设计性有机化学实验6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氢嘧啶-2 -酮的制备

2013-12-02李公春李小炯鞠志宇吴长增

河南化工 2013年1期

李公春，孙婷，李小炯，鞠志宇，吴长增

(许昌学院化学化工学院，河南许昌 461000)

设计性实验是在学生已初步掌握了有机化学相关理论知识和化学实验中的基本操作、基本知识与技术的基础上开设的实验［1］。设计性实验是指给定实验目的、要求和实验条件，由学生查阅文献和设计实验方案，并加以完成。设计性实验可以培养学生严谨的科学态度、科研创新意识和实践能力，自己动手解决实际问题，提高实验教学质量，从而提高学生综合素质，有利于应用型人才的培养［2-4］。

设计性实验要选题难易适度，可操作方案多，操作方便、安全可靠。6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氢嘧啶-2 -酮的制备实验满足设计性实验的要求。1893 年，Biginelli 首次报道了由乙酰乙酸乙酯、芳香醛和脲在浓盐酸催化下缩合反应得到3，4 -二氢嘧啶-2 -酮类化合物，此后该合成方法被称为Biginelli 反应［5］。3，4 -二氢嘧啶-2 -酮类化合物可以作为钙通道剂、抗过敏剂、降压剂、拮抗剂，还具有抗病毒、抗肿瘤、抗菌和消炎等生物活性。因此，Biginelli 反应的研究引起了人们的极大重视［6-11］，并不断寻找新的催化剂和方法来合成3，4 -二氢嘧啶-2 -酮类化合物，如用离子液体、硅胶固载硫酸镧、氨基磺酸、草酸、邻甲基苯磺酸铜、硼酸、磷酸二氢钾等作催化剂合成3，4 -二氢嘧啶-2-酮，都取得了较好的效果。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

SZCL-2A 型磁力搅拌器(巩义市予华仪器有限责任公司);XT4A 型显微熔点测定仪(北京科仪电光仪器厂，温度未校正);FTS -2100 型红外光谱仪(美国Bio-Rad 公司)。苯甲醛，乙酰乙酸乙酯，脲，无水乙醇，氨基磺酸，对甲苯磺酸，苯甲酸，氨基乙酸，甲醇，95%乙醇等。

1.2 制备步骤

在25 mL 圆底烧瓶中加入1.06 g (10 mmol)苯甲醛、1.56 g (12 mmol)乙酰乙酸乙酯、0.9 g (15 mmol)脲、0.1 g 氨基磺酸和10 mL 无水乙醇，在磁力搅拌下回流反应3 h，反应结束后，将反应液加入40 mL 水中，然后抽滤，用水洗涤，干燥，得白色固体2.20 g，产率84. 6 %，产物熔点:204～206 ℃，IR(KBr)，ν(cm-1):3 244、3 116、2 978、1 725、1 703、1 647、1 463、1 222、1 092、783、699。

2 结果与讨论

2.1 影响产率的主要因素

采用单因素法考察催化剂、催化剂用量、反应时间、溶剂和搅拌对反应产率的影响，在研究影响产率的主要因素时，反应物的量保持不变，采用10 mmol苯甲醛、12 mmol 乙酰乙酸乙酯、15 mmol 脲为原料，原料物质的量比为:苯甲醛∶乙酰乙酸乙酯∶脲=1 ∶1.2 ∶1.5，溶剂的量为10 mL。

2.1.1 催化剂对产率的影响

以无水乙醇为溶剂，使用0.1 g 不同催化剂(或者不加催化剂)，在磁力搅拌下回流反应3 h，实验结果见表1。

表1 不同催化剂对产率的影响

由表1 可以看出，不加催化剂或用苯甲酸作催化剂反应得不到产物，以氨基磺酸为催化剂，反应产率最高，产率可达84.6%。

2.1.2 催化剂用量对产率的影响

以无水乙醇为溶剂，以氨基磺酸为催化剂，改变催化剂用量，在磁力搅拌下回流反应3 h，实验结果见表2。

表2 催化剂用量对产率的影响

由表2 可以看出，以氨基磺酸为催化剂，催化剂用量对反应产率影响不大，催化剂用量为0.1 g 时，反应产率最高，达84.6%。

2.1.3 反应时间对产率的影响

以无水乙醇为溶剂，以0.1 g 氨基磺酸为催化剂，在磁力搅拌下回流反应，改变反应时间，实验结果见表3。

表3 反应时间对产率的影响

由表3 可以看出，反应时间为3 h 时，反应产率最高，达84.6%。

2.1.4 溶剂对产率的影响

以0.1 g 氨基磺酸为催化剂，改变溶剂，在磁力搅拌下回流反应3 h，实验结果见表4。

表4 溶剂对产率的影响

由表4 可以看出，溶剂对反应产率影响较大，以无水乙醇为溶剂时，反应产率最高，达84.6%。

2.1.5 搅拌对产率的影响

以无水乙醇为溶剂，以0.1 g 氨基磺酸为催化剂，回流反应3 h，在不用搅拌条件下，产率为78.8%，使用磁力搅拌时，产率可达84.6%。

2.2 设计性实验的探讨

设计性实验要选题难易适度，可操作方案多，操作方便、安全可靠。首先，6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氢嘧啶-2 -酮的制备查阅文献比较方便，在中国知网期刊全文数据库中即可查到，同学们可以根据文献设计合理的实验方案，可操作方案多;其次，6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氢嘧啶-2 -酮的制备实验操作比较方便，仅需把原料和溶剂加入圆底烧瓶中进行回流反应，反应结束将反应液倒入水中，抽滤后即可得到产品，即使不用搅拌，也能得到较好的产率;最后，6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氢嘧啶-2 -酮的制备实验安全可靠，实验操作过程和所用试剂都比较安全，且多种操作方案都可以得到较好的产率。因此，6 -甲基-4 -苯基-5 -乙氧羰基-3，4 -二氢嘧啶-2 -酮的制备实验能够满足设计性实验的要求。

在设计性实验完成过程中，同学们通过查阅文献、设计实验方案、选择实验仪器和试剂、独立完成实验操作，提交论文报告，自己发现、研究并解决问题，各种操作技能得以综合应用，进一步巩固了专业所需的基础理论、基本知识和技能，充分发挥了主动性、积极性和创造性，培养了创新意识和科研精神;同时，设计性实验也丰富和完善了实验教学体系，提高了教师的教学水平。