碳酸乙烯酯法合成N_芳基_2_恶唑烷酮

847

化学试剂,2010,32(9),847~850

碳酸乙烯酯法合成N-芳基-2-唑烷酮

杨超,刘毅锋,张娟,尚卫东

(西北大学应用化学研究所,陕西西安 710069)

摘要:以纳米ZnO为催化剂,通过尿素的乙二醇醇解反应合成碳酸乙烯酯,实验表明:在常压下,尿素与干燥的乙二醇比例为1B1,150e反应8h,碳酸乙烯酯的产率为9019%。再以碳酸乙烯酯和芳胺为原料,在Na-Y分子筛和K2CO3催化

113

下,DMF为溶剂,回流反应3h,合成标题化合物,产率50%~85%,并利用元素分析、HNMR、CNMR、IR对目标化合物

*

进行了表征。

关键词:纳米氧化锌;碳酸乙烯酯;芳胺;合成;N-芳基取代

唑烷酮

中图分类号:O626.2 文献标识码:A 文章编号:0258-3283(2010)09-0847-04

20世纪80年代人们发现了杆菌具有良好的抗菌活性

[1]

唑烷酮类化合唑烷酮作为继

物对革兰氏阳性、革兰氏阴性厌氧菌及结核分枝

。

磺胺类和喹诺酮类后的第三类全合成抗菌药物,该类药物作用机制独特,与其他抗菌药无交叉耐药性

[2]

和芳胺一步成环,工艺简便,为N-芳基-2-唑烷

酮类化合物的合成提供了新途径,合成路线如左下所示。1 实验部分

111 主要仪器与试剂

XT-4显微熔点测定仪(温度计未经校正);VarioELÓ元素分析仪(德国艾乐曼公司);Equ-i

nox-55型傅里叶红外光谱仪(KBr压片,德国Bruker公司);Inova-400MHz超导核磁共振仪(CDCl,CNMR1003为溶剂,HNMR400MHzMHz,美国Varian公司);Alugramsilicagel/UV254薄层板。

实验所用试剂均为分析纯。112 实验步骤

11211 碳酸乙烯酯(1)的合成

在装有温度计、搅拌器和冷凝器的100mL干燥三口瓶中,依次加入1510g(250mmol)尿素、1515g(250mmol)乙二醇、0175g(9125mmol)催化剂,150e搅拌8h。停止加热,反应混合液冷却至室温,减压蒸出未反应的乙二醇,残留液用冰浴冷却,抽滤,得白色针状晶体,再用乙醚重结晶,得2010g碳酸乙烯酯,产率9019%。m1p13610e;元素分析,实测值(计算值),%:C401(40192);H4154(4158)。HNMR,D:4151(s,

1

1

13

,其中N-芳基-2-唑烷酮由于含有独特的

[3,4]

药学活性基团,而备受人们关注。本文设计

出了一个合成N-芳基-2-唑烷酮的简便方法,在纳米氧化锌催化下,用尿素和乙二醇作原料合成碳酸乙烯酯(Ethylenecarbonate,EC),以EC和芳胺类化合物为原料,在Na-Y分子筛和K2CO3催化下直接合成N-芳基-2-唑烷酮。该方法的优势是利用纳米氧化锌的独特催化作用,在常压下通过尿素醇解合成EC,与文献[5-8]报道的需压力在3~13kPa合成EC相比,条件温和,经济实用且得到较高的产率。在合成

唑烷酮环时,利

用Na-Y分子筛和K2CO3作为混合催化剂,使EC

R为:a.;b.Br;c.Br

OCH3;

4H)。IR,M,cm:1775,1805(CO),1163,

13

1072,973(C)O)。CNMR,D:15812,5817。

收稿日期:2009-08-13

作者简介:杨超(1983-),男,山西长治人,硕士生,研究方向为精细有机合成。

-1

d.Rc为:g.

