微波促进下离子液体催化氧杂蒽二酮类化合物的水相合成

裴诗恩，李宏艳，粱明辉，王林业，朱诗笑，李佰林

（台州学院 医药化工学院，浙江 台州 318000）

微波促进下离子液体催化氧杂蒽二酮类化合物的水相合成

裴诗恩，李宏艳，粱明辉，王林业，朱诗笑，李佰林＊

（台州学院 医药化工学院，浙江 台州 318000）

新型的磺酸根功能化离子液体作为催化剂成功用于氧杂蒽二酮类衍生物的合成，在微波促进下，以水为溶剂合成了一系列的氧杂蒽二酮类衍生物，产物收率达到92-97%。其过程具有产品容易分离，催化剂可回收循环利用，不使用有机溶剂，反应时间短，操作简单，绿色环保等优点。

氧杂蒽二酮；微波辐射；离子液体；催化

0 引言

氧杂蒽类化合物由于其在医药、化工、染料等方面的广泛应用而受到越来越多的关注。如其特有的荧光光谱特性而应用于生物分子的透视和激光技术［1］；其结构中含有杀菌活性结构单元具有光能治疗作用［2］，抗炎作用［3］和抗病毒作用［4］，进而可广泛应用于农业领域［5］；同时，在大多数天然产物中都含有氧杂蒽的结构单元［6］，所以其还可以作为具有吡喃环结构化合物的合成单元。因此，近年来氧杂蒽类化合物的合成研究受到越来越多的关注。

目前，氧杂蒽二酮的传统合成方法是通过醛与含活泼亚甲基的羰基化合物在酸或碱催化下合成，其缺点是反应时间长，反应条件苛刻，毒性大，产品分离困难等缺点，所使用的催化剂如十二烷基苯磺酸［7］、对甲苯磺酸［8］、Fe3+-蒙脱土［9］、NaHSO4-SiO2和氯化硅［10］、大孔树脂-15［11］、硅磺酸［12］、（NH4）2HPO4［13］、Dowex-50 W［14］、SbCl3/SiO2［15］、三聚氯氰［16］、BiCl3［17］、聚苯胺-苯磺酸［18］等。而寻找高效、绿色的催化剂及合成方法合成氧杂蒽类化合物仍是广大科研工作者关注的一个重要方向。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Bruker400核磁共振仪；Carlo Erba 1160元素分析仪；DF101D集热式磁力搅拌器；FTIR-8400付立叶变换红外光谱仪；MAS-II型微波合成仪。

实验所用试剂全部为国药集团化学试剂有限公司购买，纯度为分析纯；离子液体为自制。

1.2 离子液体的制备

将三甲基硅咪唑（14.0g 0.1mol）加入到100 mL三口烧瓶中，冰浴下缓慢滴加1，3-丙烷磺酸内酯

（24.4g 0.2mol），滴加完毕后在冰浴条件下继续搅拌0.5h，滴加约5 mL水，继续搅拌5h左右，减压蒸馏脱去水和三甲基硅醇，得到中间产物两性化合物。向所得中间产物的水溶液中滴加等摩尔的三氟甲磺酸(15.0g 0.1mol)，滴加完毕后回流2h，最后于90℃条件下减压脱溶除去溶剂水，得到浅黄色透明状离子液体43.2g，收率95%。离子液体的表征数据如下：1H NMR（400 MHz，D2O，δ ppm）：δ 2.14-2.19（m，4H），2.76-2.79（t，4H，J=7.5 Hz），4.20-4.23（t，4H，J=7.5 Hz），7.39-7.41（d，2H，J=1.5 Hz），8.70（s，1H）.13C NMR（125 MHz，D2O，δ ppm）：20.9，28.1，49.0，50.1，122.5，135.3.Anal.Calcd.for C10H10N2O2F3S3：C，26.37；H，2.20；N；6.16；O，31.65；F，12.52；S，21.10；Found：C，26.36；H，2.19；N，6.15；O，31.63；F，12.51；S，21.11。

