专利名称：可生物降解的离子液体催化3,4-二氢嘧啶-2-酮的合成的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可生物降解的酸性功能离子液体在水相中催化合成3，4- 二氢 嘧啶-2-酮类化合物的新方法，属于化学材料制备技术领域。本方法适用于以芳香醛、 1，3-二羰基化合物、脲素为原料，合成3，4-二氢嘧啶-2-酮类化合物的场合。
二
背景技术：
近年来的研究发现3，4- 二氢嘧啶-2-酮(硫酮)类化合物(DHPMs)具有广泛 的生理活性，许多3，4-二氢嘧啶-2-酮类化合物具有抗病毒、抗菌、抗肿瘤、Cila-肾上 腺素拮抗、Y(NPY)拮抗等生理活性，是重要的药物中间体。一些含有二氢嘧啶母体核 的海洋生物碱具有令人感兴趣的生理活性，如生物碱batzelladine对杀灭HIVgp-120_CD4 病毒有效果。部分结构简单的DHPMs如Monastrol和(R) -SQ 32，926被认为是极具前 景的抗癌药物之一。基于DHPMs独特的生理活性，有关此类化合物的研究近年来又掀起了新的热 潮。研究人员不断努力尝试了很多方法来改进这个合成路线，目前文献所报道的较新的 技术包括催化合成法、固相合成法、外加能场等方法。这些方法存在下列1项或1项以 上的缺点催化剂的制备过程复杂；设备腐蚀严重；操作工艺复杂；只能适于实验室或 小规模操作，不具备大规模工业化应用等。离子液体是指在室温范围内(一般为100°C下)呈现液态的完全由离子构成的物 质体系。一般由有机阳离子和无机阴离子、有机阴离子组成，其性能主要由组成的阳离 子和阴离子共同决定，可以采用分子设计，对其进行调整。离子液体的Lewis酸碱性和 Bransted酸性可以根据需要进行调节，因此，离子液体也被成为“可以设计的溶剂”。 近年来，离子液体在有机合成中的应用十分活跃，其中作为催化剂在DHPMs中的应用也 有报道，如Zheng等(Zheng R W, Wang X X, Xu H, Du J X. Bronsted acidic ionic liquid An efficient and reusable catalyst for the synthesis of 3, 4-dihydropyrimidin-2 (IH) -one[J], Synth Commun.2006, 36(11) 1503-1513)报道了 3-羧甲基-1-甲基咪唑硫酸氢盐催化 合成 DHPMs 的方法。 Shaabani 等(Shaabani A, Rahmati A.Ionic liquid promoted efficient synthesis of 3，4-dihydropyrimidine-2-(IH) -ones[J],Catal Lett.2005, 100(3-4) 177-179) 以四甲基胍三氟乙酸盐离子液体为催化剂合成DHPMs，在100°C下反应5 50min，产 率为 80 95%。 Peng 等(Peng J, Deng Y.Ionic liquids catalyzed Biginelli reaction under solvent-free conditionslJ].Tetrahedron Lett.2001，42(34) 5917-5919)则使用中性的 1_ 丁 基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或六氟磷酸盐作为反应的催化剂，反应在30min左右完成，产 率77 99%。由于咪唑型离子液体成本昂贵，不利于大规模推广应用。此外，一系列的研究 表明(Garcia M T, Gathergood N，Scammells P J.Biodegradable ionic liquids Part II.Effect of the anion and toxicology[J].Green Chem.2005, 7 9-14)，常规的如咪唑、吡啶类的离子液
体可降解性很差，不易通过目前使用最广泛的生物处理工艺或生物自净作用降解。
3三
发明内容
