微波辐射合成7硝基4(3H)喹唑啉酮

来源:岁月联盟 作者: 时间:2015-05-10

                             作者:柯洪琴 刘鹰翔,朱玉香

【摘要】    目的 用微波辐射法合成7硝基4 (3H)喹唑啉酮,研究微波功率、微波辐射时间和酸胺摩尔比等对反应收率的影响。方法 以2氨基4硝基苯甲酸、甲酰胺为原料,采用微波辐射合成7硝基4 (3H)喹唑啉酮,并通过正交设计实验优化反应条件。结果 最佳条件为:微波功率95 W,辐射时间9 min,酸胺摩尔比1∶12,收率可高达96.8%,与常规加热法比较提高了约35%。结论 微波辐射法对合成7硝基4(3H)喹唑啉酮具有非常好的效果,与传统加热方法及文献方法相比,缩短了反应时间,提高了反应速率和收率。

【关键词】  7 硝基 4 (3H) 喹唑啉酮 微波辐射 正交设计

 Abstract:Objective To evaluate the effect of microwave irradiation on the synthesis of 7nitro4(3H)quinazolinone was investigated.Method 7nitro4(3H)quinazolinone was synthesized from 4nitroanthranilic acid and formamide under microwave irradiation. The reaction conditions were optimized with orthogonal design. Result The optimum conditions were determined as follows: microwave power was 95 W,irradiation time was 9 min,and the molar ratio of 4nitroanthranilic acid to formamide was 1∶12. Under above conditions,the yield of product might reach 96.8%,increasing by 35% compared with conventional method.Conclusion 7nitro4(3H)quinazolinone was synthesized successfully under microwave irradiation. Compared with conventional method,the reaction time shortened and the reaction efficiency increased.

  Key words:7nitro4(3H)quinazolinone; microwave irradiation; orthogonal design

   取代的4(3H)喹唑啉酮类化合物是一类具有广泛生物活性的含氮杂环化合物,其在抗炎[1]、抗菌[2]、抗高血压[3]和抗肿瘤[4]等方面均显示出良好的活性。Niementowski反应是合成喹唑啉母环的常用方法,该反应以邻氨基苯甲酸和甲酰胺“一锅煮”合成4(3H)喹唑啉酮,步骤少,但反应温度高,反应物易炭化变黑,产物难以分离提纯[5,6]。近年来,微波辅助有机反应以其反应速度快、副反应少、产率高、产品易纯化等优点引起了广泛关注。本文以2氨基4硝基苯甲酸和甲酰胺为原料,在无溶剂无催化剂的条件下,通过微波辐射方法合成了7硝基4(3H)喹唑啉酮,并采用正交设计实验,考察了微波功率、微波辐射时间和酸胺摩尔比等对反应收率的影响,寻求最佳反应条件,取得较为满意的结果。

  1 实验部分

  1.1 仪器与试剂

  MCL3型微波化学反应实验仪(顺德惠而浦家电公司),WRS1B数字熔点仪(温度计未经校正,上海易测有限公司),400MHz超导核磁共振仪(溶剂CDCl3,内标TMS,德国Bruker公司),MAT95XP高分辨质谱仪(美国Thermo)。

  2氨基4硝基苯甲酸(武汉凯马仕精细化工有限公司,化学纯),甲酰胺(广州化学试剂厂,分析纯)。

  1.2 合成路线

  合成路线见图1。

  1.3 实验方法

  1.3.1 合成方法

  在装有回流冷凝管的50 mL圆底烧瓶中,依次加入0.91 g (5 mmol) 2氨基4硝基苯甲酸和2.40 mL (60 mmol)的甲酰胺,置微波反应器中,调节电流控制功率在95 W连续辐射9 min。反应结束后,将反应液倾入碎冰水中,抽滤,得浅黄色针状结晶0.924 g,收率为96.8%,mp 274.4~275.6 ℃。1HNMR (DMSOd6) δ :12.64 (s,lH,-NH);8.37 (d,1H,2H);8.33 (s,1H,8H); 8.26(m,1H,6H);8.23 (m,1H,5H)。 EIMS:m/z:192 (M+1)+。

