离子液体［DABCO］［B F4］催化的Knoevenagel缩合反应的研究

王 政 ，曾彩超 ，石 榕 ，张 薇 ，刘 硕 ，胡华南 ，应安国 ＊

（1.台州学院 医药化工学院，浙江 台州 318000 2.天津大学 化工学院，天津 300072）

1 前言

Knoevenagel缩合反应是由羰基化合物（醛或酮）与活性亚甲基化合物脱水缩合形成碳碳双键的重要方法［1］。它广泛地应用于精细化工产品的合成中。例如，Knoevenagel缩合反应是合成香豆素的重要方法，也是合成药物中间体特别是合成镇静剂巴比妥类药物衍生物的重要方法。通常Knoevenagel缩合反应是由一些有机碱及其盐催化进行，如氨、DMAP、乙醇钠、N-甲基哌嗪等［2-4］；也可以用Lewis酸催化剂如ZnCl2，醋酸锌等［5-6］。最近也报道了一些非均相固体支载催化反应，如Ni-SiO2负载催化剂，沸石，氟型阴离子交换树脂［7-9］。以上这些方法都存在一些问题，如需要使用有机溶剂，反应时间长，反应条件苛刻，催化剂用量过多等，最重要的是，此外，大部分催化剂不能重复使用。因此，开发高效、新颖的Knoevenagel缩合反应催化剂还是很有必要的。

DABCO（三乙烯二胺）是一种有机碱，Wang等［10］报道了以DABCO为基础的一系列离子液体用于催化Knoevenagel缩合反应。而Kolekar等［11］利用4-氨基吡啶与3-氯-1，2-丙二醇合成一系列离子液体。受上述两方法的启发，我们以DABCO和3-氯-1，2-丙二醇为原料，制备含DABCO的离子液体，用于催化Knoevenagel缩合反应。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

Bruker400核磁共振仪；Carlo Erba 1160元素分析仪；HK-2A型超级恒温水浴；Mettler Doledo电子天平。

实验所用试剂全为阿拉丁公司所购买，纯度为分析纯。

2.2 离子液体［DABCO］［BF4］的制备

以Valizadeh等制备了功能化咪唑离子液体（IL-OPPh2）为参考，用三乙烯二胺（DABCO）与3-氯-1，2-丙二醇反应，得到的中间产物与氟硼酸钠进行离子交换得到新的离子液体［DABCO］［BF4］。

向 100mL 圆底烧瓶中加入 10.15g（90.5mmol）DABCO（三乙烯二胺）和 10g（7.57mL，90.5mmol）3-氯-1，2-丙二醇，加入50mL乙醇。在磁力搅拌器下，温度设置为80℃，加热回流反应24h。旋蒸得到［DABCO］［Cl］。再取［DABCO］［Cl］3g 与等摩尔量的 NaBF4（1.48g），加入 15mL 甲醇，65℃下，加热回流反应8h，真空旋蒸得到淡黄色稠液体，即为离子液体［DBU］［BF4］。

2.3 活性亚甲基化合物与醛反应

活性亚甲基化合物与芳香醛按物质的量比为1:1加入到50 mL圆底烧瓶中，加入离子液体，室温搅拌。用TLC监测反应进行程度。反应结束后用水和乙酸乙酯萃取，收集有机相，悬干乙酸乙酯，用乙醇进行重结晶，抽滤、悬干得到产物。

2.4 结果与讨论

各种芳香醛和氰基乙酸乙酯、丙二腈的Knoevenagel缩合反应结果见表1。可以看出，带有不同取代基的芳香醛都能在离子液体［DABCO］［BF4］的催化下，室温条件下和氰基乙酸乙酯、丙二腈等活性亚甲基化合物发生Knoevenagel缩合反应，反应速度快，产率高。其中，活性亚甲基化合物为丙二腈时反应速度更快，这是由于氰乙酸乙酯的空间位阻较大，而丙二腈易形成碳负离子，更利于发生亲核反应。。

芳香醛的取代基对反应的进行也有一定影响。带有吸电子基的芳香醛（如氯、三氟甲基，表1，序号2，3）比带有供电子基的芳香醛（如甲氧基、甲基，表1，序号4，13）反应速度更快，收率更高。这是芳香醛上取代基团对羰基碳正电性的影响所致。具有更强羰基碳正电性的醛所需的时间更短，产率更高。当苯环上有多基团取代时（表1，序号6，14），反应仍很迅速（＜1h），收率较高（＞80%）。我们也尝试了杂原子取代的芳香醛，如噻吩醛、呋喃醛（表1，序号7，8，15，16），反应在2h内即可达到80%以上的转化率。相比于刘晔等报道的双位点离子液体［12］，当活性亚甲基化合物为氰乙酸乙酯时反应收率更高。而刘祖亮等制备的离子液体作催化剂时，随收率较高，但反应需在80℃下完成［13］。

表1 芳香醛与活性亚甲基化合物（丙二腈，氰乙酸乙酯）的Knoevenagel缩合反应Table.1 Knoevenagel condensation reaction of active methylene compounds with functionalized aromatic aldehydes

2.5 反应机理

在此我们提出了可能的反应机理:［DABCO］［BF4］中未与3-氯-1，2-丙二醇连接的氮原子显碱性，可以夺去活性亚甲基的氢原子；同时该分子中的羟基可与芳香醛的羰基形成氢键，使羰基碳的电正性更强，容易受到碳负离子进攻。因此该离子液体具有双重催化功能。（图1）

图1 反应机理Fig.1 Proposed mechanism for the Knoevenagel condensation reaction

2.6 离子液体的循环使用

以苯甲醛和氰乙酸乙酯为反应底物对离子液体的循环使用进行了考察。由于该离子液体不溶于乙酸乙酯，只需通过简单的乙酸乙酯萃取分离产品，剩下的离子液体层通过真空干燥除水后，即可循环使用。由图2可知，离子液体循环使用4次仍有很好的活性。

图2 苯甲醛与氰乙酸乙酯的Knoevenagel缩合反应离子液体循环使用情况Fig.2 Reuse of catalyst for Knoevenagel condensation between benzaldehyde and ethyl cyanoacetate.

3 结论

开发了新的功能性离子液体 ［DABCO］［BF4］用于催化芳香醛和丙二腈等活性亚甲基化合物的Knoevenagel缩合反应。反应在室温条件下快速进行，产率高，反应后处理简单，具有很好的工业化放大使用潜力。

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