本发明的目的在于提供一种以水作反应介质替代有机溶剂、催化剂与产品易分 离、产品纯度高、作催化剂的离子液体可生物降解的合成3，4-二氢嘧啶-2-酮类化合物 的方法。实现本发明目的的技术解决方案为可生物降解的离子液体催化3，4- 二氢嘧 啶-2-酮的合成方法，即以芳香醛、1，3-二羰基化合物、脲素为原料，离子液体为催化 剂，水为反应介质，在常压下加热回流实现DHPMs合成反应。本发明所用的离子液体催化剂结构如下
CH3
I Θ
C12H25-N^^^/SOaH HSO4
CH3活性污泥法实验结果表明，含有该离子液体催化剂的废水容易进行生化反应， 说明该离子液体可以生物降解。本发明所用物料的摩尔比为芳香醛1，3-二羰基化合物脲素=1 1 1 2，催化剂用量为芳香醛摩尔数的1 10%，水的用量为物料总质量的50 80%，所述 的物料、离子液体与水按照比例一次性投料混合搅拌。本发明所述反应的温度为80 100°C。本发明所述反应的时间为10 60分钟。本发明所述DHPMs合成反应完毕后形成固-液两相体系，过滤得到固体粗产 物，将粗产物用水洗涤后用乙醇重结晶得到纯DHPMs产品。过滤的水相中含有离子液体 催化剂及过量的尿素，可不经处理重复使用，按芳香醛1，3-二羰基化合物脲素= 1:1:1的比例投料进行下一批合成反应。本发明所依据的化学反应原理如下
0 0O
Il IlIl离子液体
R1CHO + XA + 人-^
R2 ^^ R3 H2N NH2其中R1为芳香基团；R2为甲基、苯基；R3为甲基、甲氧基、乙氧基。依据本发明提供的合成柠檬酸三丁酯的方法，其技术关键是采用可生物降解的 季铵阳离子结构的离子液体催化原料芳香醛、1，3-二羰基化合物、脲素进行反应得到 3，4-二氢嘧啶-2-酮类化合物。本发明与现有技术相比，其优点为(1)采用季铵阳离 子结构的离子液体，原料来源广泛，制备方便；活性高、用量少；对水稳定，催化剂不 失活，可循环使用；(2)离子液体可以生物降解，环境友好；(3)采用水相反应方法，避 免了使用有机溶剂对环境造成污染，且后处理方便；(4)反应条件较温和、反应时间较 短，产品收率82 94%。是一种高效、环境友好的合成3，4-二氢嘧啶-2-酮类化合物的方法，有利于大规模工业化生产。
四
具体实施例方式实施例1在IOOmL圆底烧瓶中，依次加入50mmol(5.3g)苯甲醛，50mmol(6.5g)乙酰乙 酸乙酯，60mmol(3.6g)尿素、lmmol (0.43g)的催化剂、30mL水，于90°C下混合搅拌30 分钟，冷却后过滤并用冷水洗涤，乙醇重结晶得到4-苯基-5-乙氧基羰基-6-甲基-3， 4- 二氢嘧啶-2-酮的纯品，产率94%。实施例2在IOOmL圆底烧瓶中，依次加入50mmol(5.3g)苯甲醛，50mmol(5.8g)乙酰乙 酸甲酯，60mmol(3.6g)尿素、lmmol (0.43g)的催化剂、25mL水，于90°C下混合搅拌30 分钟，冷却后过滤并用冷水洗涤，乙醇重结晶得到4-苯基-5-甲氧基羰基-6-甲基-3， 4-二氢嘧啶-2-酮的纯品，产率91%。实施例3在IOOmL圆底烧瓶中，依次加入50mmol(5.3g)苯甲醛，50mmol(5.0g)乙酰丙 酮，90mmol(5.4g)尿素、lmmol (0.43g)的催化剂、50mL水，于100°C下混合搅拌20分 钟，冷却后过滤并用冷水洗涤，乙醇重结晶得到4-苯基-5-乙酰基-6-甲基-3，4-二氢 嘧啶-2-酮的纯品，产率87 %。实施例4在IOOmL圆底烧瓶中，依次加入50mmol(6.76g)茴香醛，50mmol(6.5g)乙酰 乙酸乙酯，60mmol(3.6g)尿素、lmmol(0.43g)的催化剂、30mL水，于90°C下混合搅 拌30分钟，冷却后过滤并用冷水洗涤，乙醇重结晶得到4-对甲氧基苯基-5-乙氧基羰 基-6-甲基-3，4-二氢嘧啶-2-酮的纯品，产率90%。实施例5在IOOmL圆底烧瓶中，依次加入50mmol(7.56g)对硝基苯甲醛，50mmol(6.5g) 乙酰乙酸乙酯，75mmol(4.5g)尿素、2mmol(0.86g)的催化剂、40mL水，于100°C下混 合搅拌60分钟，冷却后过滤并用冷水洗涤，乙醇重结晶得到4-对硝基苯基-5-乙氧基羰 基-6-甲基-3，4-二氢嘧啶-2-酮的纯品，产率85%。