1.3 离子液体催化氧杂蒽二酮的合成

将离子液体（LIs）（0.25 mmol）加入圆底烧瓶中，加入10mL蒸馏水溶解离子液体，随后加入环己二酮（10 mmol）、芳香醛（5.0 mmol），于100℃下微波反应10min（TLC跟踪反应），反应结束后冷却至室温，抽滤，滤饼用水洗涤、无水乙醇重结晶、干燥后得到产物3（其均为已知化合物）。收率见表1，产物核磁及部分产物红外表征结果如下：

表1 离子液体催化氧杂蒽二酮化合物的合成Table1 Synthesis of 1,8-Dioxo-octahydroxanthenes catalyzed by ILs in water

1.4 离子液体的回收利用

以苯甲醛与环己二酮反应为例，考察催化剂的回收利用效果，具体反应步骤见“2.3”。反应结束后，过滤得到滤液，含催化剂的滤液减压蒸馏，除去水后，直接用于催化下次反应。催化剂循环使用5次后，产物收率为95%，可见其催化效果没有明显的降低。结果如表2所示。

表2 催化剂在及应中的循环使用对产物收率影响Table2 Recycling and reusing of the catalyst in the condensation reaction on yields

1.5 结果与讨论

利用磺酸型离子液体为催化剂，能有效催化一系列的芳香醛与环己二酮的缩合反应，反应结果见表1。从表中可见，在离子液体催化下，大部分反应在10 min内即可获得较好收率（92%～97%），芳环上的取代基对反应有一定的影响。在给电子基团中，对位取代基要优于邻、间位取代（序号2，3，4，5）；吸电子基团中的邻、间位比对位更有利于反应的进行，而甲基取代的环己二酮由于其位阻的存在不利于反应进行（序号11）。

2 结论

与已报道的合成方法相比，在微波促进下酸性离子液体催化的芳香醛与环己二酮的缩合反应，具有反应条件温和、产率高、操作简单、反应时间短、可回收重复使用等优点，避免了部分传统合成方法使用有机溶剂、催化剂不能回收利用、反应时间长等不足。该方法为氧杂蒽二酮类化合物的合成提供了新途径，符合绿色化学要求，有潜在的应用前景。

［1］Banerjee A, Mukherjee A K. Chemical aspects of santalin as a histological stain ［J］. Biotechnic& Histochemistry,1981,56(2):83-85.

［2］PIGINI M,BRASILI L,GIANNELLA M,et al.Structure-activity Relationships in 1,4-benzodioxan-related Compounds,Investigation on the Role of the Dehydrodiox ane Ring on Alpha:1-adreno receptor Blocking Activity［J］.J.Med.Chem.,1988,31（12）:2300-2304.

［3］唐然肖,何红岩,杨旭，等.氧杂蒽二酮类衍生物的合成［J］,化学试剂,2007,29(3):173-174.

［4］Venkatesan K,Pujari S S,Lahoti R J,et al.An efficient synthesis of 1,8-dioxo-octahydro-xanthene derivatives promoted by a room temperature ionic liquid at ambient conditions under ultrasound irradiation［J］. Ultrason Sonochem.,2008,15(4):548-553.

［5］Poupelin J P,Saint-Ruf G,Foussard-Blanpin O,etal.H4SiW12O40 Catalyzed One-Pot Synthesis of 12-Aryl-8,9,10,12-tetrahydrobenzoxanthen-11-ones Under Solvent-Free Conditions［J］.Eur.J.Med.Chem.,1978,13:67-71.

［6］Hatakeyama S,Ochi N,Numata H,et al.A new route to substituted 3-methoxycarbonyldihydropyrans; enantioselective synthesis of(-)-methyl elenolate［J］.Chem.Commun.,1988(17):1202-1204.

［7］Jin T S,Zhang J S,Xiao J C,et al.Clean Synthesis of 1,8-Dioxo-octahydroxanthene Derivatives Catalyzed by polyaniline-p-toluenesulfonate salt in aqueous media［J］.Synlett.,2004(05):0866-0870.

