超声波下β-环糊精催化合成3，4-二氢嘧啶-2-酮

任凤兰

(湖洲第十二中学，浙江湖州 313000)

β-环糊精的催化作用能提高反应物在溶剂中的溶解度，使反应在温和的环境中有效进行。本身安全无毒，价格低廉[1］。超声波辐射合成的优越特点是能加快反应速度且提高产率、反应条件温和、设备简单、无二次污染[2］。传统的3，4-二氢嘧啶-2-酮的合成方法是用芳醛、乙酰乙酸乙酯和尿素在盐酸的催化下得到此类化合物。但是该反应存在反应时间长(18 h)、产率低(20% ～50%)等特点[3］。

本文采用超声波辐射条件，β-环糊精做催化剂合成3，4-二氢嘧啶-2-酮，选择单因素试验探索了反应的最优化条件，反应操作简便、缩合反应时间短、温度低能够极大地提高反应的产率，具有安全、高效、绿色环保的优点，为3，4-二氢嘧啶-2-酮的制备提供了一个安全、高速、高效的途径，同时拓宽了β-环糊精在药物合成中的应用范围，具有十分重要的意义。目前为止，该方法未见报道，因此本实验具有一定的创新意义。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

1730型红外分光光度仪(美国Perkin Elmer);KQ-5200DE型数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);BS124S型电子天平(北京塞多利斯科学仪器有限公司);WRS-1A数字熔点仪;玻璃仪器气流烘干器(凯鹏实验仪器有限公司);电炉(浙江上虞市通州实验仪器厂);所用试剂:苯甲醛、95%的乙醇、β-环糊精、乙酰乙酸乙酯和尿素。

1.2 合成方法

在100 mL圆底烧瓶中，依次加入20 mL 95%的乙醇、苯甲醛、乙酰乙酸乙酯、尿素、β-环糊精、浓盐酸，充分摇匀，安装回流冷凝管，然后放置在超声波清洗器中，在一定温度和超声功率下反应一段时间。反应完毕，将反应物在室温中稍冷却，倒入盛有冰水的烧杯中，静置20～30 min，沉降、抽滤，依次用冰水、50%的乙醇洗涤，干燥2 h，称重，计算产率，测熔点。

2 实验结果与讨论

2.1 产物3，4-二氢嘧啶-2-酮的定性

反应得到的3，4-二氢嘧啶-2-酮为白色粉末。利用数字熔点仪测得3，4-二氢嘧啶-2-酮熔点为205.2～207.6℃，与文献报道的熔点205～207℃基本一致。结合产品的物理状态，确定该物质是3，4-二氢嘧啶-2-酮。

2.2 条件优化

单因素变量的实验表格如表1～5所示。

2.2.1β－环糊精用量对收率的影响

固定n(苯甲醛)∶n(乙酰乙酸乙酯)∶n(尿素)为1.0 ∶1.2 ∶1.5，浓盐酸的体积为0.25 mL，乙醇的体积为25 mL，反应时间为75 min。改变β-环糊精的用量进行实验，结果见表1。

表1 β-环糊精用量对收率的影响

2.2.2 反应物配比对收率的影响

保持β-环糊精的用量为2.5 mmol，浓盐酸的体积为0.25 mL，乙醇的体积为25 mL，改变反应物的物质的量比进行实验，结果见表2。

表2 反应物物质的量比对收率的影响

2.2.3 反应时间对收率的影响

选择n(苯甲醛)∶n(乙酰乙酸乙酯)∶n(尿素)为 1.0 ∶1.2 ∶1.5，β-环糊精的用量为 2.5 mmol，浓盐酸的体积为0.25 mL，乙醇的体积为25 mL。只改变反应时间进行实验，结果见表3。

表3 反应时间对收率的影响

从表3可以看出，反应时间在45 min以下时，反应不完全。随着反应时间的增加，收率不断提高，当反应时间达到75 min时，收率不再增加，说明反应在75 min时，收率最高。综合考虑，选择反应时间为75 min。

2.2.4 反应温度对收率的影响

选择反应的时间为75 min，保持n(苯甲醛)∶n(乙酰乙酸乙酯) ∶n(尿素)为1.0∶1.2∶1.5，β-环糊精的用量为2.5 mmol，浓盐酸的体积为0.25 mL，乙醇的体积为25 mL。只改变反应温度进行实验，结果见表4。

表4 反应温度对收率的影响

从表4可看出，反应温度在45℃以下时，反应不完全。随着反应时间的增加，收率不断提高，当温度达到75℃时收率不再增加，说明反应在75℃时，收率最高。综合考虑选择反应温度为75℃。

2.2.5 超声波功率对收率的影响

选择反应温度为75℃，保持n(苯甲醛)∶n(乙酰乙酸乙酯) ∶n(尿素)为1.0∶1.2∶1.5，β-环糊精的用量为2.5 mmol，反应时间为75 min，浓盐酸的体积为0.25 mL，乙醇的体积为25 mL。只改变超声波功率进行实验，结果见表5。

表5 超声波功率对收率的影响

从表5可以看出，超声波功率在100 W以下时，反应不完全。随着反应时间的增加，收率不断提高，当超声波功率达到130 W时收率不再增加，说明反应在超声波功率达140 W时，收率最高。综合考虑，选择超声波功率140 W。

选择在上述最佳条件下，即催化剂用量为2.5 mmol，n(苯甲醛)∶n(乙酰乙酸乙酯)∶n(尿素)为1.0 ∶1.2∶1.5，反应时间 75 min，反应温度 75 ℃，超声波功率为140 W的反应条件下，合成3，4-二氢嘧啶-2-酮，反应收率最高为78.5%。

3 结论

以β-环糊精催化合成3，4-二氢嘧啶-2-酮，是一条安全、高效、环保的合成路线，当反应条件为催化剂用量2.5 mmol，n(苯甲醛)∶n(乙酰乙酸乙酯) ∶n(尿素)为1.0∶1.2 ∶1.5，温度，75 ℃、时间为75 min，功率为140 W时，反应收率最高，最高收率为78.5%。

[1]吴文娟，关玉群.β-环糊精聚合物与药物包合作用的研究[J］.西北药学杂志，2002，17(2):71-72.

[2]路 军，王飞利，白银娟.NiCl2·6H2O催化的Biginelli反应一锅法合成3，4-二氢嘧啶-2-酮[J］.有机化学，2002，2(22):788-792.

[3]Hu E H，Sidler D R，Dolling U H.Unprecedented catalytic three component one-pot condensation reactionof 5-alkoxycarbony l，4-aryl-3 ，4-dihydropyrimidin-2(1H)-ones[J］.JOrganicChemistry，1998，63(10):34-54.