Cl;e.CH2

;.f

NO2

N-芳基-唑烷酮的合成路线SynthesisofN-ary-2-oxazolidinone

848

化 学 试 剂2010年9月

11212 N-芳基-唑烷酮(2a~2g)的合成

在装有温度计、搅拌器、冷凝器的100mL干燥三口瓶中,依次加入(0106mol)碳酸乙烯酯、(0103mol)芳基胺、015gNa-Y分子筛,011gK2CO3和10mLDMF,氮气保护,搅拌,回流反应3h,反应用TLC跟踪监测。反应结束后,静置1h,过滤(除去催化剂),减压蒸馏除去溶剂,残留液在冰水浴中冷却结晶,抽滤,将得到的固体分别用水(10mL@2,除去残余的DMF和EC),乙醚(10mL@2,除去残余的芳胺)洗涤,乙醇重结晶,过滤,干燥,得到所需产品。

N-苯基-2-唑烷酮(2a):白色片状晶体,m1p1123~124e,产率82%。元素分析,实测值(计算值),%:C66115(66125);H5152(5156);N8154(8158)。HNMR,D:7156~7154(d,2H,J=810Hz,ArH);7138~7136(,t2H,J=410Hz,ArH);7116~7113(,t1H,J=610Hz,ArH);4150~4146(,t2H,J=810Hz,OCH2);4108~4105(,t2H,J=610Hz,CH2N)。IR,M,cm:3006(

CH),1741(C

O),1504(C)N),

13

-1

1

m1p1121~122e,产率74%。元素分析,实测值

(计算值),%:C54168(54170);H4105(4108);N7110(7109)。HNMR,D:7147~7142(,t2H,J=1010Hz,ArH);7130~7127(,t2H,J=610Hz,ArH);4153~4145(,t2H,J=1610Hz,OCH2);4111~4105(,t2H,J=1210Hz,CH2N)。IR,M,cm:3020(

13

-1

1

CH),1740(CO),1507

(C)N),1481(苯骨架),1220(C)O)。CNMR,D:15615,13715,13010,12915,12313,

14,4517。

N-间溴苯基-2-唑烷酮(2e):白色固体,m1p1183~184e,产率62%。元素分析,实测值(计算值),%:C44161(44166);H3129(3133);

1

N5183(5179)。HNMR,D:7158~7155(m,1H,ArH);7145~7144(d,1H,J=410Hz,ArH);7127(s,1H,ArH);7113~7111(d,1H,J=810Hz,ArH);4151~4142(,t2H,J=1810Hz,OCH2);4102~3198(,t2H,J=810Hz,CH2N)。IR,M,cm:3021(

-1

CH),1735(CO),1507

13

(C)N),1482(苯骨架),1228(C)O)。CNMR,D:15612,14115,13114,12718,12413,12110,13,4518。

N-对硝基苯基-2-唑烷酮(2f):黄色固体,

1478(苯骨架),1221(C)O)。CNMR,D:15612,

14012,12910,12514,12216,10,4519。

N-对溴苯基-2-唑烷酮(2b):白色针状晶体,m1p1142e,产率78%。元素分析,实测值(计算值),%:C44165(44166);H3135(3133);N5180(5179)。HNMR,D:7155~7149(,t2H,J=1210Hz,ArH);7126~7122(,t2H,J=810Hz,ArH);4155~4147(,t2H,J=1610Hz,OCH2);4109~4102(,t2H,J=1410Hz,CH2N)。IR,M,cm:3024(CH),1738(CO),1508

13

(C)N),1479(苯骨架),1224(C)O)。CNMR,D:15613,14911,13112,12318,11817,12,4517。

N-对甲氧苯基-2-唑烷酮(2c):白灰色固体,m1p1>300e,产率50%。元素分析,实测值(计算值),%:C62114(62117);H5172(5174);

1

N7126(7125)。HNMR,D:7145~7142(,t2H,J=610Hz,ArH);7125~7120(,t2H,J=1010Hz,ArH);4157~4149(,t2H,J=1610Hz,OCH2);4110~4103(,t2H,J=1410Hz,CH2N);3176(s,3H,OCH3)。IR,M,cm:3015(

-1

-1

1

m1p1144~146e,产率80%。元素分析,实测值

(计算值),%:C51193(51193);H3185(3187);N13143(13146)。HNMR,D:7190~7181(,t2H,J=1810Hz,ArH);7150~7146(,t2H,J=810Hz,ArH);4156~4148(,t2H,J=1610Hz,OCH2);4112~4108(,t2H,J=810Hz,CH2N)。IR,M,cm:3050(