［8］Khosropour A R,Khodaei M M,Moghannian H.A Facile,Simple and Convenient Method for the Synthesis of 14-Alkyl［J］.Synlett.,2005(06):0955-0958.

［9］Song G,Wang B,Luo H,et al.Fe3+-montmorillonite as a cost-effective and recyclable solid acidic catalyst

for the synthesis of xanthenediones［J］.Catal.Commun.,2007,8(4):673-676.

［10］Das B,Thirupathi P,Reddy K R,et al.An efficient synthesis of 1,8-dioxo-octahydroxanthenes using heterogeneous catalysts［J］.Catal.Commun.,2007,8(3):535-538.

［11］Das B,Thirupathi P.A highly selective and efficient acetylation of alcohols and amines with acetic anhydride using NaHSO4SiO2as a heterogeneous catalyst［J］.J.Mol.Catal.A Chem.,2007,269(1):12-16.

［12］Seyyedhamzeh M,Mirzaei P,Bazgir A.Solvent-free synthesis of aryl-1,4-dibenzoxanthenes and 1,8-dioxooctahydro-xanthenes using silica sulfuric acid as catalyst［J］.Dyes Pigments.,2008,76(3):836-839.

［13］Darviche F,Balalaie S,Chadegani F,et al.Diammonium Hydrogen Phosphate as a Neutral and Efficient

Catalyst for Synthesis of 1,8-Dioxo-Octahydroxanthene Derivatives in Aqueous Media［J］.Synth.Commun.,2007, 37(7):1059-1066.

［14］Shakibaei G I,Mirzaei P,Bazgir A.Dowex-50W promoted synthesis of aryl-1,4-dibenzoxanthene and 1,8-dioxo-octahydroxanthene derivatives under solvent-free conditions［J］.Appl.Catal.A Chem.,2007,325(1):188-192.

［15］Zhang Z H,Liu Y H.Antimony trichloride/SiO2 promoted synthesis of 9-ary-3,4,5,6,7,9-hexahydroxanthene-1,8-diones［J］.Catal.Commun.,2008,9(8):1715-1719.

［16］Zhang Z H,Tao X Y.2,4,6-Trichloro-1,3,5-triazine-promoted synthesis of 1,8-dioxo-octahydroxanthenes under solvent-free conditions［J］.Aust.J.Chem.,2008,61(2):77-79.

［17］Li J J,Tao X Y,Zhang Z H.An Effective Bismuth Trichloride-Catalyzed Synthesis of 1,8-Dioxo-Octahydroxanthenes［J］.Phosphorus,Sulfur,and Silicon,2008,183(7):1672-1678.

［18］徐珍，吕早生.离子液体在有机合成中的应用新进展［J］.化学与生物工程，2009，26（3）：11-14.

Acidic Ionic Iiquid Catalyzed Green Synthesis of Biscoumarin Derivatives

PEI Shi-en，LI Hong-yan，LIANG Ming-hui，WANG Lin-ye，ZHU Shi-xiao，LI Bai-lin*

（School of Pharmaceutical and Chemical Engineering,Taizhou University,Taizhou 318000,China）

Novel SO3H-functionalized ionic liquids were successfully applied as catalysts for synthesis of xanthenediones under microwave irradiation in Aqueous. Various types of Xanthenes were provided in 92～97% yields using the catalytic system of [(HSO3-p)2im][CF3SO3]/H2O. The products could be conveniently separated from the reaction mixture by filtration and the dissolved catalyst could be reused without any treatment,which of the separation process was performed in water without using any organic solvents.The method not only has the advantages of short time and simple operation,but also is environmentally friendly.

Xanthenedione;microwave irradiation;Lonic liquid;catalyst

10.13853/j.cnki.issn.1672-3708.2014.06.009

（责任编辑：耿继祥）

2014-10-20；

2014-11-07

简介：李佰林（1972- ），男，吉林永吉人，讲师，博士，研究方向为绿色有机合成。