一种绿色催化制备吡喃并[4，3-b]吡喃衍生物的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于离子液体催化技术领域，具体涉及一种绿色催化制备吡喃[4, 3-b]吡 喃衍生物的方法。
【背景技术】
[0002] 吡喃并吡喃衍生物是一类结构独特的化合物，它们中的许多衍生物是艾滋病蛋白 酶的抑制剂，具有抗衰老、抗细胞毒素活性和抑制癌细胞等性质。此类化合物通常通过芳香 醛、丙二腈和4-羟基-6-甲基-2-吡喃酮的三组分一锅法反应进行合成，但采用传统的酸 催化剂普遍存在反应时间长、产率不够高、难以实现回收、环境污染严重等缺点。因此，开发 一种绿色、高效、方便快捷地制备吡喃[4, 3-b]吡喃衍生物的方法成为许多有机合成工作 者普遍关注的问题。
[0003] 离子液体是指在室温或近于室温下呈液态的盐类。由于其具有不挥发、较宽的液 相范围以及较好的化学稳定性而被作为绿色溶剂运用到有机合成反应中，而作为功能化 离子液体中的酸性离子液体，特别是布朗斯特酸性离子液体由于具有绿色无污染、有机和 无机化合物溶解性好、酸性位点分布均匀、产物易于进行分离及可循环使用等优点而被应 用到吡喃[4,3_b]吡喃衍生物的制备过程中。比如NaderGhaffariKhaligh以含有双 HS04的酸性离子液体双硫酸氢化1，1z- 丁基双（3-甲基-3H)咪唑鑰盐作为催化剂，无溶 剂条件下高效地催化芳香醛、丙二腈和4-羟基-6-甲基-2-吡喃酮"一锅法"制备出一系 列吡喃[4, 3-b]吡喃衍生物，该方法具有反应条件温和、反应时间较短和产率较高的优点， 其中催化剂在经过除水后可以循环使用5次，其催化效率未有明显降低（1，1z-Butyleneb is(3-methyl-3H-imidazol-l-ium)dihydrogensulfateasahalogen-freeandreusable binuclearBrtostedionicliquidcatalyzedthesynthesisofpyrano[4,3_b]pyran derivatives[J],MonatsheftefilrChemie/ChemicalMonthly，2014,145 :1643 ~1648)〇
[0004] 上述方法所采用的酸性离子液体的结构母体是难生物降解的咪唑结构，制备价格 较高，这与绿色化工的政策是相违背的。此外，上述酸性离子液体的酸度仍然比较低，导致 在使用时其使用量较大。最后，虽然上述制备方法中采用的是无溶剂合成，但是后处理过程 中为了将产物和咪唑基酸性离子液体催化剂进行分离，进行加水操作，且在酸性离子液体 循环使用前进行了蒸除水的处理，导致生产过程中耗能比较大，原料利用率低，不适宜工业 化大规模应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中利用离子液体催化制备吡喃[4, 3-b]吡喃衍 生物过程中存在离子液体不易生物降解，使用量较大，原料利用率低、后处理复杂等缺点， 而提供一种易生物降解、催化剂活性较好、原子经济性高、后处理简单方便的双磺酸根离子 液体作为绿色催化剂，水作溶剂条件下催化制备吡喃[4, 3-b]吡喃衍生物的方法。
[0006] 本发明所使用的双磺酸根离子液体催化剂的结构式为：
[0007]
[0008] 本发明所提供的一种绿色催化制备吡喃[4, 3-b]吡喃衍生物的方法，其化学反应 式为：
[0009]
[0010] 其中反应中芳香醛（1)、4_羟基-6-甲基-2-吡喃酮（II)和丙二腈（III)的摩尔 比为1 :1 :1，双磺酸根离子液体催化剂的摩尔量是所用芳香醛的3~5%，反应溶剂水以毫 升计的体积量为芳香醛以毫摩尔计的摩尔量的5~8倍，反应压力为一个大气压，反应温度 为60~80 °C，反应时间为15~40min，反应结束后冷却至室温，有大量固体析出，碾碎固 体，静置，抽滤，所得滤渣干燥后用乙醇重结晶后得到纯吡喃[4, 3-b]吡喃衍生物（IV)。滤 液无需任何处理直接用于下一次反应，可以重复使用至少6次，其催化活性未有明显降低。