13

-1

1

CH),1741(CO),1525,1306

(NO2),1504(C)N),1478(苯骨架),1221(C)O)。CNMR,D:15614,14518,14413,12310,12214,14,4517。

4,4c-二唑烷酮基-二苯基甲烷(2g):黄色固体,m1p1200~202e,产率85%。元素分析,实测值(计算值),%:C67132(67144);H5135

1

(5136);N8128(8128)。HNMR,D:7150~7141(,t2H,J=1810Hz,ArH);7123~7116(,t2H,J=1410Hz,ArH);4148~4144(,t2H,J=810Hz,OCH2);4104~4100(,t2H,J=810Hz,CH2N);3193(s,2H,CH2)。IR,M,cm:3013(CH),1729(CO),1514(C)N)1480(苯骨架),1223(C)O)。CNMR,D:15615,13715,13615,12818,12217,15,4617,4518。

13

-1

CH),1743

(CO),1506(C)N),1476(苯骨架),1221

13

(C)O),1153(C)O)C)。CNMR,D:15711,15612,13115,12218,11515,11,5610,4519。

N-对氯苯基-2-唑烷酮(2d):黄色固体,

第32卷第9期杨超等:碳酸乙烯酯法合成N-芳基-2-唑烷酮

849

2 结果与讨论

211 碳酸乙烯酯合成条件的选择

由表1可见氧化锌、醋酸锌、锌、硫酸锌、氯化锌对EC的合成都有一定的催化活性,其中氧化锌的催化活性最高,这可能与形成锌盐的负离子有关,这些锌盐催化剂酸碱性的差异可能是导致EC产率有所不同的原因。对不同的金属氧化物作为催化剂进行比较分析,可以看出氧化锌仍具有较高的催化活性。氧化锆、氧化铝的催化活性最小,氧化镁的活性仅次于氧化锌,表明酸性较强的氧化物不利于提高EC的产率。

表1 催化剂选择的实验结果

Tab11 Theexperimentalresultsofselectionofcatalysts

conversionandyield

催化剂EC产率/%催化剂EC产率/%

纳米ZnO9019ZnCl24610

ZnO7418ZnSO44210

MgO6913Zn(NO3)2

5518Al2O32115

Zn(OAc)2

5810ZrO22911

成副产物氨基甲酸乙二醇酯,造成EC产量降低。

以纳米ZnO为催化剂进行三因素四水平的S3正交试验,筛选反应的最佳条件。本正交试验以EC产率为目标参数,考察反应温度、时间、配料比对产率的影响,结果表明:在给定的因素水平范围内,各因素对反应影响大小顺序为:温度>时间>配料比,配料比对反应的影响最小,其最佳反应条件是反应温度150e,反应时间8h,配料比为1B1。结果如图1所示。

212 N-芳基-2-唑烷酮的合成

分别采用二甲基亚砜、甲苯和DMF作溶剂进行试验,发现DMF为最佳溶剂,得到较高的产率。当仅以Na-Y分子筛单独为催化剂时,反应产物主要为B-氨基乙醇,当以K2CO3为催化剂时也并不能得到最终产品,所以只有两种催化剂同时参与反应时才能生成N-芳基-2-唑烷酮类化合物。在反应中所使用的催化剂Na-Y分子筛因其具有高度有序的介孔结构,超高的比表面积而被用作转移催化剂的载体和吸附材料,所以在本实验中介孔分子筛一定的孔容和孔径使得分子筛在择形催化中具有一定的选择性,有利于反应物向反应的活性位扩散和反应产物的分离,得到较高的产率。N-芳基-2-唑烷酮也可以通过生成中间体

[9,10]

B-氨基乙醇,再与EC反应生成产物,但反应时间较长,且后处理复杂,所以本文以EC和芳胺为原料一步直接生成产物,反应时间短,操作简便。

3 结论

本文以廉价的尿素为原料合成碳酸乙烯酯,并探索了一条合成N-芳基-2-唑烷酮类化合物更为理想的方法,路线简便,条件温和,产率较高。该方法基于此类化合物的独特药学活性,而具有十分重要的应用价值。参考文献:

