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3位或4位取代7-羟基香豆素的合成研究

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第41卷第1期 广州化工 Vo1.41 No.1 2013年1月 Guangzhou Chemical Industry January.2013 3位或4位取代7一羟基香豆素的合成研究 黄志平,樊启平,田兴涛,向玉联,张鸣 (防化学院,北京102205) 摘 要:香豆素类化合物是重要的荧光材料,具有苯并吡喃酮环状结构,环上取代基对荧光性质具有重要影响。本文以 Pechmann反应和Knoevenagel反应合成了三个3位或4位取代7一羟基香豆素,并优化了反应条件,反应快速,操作简便,产品收 率较高。 关键词:合成;7一羟基香豆素;Pechmann反应;Knoevenagel反应 中图分类号:TQ9 文献标识码:A 文章编号:1001—9677(2013)Ol一0065—03 Synthesis of 3——or 4—-Substituted 7——Hydroxylcoumarin HUANG Zhi—ping,FAN Qi—ping,TIAN Xing—tao,XIANG Yu—lian,ZHANG M g (1048 P.0.Box,Institute of Chemical Defense,Beijing 102205,China) Abstract:Coumarin derivatives,with the ring structure of benzopyrone,were important fluorescent material candi— dates.The substitution groups on the ring had great effects on the fluorescent properties.Three 3一or 4一substituted 7一 hydroxylcoumarins were synthesized by Pechmann reaction and Knoevenagel reaction.The reaction conditions were opti— mized.The methods had the characters of short time,simple operation and good yield. Key words:synthesis;7一hydroxylcoumarin;Pechmann reaction;Knoevenagel reaction 香豆素类化合物具有苯并吡喃酮母核,在自然界中分布广 泛,是天然产物中重要的一类化合物,具有抗菌、消炎、抗 1 实验部分 凝、抗癌及抗肿瘤等多种生物活性 I2 ,常用于合成医药中间 体。香豆素类衍生物还具有优异的光学性质 I4 ,如具有合适 1.1 主要试剂和仪器 的最大激发、发射波长,足够大的Stokes位移,较高的荧光量 问苯二酚、2,4一二羟基苯甲醛、乙酰乙酸乙酯、苯甲酰 子产率,可以有效地降低细胞组分和生理液体的背景荧光,避 乙酸乙酯和丙二酸二乙酯,分析纯,购自Alfa Aesar试剂公司; 免激发光谱和发射光谱的重叠,可用于低浓度检测等,常用于 其他试剂均为分析纯。薄层层析硅胶板,山东烟台江友硅胶开 制作荧光染料和荧光探针物质 J。其合成和性质的研究一直 发有限公司。 受到关注。香豆素类化合物的基本结构苯并吡喃酮是没有荧光 气相色谱一质谱联用仪,美国安捷伦分析仪器公司;快速 的无色物质,但如果在7位上引入给电子基团,3或4位上引 制备色谱,瑞典Biotage;ZF—I型三用紫外分析仪,上海优浦 入吸电子基团后,形成推一拉电子体系,便得到强荧光物 科学仪器有限公司;WBFY201微波化学反应器,中国巩义市予 质 J。本文采用Pechmann反应和Knoevenagel反应合成了三个 华仪器有限公司。 