酮在濃鹽酸的催化和冰浴的條件下經(jīng)曼尼希反應(yīng)合成所需的曼尼希堿［4］。曼尼希反應(yīng)是甲醛和仲胺或氨與含有活潑氫的化合物進(jìn)行縮合，生成β－氨基化合物的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)生成的產(chǎn)物β－氨基化合物被稱為“曼尼希堿”，簡(jiǎn)稱曼氏堿。

1.2.2 操作步驟

粗品的合成:用量筒量取30 mmol的苯胺，再量取30mL無(wú)水乙醇，放置于錐形瓶中使苯胺溶于無(wú)水乙醇，再加入36mmol的苯甲醛和36mmol的苯乙酮。冰浴條件下，用膠頭滴管滴加6～8滴濃鹽酸并在10～25℃的溫度下用磁力加熱攪拌器攪拌，反應(yīng)8～24 h，析出大量固體后，放置于冰箱過(guò)夜，抽濾得到固體。

得到粗品:將抽濾得到的固體放置于燒杯再加入15 mL的95%的乙醇使固體均勻分散在乙醇中，然后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的Na2CO3的溶液將所得溶液中和至pH值=10，用磁力攪拌器攪拌0.5 h后加入100 mL蒸餾水靜置，等待1 h后抽濾，用少量乙醇洗滌得到粗產(chǎn)物。

粗品重結(jié)晶:用體積比為2∶3的乙醇－丙酮混合液進(jìn)行重結(jié)晶提純。將得到的粗產(chǎn)物置于單頸燒瓶中，加入適量的乙醇－丙酮混合液，用恒溫電熱套進(jìn)行控溫加熱，等到開始回流，若粗產(chǎn)物還未溶解可以加入適量的乙醇和丙酮的混合液，待固體完全溶解，則停止加熱，然后將單頸燒瓶中的液體倒入燒杯中冷卻結(jié)晶，靜置一晚上，待固體充分析出，抽濾烘干即得純品，稱量產(chǎn)物質(zhì)量，計(jì)算收率，測(cè)其熔點(diǎn)和紅外。

1.2.3 結(jié)果與討論操作步驟

1.2.3.1 濃鹽酸的用量對(duì)收率的影響

在化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中，催化劑的存在是為了促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，在整個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中發(fā)揮著巨大的作用。在控制溫度、時(shí)間的條件下，改變所加的催化劑濃鹽酸的量，收率結(jié)果見表1。

表1 不同催化劑的用量對(duì)反應(yīng)收率的影響

由表1中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)催化劑濃鹽酸［5］的量太少時(shí)，無(wú)法完全催化反應(yīng)，使反應(yīng)完全進(jìn)行，所以導(dǎo)致產(chǎn)物的產(chǎn)率有部分的降低。本實(shí)驗(yàn)最為合適的催化劑濃鹽酸的用量為12滴。

1.2.3.2 反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響

在所有的化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)溫度是影響整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)非常重要的因素。為了提高收率以及達(dá)到節(jié)約藥品和保護(hù)環(huán)境的目的，需要找到一個(gè)最為合適的反應(yīng)溫度。在控制催化劑和時(shí)間的條件下，反應(yīng)的溫度發(fā)生改變，產(chǎn)率結(jié)果見表2。

表2 不同的反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)收率的影響

由表2可看出，在不同的溫度條件下［6］，反應(yīng)收率有很大的差異。溫度過(guò)高，容易發(fā)生副反應(yīng)，升華造成產(chǎn)率降低。溫度過(guò)低，反應(yīng)物會(huì)結(jié)晶，從溶液中析出晶體，抑制反應(yīng)，使反應(yīng)沒法徹底進(jìn)行，收率也會(huì)下降。合適的反應(yīng)溫度可以促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，提高產(chǎn)率。所以本實(shí)驗(yàn)合適的溫度為10℃。

1.2.3.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率影響

在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)時(shí)間也是一個(gè)十分重要的因素，它影響著整個(gè)反應(yīng)的進(jìn)行程度以及產(chǎn)物的產(chǎn)率。在保持反應(yīng)溫度和催化劑濃鹽酸用量不變條件下，反應(yīng)時(shí)間影響產(chǎn)率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)收率的影響

由表3可知，在不同的反應(yīng)時(shí)間條件下［7］，反應(yīng)出現(xiàn)的產(chǎn)物的量不同。在反應(yīng)16 h的情況下，經(jīng)過(guò)靜置過(guò)濾重結(jié)晶后得到大量的產(chǎn)物，并且經(jīng)熔點(diǎn)測(cè)定發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物的純度物純度很高。即本實(shí)驗(yàn)最為合適的反應(yīng)時(shí)間為16 h。

2 產(chǎn)品等分析測(cè)試及結(jié)構(gòu)表征

曼尼希堿外觀:常溫下為白色針狀結(jié)晶性粉末。

產(chǎn)品熔點(diǎn)測(cè)定:本實(shí)驗(yàn)采用數(shù)字熔點(diǎn)儀測(cè)量產(chǎn)品的熔點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物測(cè)得的熔點(diǎn)(℃)見表4。

實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)物所測(cè)得的熔點(diǎn)與文獻(xiàn)［8］報(bào)道的169～171℃基本一致，再近一步結(jié)合物質(zhì)顏色、狀態(tài)等相關(guān)物理性質(zhì)，可以初步確定該物質(zhì)是曼尼希堿。

本實(shí)驗(yàn)采用紅外光譜測(cè)定產(chǎn)物，測(cè)得產(chǎn)物的紅外譜圖，3383(N －H)，3020，1670(C=O)，1598，1512，1289 處產(chǎn)生的吸收峰與標(biāo)準(zhǔn)譜圖［8］基本一致，由此可得出結(jié)論，實(shí)驗(yàn)所制得的產(chǎn)品是曼尼希堿。

表4 產(chǎn)物的熔點(diǎn)測(cè)定表

3 結(jié)論

查閱大量文獻(xiàn)，我發(fā)現(xiàn)Mannich堿是合成喹啉衍生物的中間體，但是用的文獻(xiàn)報(bào)道最多的是席夫堿與酮在鹽酸、Ar＇NH2·HCl、BF3的催化下縮合以及α，β－不飽和酮與芳香胺在Ar＇NH2·HCl、Ni(OAc)2－ (2，2＇－ 雙吡啶)絡(luò)合物的催化下進(jìn)行Michael反應(yīng)來(lái)合成。我選擇了苯甲醛與苯乙酮以及苯胺在10～25℃，用HCl－EtOH溶液作為催化劑合成Mannich堿的方法。HCl－EtOH溶液作為催化劑具有綠色環(huán)保，簡(jiǎn)單易得，高效，操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。在大量催化劑中我選擇了HCl－EtOH溶液作為催化劑。

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)法選擇HCl－EtOH溶液作為催化劑，反應(yīng)溫度為10℃，反應(yīng)時(shí)間為16 h是最佳的合成工藝。