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4

在相同的条件下,纳米ZnO催化的EG的转化率和EC的产率均比普通的ZnO高。金属氧化物的催化反应可能是通过催化剂的化学吸附完成

的,当吸附物氧化锌与自由态的NH3共存时,形成饱和平衡吸附,使气体不断逸出,从而促进反应的不断进行。以ZnO为载体负载型纳米金属催化剂与普通的ZnO相比,微粒的粒径小得多,表面积大大增加以致吸附能力增强,提高了反应速度和反应效率。结果表明纳米ZnO具有最大的催化活性。

乙二醇干燥与否是提高反应产率的一个关键步骤。因为乙二醇吸湿性很强,未干燥的乙二醇含有较多的水分,一方面尿素醇解的中间产物为异氰酸酯,而异氰酸酯极易水解,分解成二氧化碳和氨气;另外,大量的水也可使EC迅速氨解,生

11反应温度;21反应时间;31配料比

[2]肖永红.Linezolid,第一个应用于临床的唑啉酮抗

图1 反应温度、时间和配料比对产率的影响Fig.1

Influenceoftemperature,timeandratioofstartingmaterialontheyield

菌药[J].国外医药抗生素分册,2001,22(6):279.[3]MALLESHAMB,RAJESHBM,REDDYPR.Highlye-f

ficientCuI-catalyzedcouplingofarylbromideswithox-

850

化 学 试 剂2010年9月

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[10]SHIVARKARAB,GUPTESP,CHAUDHARIRV.

SynthesisofN-ary-l2-oxazolidinonederivativesfrometh-ylenecarbonateYANGChao,LIUYi-feng*,ZHANGJuan,SHANGWei-dong(AppliedChemicalInstitute,NorthwestUniversity,Xican710069,China),HuaxueShij,i2010,32(9),847~850

Abstract:Ethylenecarbonate(EC)wassynthesizedviathealcoholysisreactionofureawithethyleneglycolinthepres-enceofnanoZnOcatalysts.Itwasdemonstratedthat9019%ofECyieldcouldbereachedat150eduringalcoholysisofureawithEGfor8hoursunderatmosphericpressure,withthemostappropriatemoleratioofurea/EGequatingto110.UsingNa-YzeoliteandK2CO3asthecatalysts,N-ary-l2-oxazolid-inonederivativesweresynthesizedbythereactionofarylamineandethylenecarbonateinDMFunderrefluxingfor3htoachieveaproductyieldof50%~85%.Thestructuresoftargetcompoundswereidentifiedbyelementalanaly-113

sis,HNMR,CNMRandIRspectroscopies.Keywords:nanocrystallinezincoxide;ethylenecarbonate;arylamine;synthesis;N-ary-l2-oxazolidinone

(上接第826页)

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Synthesisofanewreagent5-(5-iodine-2-pyridylazo)-2,4-diaminotolueneanditscolorreactionwithcobaltHANQuan*

1,2

,HUOYan-yan2,ZHANGYa-li1,YANGXiao-

hui1,TIANLi2(1.DepartmentofChemistry,XicanUniversityofArtsandScience,Xican710065,China;2.CollegeofChemistryandChemicalEngineering,YancanUniversity,Yancan716000,China),HuaxueShij,i2010,32(9),824~826;850

Abstract:5-(5-Iodine-2-pyridylazo)-2,4-diaminotoluene(5--PADAT)asanewchromogenicreagentwassynthesizedandI

itscolorreactionwithcobaltwasalsoinvestigated.InapHrangeof316~1010,5-I-PADATreactedwithCo(Ò)toformastablecomplexexhibitingtwoabsorptionpeaksat521nmand57115nm,respectively.Inamediumcontaining016~310mol/LHClO4,thecomplexcouldbetransformedintoan-otherspecies,andthetwoabsorptionpeaksshiftedto532nmand580nm,respectively.Theapparentmolarabsorptivitywas1124@105L#mol-1#cm-1at580nm.TheBeercslawwasobeyedintherangeof0~400Lg/L.Thismethodhashighsensitivityandselectivity.IthasbeensuccessfullyappliedtothedeterminationoftracecobaltinVB12ampouleandorewithsatisfactoryresults.

Keywords:5-(5-2-pyridylazo)-2,4-diaminobenzene;cobalt;spectrophotometry