香豆素类化合物,分别为4一苯基一7一羟基香豆素、3一乙酰 1.2合成步骤 基一7一羟基香豆素和3一乙氧羰基一7一羟基香豆素,希望通 1.2.1 4一苯基一7一羟基香豆素(1)的合成 过3位或4位引入不同吸电子基团,使其表现出不同荧光性 向圆底烧瓶中加入4.40 g(40.0 mmo1)问苯二酚、11.5 g 质,用于荧光探针物质的研究。合成路线如下: (60.0 mmo1)苯甲酰乙酸乙酯和0.55 g一水硫酸氢钠 (4.0 mmo1),混合均匀,置于微波化学反应器中,装上回流装 “ 。H H 0 置,在功率为400 W的条件下间歇式加热,TLC监测反应进 程,加热8 min后,问苯二酚消失,停止微波加热。冷却后, 向反应瓶中加入8O mL冰水,搅拌,并用超声波分散,析出大 “ ^量块状固体,抽滤除水,然后用95%乙醇重结晶,得6.62 g深 ㈣ 绿色固体,产率为65.3%。GC—MS分析表明产物为4一苯基 一7一羟基香豆素,MS(nVz):238.2(M ,92.1%),210.1 (100%),181.2(34.2%),152.1(26.3%),76.1(9.2%)。 R (0.55,乙酸乙酯:石油醚=2:1)。 作者简介:黄志平(1974一),男,副教授,主要从事有机化学教学和研究。 广扫描1732(I 5 978分】:201 2031 502 D\ddI ls 210 l 州化T 28 1 14 170到l4 240分钟的甲均值:2012033001 1 y‘J a ∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞0 瑚㈣㈣ ㈣㈣ ∞ * lO5 O 1 .283l 50 0404 3 484 l542.0 591.1 653 J .J .1. 1 . 5 I404 9475 7529 o577.6639 4695 0 50 1O0 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 0 50 100 150200250 300350400450500550600650700 m/z 图1 4一苯基一7一羟基香豆素的MS图 1.2.2 3一乙酰基一7一羟基香豆素(2)的合成 向 底烧瓶中加入5.52 g(40.0 mmo1)2,4一二羟基苯甲 醛、7.80 g(60.0 mmo1)乙酰乙酸乙酯和30 mL无水乙醇,再加 入0.3 rnL六氢吡啶,混合均匀。将反应液置于微波化学反应 器中,装上回流装置,在功率为400 W的条件下间歇式加热, TLC监测反应进程,加热5 min后,2,4一二羟基苯甲醛消失, 停止微波加热。待反应液自然冷却后,反应瓶中析出大量固 体,抽滤,用冰的无水乙醇洗涤两次,自然晾干,得6.93 g浅 黄绿色粉末[古1体,产率为85.O%。GC—MS分析表明产物为 3一乙酰基一7一羟基香豆素,MS(nr/z):204.2(M ,44.4%), 189.0(100%),161.0(1 1.1%).105.1(17.8%);R (0.55. 乙酸乙酯:石油醚=2:1)。 十I描1 339f1 2 941分).20I2031501.D\da ms 1 89 0 450000 400000 350()00 300000 250000 200000 l 50000 100000 l05 l 50000 0 1: 4 9 354.9 404 9 455 4 542 2 62l l 674 0 50 100 150200250 300 350400450 500 550600650700 m/z 图2 3一乙酰基一7一羟基香豆素的MS图 1.2.3 3一乙氧羰基一7一羟基香豆素(3)的合成 向圆底烧瓶中加入5.52 g(40.0 mmo1)2,4一二羟基苯甲 醛、11.5 g(60.0 mmo1)丙二酸二乙酯和30 mL无水乙醇,再加 入0.3 mL六氢吡啶,混合均匀。将反应液置于微波化学反应 器中,装上回流装置,在功率为400W的条件下间歇式加热, TLC监测反应进程,加热4 min后,2,4一二羟基苯甲醛消失, 停止微波加热。