  1.3.2 正交设计实验

  采用微波加热合成7硝基4(3H)喹唑啉酮,影响反应产率的因素很多,本文根据单因素实验的初步结果,在选定加热方式的情况下,选择微波功率(A)、微波辐射时间(B)、酸胺摩尔比(C)3个因素作为考察对象,每个因素分为3个水平进行实验,以反应收率为指标,考察各因素对反应的影响。

  2 结 果

  正交实验的因素水平见表1,选用三因素三水平正交表L9(34)安排实验,结果见表2,并利用SPSS 15.0软件对实验结果进行方差分析,见表3。表1 因素及水平表表2 正交实验结果及极差分析

  3 方差分析表

  Table 3 ANOVA table

  方差来源离差平方和自由度均方差F值P值A123.020261.51013.450>0.05B22.727211.3632.485>0.05C5.24722.6230.574>0.05误差9.14724.573

  从表2可知,各因素的影响顺依次为A>B>C,即微波功率﹥微波辐射时间﹥酸胺摩尔比。从表3的方差分析结果可知,3个因素对反应收率的影响均无显著意义(P>0.05)。综合表2、表3结果,确定最佳实验条件为A2B2C2,即微波功率为95 W、辐射时间为9 min、酸胺摩尔比为1∶12。在优化条件下进行3次重复验证实验,产品收率均在96.8%左右,说明本实验确定的优化条件可靠、重现性好。

  3 讨 论

  3.1 与传统加热法的比较

  以油浴为加热源,使用机械搅拌,各反应物投料量同“1.3.1”项,160 ℃加热反应8 h,产品收率仅62.0%。对比可见,微波加热较传统加热,不仅反应速率提高了50多倍,产物的收率也提高了约35%。

  3.2 与文献方法的比较

  Alexandre等[7]以2氨基4硝基苯甲酸和甲酰胺为原料,在微波功率60 W、酸胺摩尔比1∶5的条件下微波辐射40 min合成7硝基4(3H)喹唑啉酮,收率为86%。本文的结果与之相比,反应时间缩短了4倍,反应收率提高了约10%。

  3.3 反应机制探讨

  微波电介加热是利用介质的能力将电磁辐射转化为热能,从而推动反应的进行。热能的产生依赖于偶极子的性质和辐射的频率。在微波辐射频率下,分子偶极取向会随微波磁场的交变而排列,太快的微波磁场变化会导致分子排列与之不能完全同步,从而产生热能使温度升高。另外,与传统加热相比,微波辐射下极性溶剂的沸点通常会升高20~30 ℃,产生过热温度,促进反应的进行。因此,选择合适的溶剂作为反应介质是反应成功与否的关键因素之一。甲酰胺是一种高介电常数的强极性溶剂,在微波辐射频率下可迅速吸收和转化微波能量,升高温度,且其沸点较高。在本研究中以反应物甲酰胺自身作溶剂,有利于反应的进行。

  根据Niementowski反应的历程[8],结合实验推测微波促进该反应的可能作用机理(见图2):在微波磁场的作用下,受偶极偶极静电作用影响,分子的极化作用增强,羰基碳原子的电正性增加,亲电能力增强,从而使反应活性增加,速率加快。另一方面,偶极偶极静电作用对邻脒中间体的稳定作用较基态强,使反应活化能降低,活性增加。

  4 结 论

  (1)与传统加热方法相比,微波辐射大大提高了反应速率,缩短了反应时间。

  (2)通过正交实验确定了反应的最佳实验条件:微波功率 95 W,辐射时间 9 min,酸胺摩尔比1∶12,在此条件下7硝基4(3H)喹唑啉酮的反应收率可达96.8%。

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