具有特定结构含氮七元杂环的设计与合成

2020-12-24吕燕

山东化工 2020年22期

吕燕

(唐山学院环境与化学工程系，河北唐山 063000)

1 引言

近十年来，新型无公害农药是发展的重要趋向，其中是杂环化合物在无公害农药的发展中显示了十分重要的作用[1]。杂环化合物的发展，使农药进入到一个超高效、无公害的新阶段。而在杂环化合物中，含氮七元杂环是无公害农药的重要中间体。作为重要中间体，其充斥在我们生活的方方面面，随着研究的深入，含氮杂环化合物及其衍生物的应用越来越广泛。尤其在新型农药领域，含氮杂环化合物更是无公害农药研究的热点，逐步发展成为农药研制开发的主流。不但有各种杀菌剂、除草剂，而且也成功开发出很多超高效地杀虫剂，开拓了无公害农药的新纪元[2]。

本文研究了一种具有特定结构的含氮七元杂环的合成路线，这将对无公害农药的合成提供理论指导，具有重要的现实意义。

2 实验

2.1 实验仪器和试剂

2.1.1 主要实验仪器

电子天平，三用紫外分析仪，循环水式多用真空泵，旋转蒸发器，磁力搅拌器，集热式恒温加热磁力搅器，低温冷却液循环泵，红外干燥箱，旋片式真空泵，超声波清洗器，高效液相色谱质谱联用仪，核磁共振仪，真空冷冻干燥机，中压快速纯化制备系统。

2.1.2 主要实验试剂

四氢呋喃，乙醇，柱层层析硅胶(100～200目)，呋喃，无水硫酸钠，BF3乙醚溶液，石油醚，乙酸乙酯，二氯甲烷，甲醇，丙酮，四氧化锇，三乙胺，氮甲基吗啉氮氧化物，1,2-二氯乙烷，冰醋酸，三醋酸硼氢化钠，苄氨，高碘酸钠，1,4二氧杂六环，三氟化硼。以上试剂均为分析纯。

3 合成路线研究

3.1 合成路线设计

合成路线设计如下图 1所示[3-6]：

图1 合成路线

3.2 合成路线分步研究

3.2.1 合成路线第一步

合成路线第一步见图2。

图2 合成路线第一步

用电子天平称量呋喃20.6 g置于250 mL的三颈烧瓶中密封，冰醇浴降温至零下20 ℃，加入Sm2在磁力搅拌下充分搅拌30 min，加入三氟化硼保持温度零下20 ℃，磁力搅拌下充分搅拌16 h。反应结束后加入冰水淬灭，加入5%的NaHCO3和饱和食盐水水洗，用乙酸乙酯萃取，萃取时要充分静置，用分液漏斗分层取上层油状物，萃取3～4次。使用中压快速纯化系统提纯生成物。使用梯度纯石油醚5 min，0%～10%乙酸乙酯20 min。分梯度收取用旋转蒸发器旋去溶剂后送核磁确定产物Sm3.核磁确定其结构。可知在4%乙酸乙酯是得到产物Sm3，重20.317 g。

3.2.2 合成路线第二步

合成路线第二步见图3。

图3 合成路线第二步

本反应为剧毒反应，严格执行极毒物品“五双”管理制度。用电子天平称量Sm3，20.303 g置于500 mL的三颈烧瓶中加入MNNO(氮甲基吗啉氮氧化物)18.753 g密封氮气保护，加入丙酮∶水=10∶1溶解，在磁力搅拌下充分搅拌中缓慢加入四氧化锇，反应2 h。反应结束后加入硫代硫酸钠淬灭，加入5%的NaHCO3和饱和食盐水水洗，用乙酸乙酯萃取，萃取时要充分静置，用分液漏斗分层取上层油状物，萃取3～4次。该产物Sm4含有2个氢氧根，提纯时损失较大，故直接进行下一步反应，核磁确定其结构。

3.2.3 合成路线第三步

合成路线第三步见图4。

图4 合成路线第三步

用电子天平称量Sm4，2.088 g置于100 mL的三颈烧瓶中加入高碘酸钠3.565 g密封气球保护，1,4二氧杂六环溶解在磁力搅拌器下充分搅拌中加入少量水使其溶解充分，反应2 h。反应结束后加入冰水淬灭，加入百5%的NaHCO3和饱和食盐水水洗，用乙酸乙酯萃取，萃取时要充分静置，用分液漏斗分层取上层油状物，萃取3～4次。该产物Sm5含有2个羰基，提纯时容易挂柱子损失比较大，故直接进行下一步反应，核磁确定其结构。

3.2.4 合成路线第四步

合成路线第四步见图5。

图5 合成路线第四步

用电子天平称量Sm5粗品，10g置于100 mL的三颈烧瓶中加入苄氨11.38 g和冰醋酸6.308 g，磁力搅拌下充分搅拌中加入1,2二氯乙烷使其溶解充分密封气球保护。反应1 h。加入三醋酸硼氢化钠，反应5h后加冰水啐灭，加入5%的碳酸氢钠和饱和食盐水水洗，用乙酸乙酯萃取，萃取时要充分静置，用分液漏斗分层取上层油状物，萃取3～4次。使用中压快速纯化系统提纯生成物Sm6，得产品2.79 g，纯度88%。

3.2.5 合成路线第五步

合成路线第五步见图6。

图6 合成路线第五步

用电子天平称量Sm6，2.00 g置于50 mL的三颈烧瓶中加入1 mol/L的氢氧化钠10 mL，磁力搅拌下充分搅拌中加入甲醇使其溶解充分密封气球保护维持温度在40 ℃。反应1 h后点板查看反应进度，反应完成后加冰水啐灭，加入5%的NaHCO3和饱和食盐水水洗，用甲醇∶二氯甲烷=1∶20萃取，萃取时要充分静置，用分液漏斗分层取上层油状物，萃取3～4次。使用中压快速纯化系统提纯生成物Sm7。

3.2.6 合成路线第六步

合成路线第六步见图7。

图7 合成路线第六步

用电子天平称量Sm7，50 mg置于50 mL的三颈烧瓶中加入氯化铵54.035 g，加入HATU115.14 mg,加入DIEA182 mg磁力搅拌器下充分搅拌中加入DMF使其溶解充分密封气球保护维持室温。反应1 h后点板查看反应进度，反应完成后加冰水啐灭，加入5%的碳酸氢钠和饱和食盐水水洗，用甲醇∶二氯甲烷=1∶20萃取，萃取时要充分静置，用分液漏斗分层取上层油状物，萃取3～4次。使用中压快速纯化系统提纯生成物Sm8。

3.2.7 合成路线第七步

合成路线第七步见图8。

图8 合成路线第七步

用电子天平称量Sm8，50 mg,氢氧化钠115 mg加入3 mL水在超声处理器下充分溶解，置于50 mL的三颈烧瓶中密封气球保护，降温至0 ℃，在磁力搅拌的充分搅拌下使用注射器缓慢加入次氯酸钠2 mL,恢复到室温反应1h后，在油浴锅下保持75 ℃反应2 h后加冰水啐灭，加入5%的碳酸氢钠和饱和食盐水水洗，用乙酸乙酯萃取，萃取时要充分静置，用分液漏斗分层取上层油状物，萃取3～4次。使用中压快速纯化系统提纯生成物Sm9。核磁确定其结构，将产品做氢谱核磁得图9。