实施例6在IOOmL圆底烧瓶中，依次加入50mmol (8.31g) 3，4_ 二甲氧基苯甲醛， 50mmol(6.5g)乙酰乙酸乙酯，75mmol(4.5g)尿素、5mmol(2.16g)的催化剂、40mL 水， 于100°C下混合搅拌60分钟，冷却后过滤并用冷水洗涤，乙醇重结晶得到4-(3，4-二甲 氧基)苯基-5-乙氧基羰基-6-甲基-3，4-二氢嘧啶-2-酮的纯品，产率82%。实施例7在IOOmL圆底烧瓶中，依次加入50mmol (5.3g)苯甲醛，50mmol (8.1g)苯甲酰丙 酮，70mmol(4.2g)尿素、4mmol(1.72g)的催化剂、30mL水，于100°C下混合搅拌50分 钟，冷却后过滤并用冷水洗涤，乙醇重结晶得到4-苯基-5-乙酰基-6-苯基-3，4-二氢 嘧啶-2-酮的纯品，产率84 %。实施例8
在IOOmL圆底烧瓶中，依次加入50mmol(5.3g)水杨醛，50mmol(5.0g)乙酰丙 酮，70mmol(4.2g)尿素、4mmol(1.72g)的催化剂、40mL水，于100°C下混合搅拌50分 钟，冷却后过滤并用冷水洗涤，乙醇重结晶得到4-邻羟苯基-5-乙酰基-6-甲基-3， 4- 二氢嘧啶-2-酮的纯品，产率86%。附图
是可生物降解的离子液体催化3，4- 二氢嘧啶-2-酮的合成工艺流程图。
权利要求
1.一种可生物降解的离子液体催化3，4-二氢嘧啶-2-酮的合成方法，其特征在于 以可生物降解的离子液体为催化剂，芳香醛、1，3-二羰基化合物、脲素为原料，水为反 应介质，在常压下加热回流实现3，4-二氢嘧啶-2-酮合成反应。
2.根据权利要求1所述的一种可生物降解的离子液体催化3，4-二氢嘧啶-2-酮的合成方法，其特征在于作为催化剂的离子液体具有如下结构CH3I ΘC12H25-N^^^^SOsH HSO4CH3
3.根据权利要求1所述的一种可生物降解的离子液体催化3，4-二氢嘧啶-2-酮的 合成方法，其特征在于所用物料的摩尔比为芳香醛1，3-二羰基化合物脲素= 1 1 1 2，催化剂用量为芳香醛摩尔数的1 10%，水的用量为物料总质量的50 80%,所述的物料、离子液体与水按照比例一次性投料混合搅拌。
4.根据权利要求1所述的一种可生物降解的离子液体催化3，4-二氢嘧啶-2-酮的合 成方法，其特征在于反应的温度为80 100°C。
5.根据权利要求1所述的一种可生物降解的离子液体催化3，4-二氢嘧啶-2-酮的合 成方法，其特征在于反应的时间为10 60分钟。
6.根据权利要求1所述的一种可生物降解的离子液体催化3，4-二氢嘧啶-2-酮的合 成方法，其特征在于反应完毕后形成固-液两相体系，过滤得到固体粗产物，将粗产 物用水洗涤后用乙醇重结晶得到纯DHPMs产品。过滤的水相中含有离子液体催化剂及 过量的尿素，可不经处理重复使用，按芳香醛1，3-二羰基化合物脲素=1 1 1 的比例投料进行下一批合成反应。
全文摘要
本发明公开了一种可生物降解的离子液体催化3，4-二氢嘧啶-2-酮的合成方法。所用催化剂是可生物降解的季铵阳离子结构的离子液体，原料为芳香醛、1，3-二羰基化合物、脲素，水为反应介质，在催化剂作用下进行合成反应得到3，4-二氢嘧啶-2-酮类化合物。本发明与现有技术相比，其优点为(1)采用季铵阳离子结构的离子液体，原料来源广泛，制备方便；活性高、用量少；对水稳定，催化剂不失活，可循环使用；(2)离子液体可以生物降解，环境友好；(3)采用水相反应方法，避免了使用有机溶剂对环境造成污染，且后处理方便；(4)反应条件较温和、反应时间较短，产品收率82～94％。是一种高效、环境友好的合成3，4-二氢嘧啶-2-酮类化合物的方法，有利于大规模工业化生产。
文档编号C07D239/22GK102010374SQ20091003472
公开日2011年4月13日 申请日期2009年9月8日 优先权日2009年9月8日
发明者吴林, 唐伯平, 季宝华, 张代臻, 张华彬, 方东, 杨波, 焦昌梅 申请人:盐城师范学院