待反应液自然冷却后,反应瓶中析出大量固 体,抽滤,用冰的无水乙醇洗涤两次,自然晾干,得8.29 g浅 黄色粉末固体,产率为88.6%。GC—MS分析表明产物为3一 乙氧羰基一7一羟基香豆素,MS(m/z):234.2(M ,44.0%), l89.0(100%),152.0(83.3%),135.2(25.0%),105.1 (30.9%);R (0.45,乙酸乙酯:石油醚=3:2)。 m/z 图3 3一乙氧羰基一7一羟基香豆素的MS图 2结果与讨论 2.1 反应原理 合成香豆素类化合物的方法主要有Perkin反应、l ̄loevenagel 反应和Pechmann反应等 。4一苯基一7一羟基香 素的母体环L 4位和7位取代,可以从问苯二酚和苯甲酰乙酸乙酯通过Pechrnann 反应得到,其原理是问苯二酚与苯甲酰乙酸乙酯在酸性催化和加 热下,首先发生酯交换,然后再发生分子内的亲电进攻成环反应, 最终失水得到产物 …。3一乙酰基一7一羟基香豆素和3一乙氧羰基 一7一羟基香豆素的母体环上3位和7位取代,可以由2,4一二羟暴 苯甲醛-hN与乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯通过Knoe'venagel反应 得到,其原理是2,4一二羟基苯甲醛首先分别与乙酰乙酸乙酯和丙 二酸二乙酯发生酯交换,然后乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯的活 泼亚甲基与2,4一二羟基苯甲醛的醛基在弱碱作用下发生亲核加成 反应实现成环,并失水得到产物 。 2.2反应条件的优化 对于4一苯基一7一羟基香豆素的合成,类似于4一甲基一7 羟基香豆素的合成,反应原料中间苯二酚为固相,苯甲酰乙 酸乙酯为液相,并且间苯二酚易溶于苯甲酰乙酸乙酯,L大J此此 反应可不加溶剂 ,而采用过量的乙酰乙酸乙酯为溶剂。反应 对加热条件比较敏感,同时,催化酸的选择对反应的进行与产 品提纯有较大影响。加热条件选择了微波加热。实验表明,常规 加热,反应过程中有固体析出,通常需要2 h以上,反应才能完 全,而微波加热反应,反应过程中加热效率较高 ,崮体处丁 熔化状态,反应相对均相,TLC检测显示,8 min反应完全,时 间大大缩短,产物纯度较好,提高了反应效率。文献报道采 【}i浓 硫酸、硫酸氢钠等强酸作为Pechmann反应的催化剂。本文选用 一水硫酸氢钠 ,反应结束后,向反应体系中加入冰水,… 水 硫酸氢钠溶于水中,产物不溶于水,通过过滤操作,即可得到纯 度较高的产品,后处理简便。而采用浓硫酸作催化剂,南丁浓硫 酸的脱水作用,导致副反应较多,分离纯化困难。 对于3一乙酰基一7一羟基香豆素和3一乙氧羰基一7一羟基 香豆素的合成,用2,4一二羟基苯甲醛和含有活泼亚 基的化 合物乙酰乙酸乙酯或丙二酸二乙酯作反应物,以乙醇作溶齐IJ, 哌啶作为弱碱催化剂。活泼亚甲基化合物的用量、乙醇溶剂的 多少、催化剂种类与用量、加热方式,以及反应液冷却速度, 对反应进行和产品纯化都有不同程度的影响…。实验表明,乙 酰乙酸乙酯或丙二酸二乙酯用量为2,4一二羟基苯甲醛1.5俯 或更多时,反应比较完全。乙醇溶剂斤j量不能太多,否则,, : 物不能析出或析 不完全,造成产物损失。如果乙醇较多,可 第41卷第1期 黄志平等:3位或4位取代7一羟基香豆素的合成研究 67 考虑在反应完成后除去部分乙醇。实验发现,冷却速度的控制 对产品析出和纯化影响较大。冷却速度要慢,在常温条件下自 然冷却,产品会慢慢析出,得到产品较纯。如果将反应液直接 倒入冰水中快速冷却,溶液呈浑浊状,不易澄清、分离,且产 [3] 陈康裕.新型香豆素类荧光化合物和荧光探针的合成及其性质研 究[D].西安:西北大学,2010. 杜阳吉,等.荧光香豆素衍生物的合成及其光电性能 【4] 郑伟华,王辉,研究[J].化学研究与应用,2009,21(8):l176一l18O. 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