2-甲基喹啉新合成方法研究

劉可心，肖 丹，劉蘇毓，謝成浩，叢文霞，李紀(jì)興*

(1.臨沂大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 臨沂 276000;2.臨沂大學(xué) 物理與電子工程學(xué)院，山東 臨沂 276000)

2-甲基喹啉是一種重要的化工中間體，在藥物分子、農(nóng)藥、染料及功能材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1-2]。工業(yè)生產(chǎn)2-甲基喹啉的方法主要有煤焦油提取法和化學(xué)合成法。其中煤焦油提取法是以煤焦油或異喹啉釜渣 (餾分)為原料，通過(guò)酸堿成鹽、重結(jié)晶、精餾等提純步驟得到產(chǎn)物。該方法存在收率不高、步驟復(fù)雜、產(chǎn)生廢水多等問(wèn)題而逐步被淘汰[3]。2-甲基喹啉的工業(yè)生產(chǎn)合成方法主要有Skraup、Friiedlander、Combes、Doebner-Von Miller等方法[4-5]。這些化學(xué)合成方法需要在大量無(wú)機(jī)強(qiáng)酸、反應(yīng)原料有特殊結(jié)構(gòu)下才能制備。這些條件嚴(yán)重制約著其進(jìn)一步的應(yīng)用。

針對(duì)以上兩種方法存在的問(wèn)題，對(duì)于化學(xué)工業(yè)尋找全新合成2-甲基喹啉的方法具有非常迫切的需求。本文以簡(jiǎn)單易得的苯肼和乙醇作為初始原料，在鈀催化體系下制備2-甲基喹啉并對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行初步優(yōu)化，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，化學(xué)方程式如下：

1 主要試劑和儀器

DF-101S 集熱式恒溫磁力加熱攪拌器，核磁共振儀(Bruker ACP-400 )(CDCl3作為溶劑，以TMS作為內(nèi)標(biāo))，醋酸鈀、吡啶、三氟乙酸、苯肼、乙醇、石油醚、乙酸乙酯、48～75 μm硅膠均為工業(yè)品，其余未加說(shuō)明均為市售試劑。

2 實(shí)驗(yàn)部分

準(zhǔn)確稱取2.2 mg醋酸鈀，加入到25 mL已放入磁子的楊氏反應(yīng)管內(nèi)。對(duì)楊氏反應(yīng)管進(jìn)行氧氣置換3次，使反應(yīng)在氧氣氛圍下進(jìn)行。用微量注射器向反應(yīng)管內(nèi)依次加入3.2 μL吡啶、15 μL三氟乙酸、20 μL苯肼和溶劑乙醇，將上述反應(yīng)管置于磁力攪拌器上，于反應(yīng)溫度下攪拌適當(dāng)時(shí)間。反應(yīng)結(jié)束后對(duì)反應(yīng)溶液旋干，進(jìn)行柱層析(石油醚∶乙酸乙酯=50∶1)得到純品2-甲基喹啉。1H-NMR(400 MHz,CDCl3)∶δ(×10-6)=2.65(s,3H)，7.10(d,J=8.0 Hz,1H)，7.37(m,1H)，7.58(m,1H)，7.87(d,J=8.0 Hz,1H)，8.02(d,J=12 Hz,1H)。

13C-NMR(100 MHz,CDCl3)∶δ(×10-6)=158.80、147.75、136.00、129.30、128.52、127.43、126.37、125.54、121.85、25.24。

3 結(jié)果與結(jié)論

影響2-甲基喹啉合成反應(yīng)的因素非常多，本文主要考察了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和乙醇濃度對(duì)反應(yīng)收率的影響。

3.1 溫度對(duì)反應(yīng)的影響

反應(yīng)條件：苯肼(20 μL，0.2 mmol)，Pd(OAc)2(1.2 mg，0.01 mmol)，吡啶(3.2 μL，0.02 mmol)，三氟乙酸(15 μL，0.04 mmol)，CH3CH2OH 1 mL，O2，12 h。反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的影響見(jiàn)表1。

表1 反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的影響

從表1可以看出，隨著反應(yīng)溫度的提高，反應(yīng)分離收率在逐步提高。當(dāng)反應(yīng)溫度為170 ℃時(shí)，反應(yīng)分離收率達(dá)到了52%。繼續(xù)提高反應(yīng)溫度，反應(yīng)收率稍降低，可能是由于高溫導(dǎo)致副反應(yīng)增多的緣故。因此，較佳反應(yīng)溫度為170 ℃。

3.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響

在較佳反應(yīng)溫度下，對(duì)反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行初步考察。當(dāng)反應(yīng)條件苯肼(20 μL，0.2 mmol)，Pd(OAc)2(1.2 mg，0.01 mmol)，吡啶(3.2 μL，0.02 mmol)，三氟乙酸(15 μL，0.04 mmol)，CH3CH2OH 1 mL，O2，反應(yīng)溫度170 ℃。反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)影響如表2所示。

表2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響

由表2可知，隨著反應(yīng)時(shí)間增加，反應(yīng)收率呈增加的趨勢(shì)。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在18 h時(shí)，反應(yīng)收率達(dá)到64%，繼續(xù)增加時(shí)間對(duì)反應(yīng)收率增加無(wú)影響。因此較佳反應(yīng)時(shí)間為16 h。

3.3 反應(yīng)濃度對(duì)反應(yīng)的影響

反應(yīng)條件為苯肼(20 μL，0.2 mmol)，Pd(OAc)2(1.2 mg，0.01mmol)，吡啶(3.2 μL，0.02 mmol)，三氟乙酸(15 μL，0.04 mmol)，CH3CH2OH，O2，反應(yīng)溫度170 ℃，反應(yīng)時(shí)間16 h。在最佳反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度下，加入不同體積乙醇，考察反應(yīng)濃度對(duì)反應(yīng)的影響見(jiàn)表3。

表3 苯肼濃度對(duì)反應(yīng)的影響

由表3可知，降低或者提高苯肼反應(yīng)濃度其反應(yīng)收率均下降。當(dāng)反應(yīng)在1 mol/L下進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)收率較佳，可達(dá)64%。

4 結(jié)論

鈀催化體系下制備2-甲基喹啉的方法以簡(jiǎn)單易得的苯肼和乙醇作為起始原料一步制備2-甲基喹啉。對(duì)影響反應(yīng)的幾個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行了考察。在最佳反應(yīng)條件下反應(yīng)分離收率可達(dá)64%。鑒于喹啉在醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料等領(lǐng)域的重要作用，2-甲基喹啉的合成方法值得進(jìn)一步深入研究。