[0011] 本发明所用的芳香醛为苯甲醛、对氯苯甲醛、对甲基苯甲醛、对硝基苯甲醛、对溴 苯甲醛、对羟基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、邻溴苯甲醛、间硝基苯甲醛、邻氯苯甲醛中的任一 种。
[0012] 本发明所使用的酸性离子液体催化剂的合成方法，参考相关材料（Aconvenient approachforthesynthesisof1，3,5-trioxanesundersolvent-freeconditionsat roomtemperature，MonatshefteflirChemieChemicalMonthly，2014,145 (6) : 1017 ~ 1022)〇
[0013] 本发明与其它酸性离子液体作催化剂的合成方法相比，具有以下优点：
[0014] 1、含有两个_S03H的酸性离子液体的酸度高，催化活性高，使用量较少；
[0015] 2、反应原料利用率高，原子经济性较好；
[0016] 3、使用绿色溶剂水作为反应溶剂；
[0017] 4、催化剂易于生物降解，对人和环境友好；
[0018] 5、整个制备过程后处理简单，便于工业化大规模生产。
【具体实施方式】
[0019] 本发明的实质特点和显著效果可以从下述的实施例中得以体现，但它们并不对本 发明作任何限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，均 属于本发明的保护范围。下面通过【具体实施方式】对本发明作进一步的说明，其中实施例中 反应产物的测试表征使用的是德国Bruker公司的型号为AVANCE-II300MHz的核磁共振 仪；红外光谱测试表征采用的是德国Bruker公司的型号为Brukertensor37FT-IR红外光 谱仪，KBr压片；反应产物的熔点采用毛细管法测定。
[0020] 实施例1
[0021] 将lmmol苯甲酸、lmmol丙二臆、lmmol4-羟基-6-甲基-2-P比喃酮和0. 04mmol 双磺酸根离子液体分别加入到盛有5ml水的带有搅拌子和冷凝管的25ml单口瓶中。加热 到65°C，反应27min，TLC(薄板层析）检测，原料点消失，冷却至室温，有大量固体析出，碾碎 固体，静置，抽滤，所得滤渣干燥后用乙醇重结晶后得到纯2-氨基-7-甲基-4-苯基-5-氧 代-4H，5H-吡喃并[4,3-b]吡喃-3-腈，收率为96%。滤液中直接加入苯甲醛、丙二腈和 4-羟基-6-甲基-2-吡喃酮后进行重复使用。
[0022] 2-氨基-7-甲基-4-苯基-5-氧代-4H，5H-吡喃并[4, 3-b]吡喃-3-腈： m.p.236 ~238 °C;IR(KBr) 匪R(300MHz， CDC13) :S= 2. 27 (s，3H，CH3)，4. 45 (s，1H，CH)，4. 58 (s，2H，NH2)，5. 92 (s，1H，CH)，7. 20 ~ 7. 31(m，5H，ArH)
[0023] 实施例2
[0024] 将lmmol对氯苯甲醛、lmmol丙二腈、lmmol4-羟基-6-甲基-2-R比喃酮和 0. 05mmol双磺酸根离子液体分别加入到盛有8ml水的带有搅拌子和冷凝管的25ml单口 瓶中。加热到70°C，反应32min，TLC(薄板层析）检测，原料点消失，冷却至室温，有大量 固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣干燥后用乙醇重结晶后得到纯2-氨基-7-甲 基-4-(4-氯苯基）-5-氧代-4H，5H-吡喃并[4, 3-b]吡喃-3-腈，收率为90 %。滤液中直 接加入对氯苯甲醛、丙二腈和4-羟基-6-甲基-2-吡喃酮后进行重复使用。
[0025] 2-氨基-7-甲基-4-(4-氯苯基）-5-氧代-4H，5H-吡喃并[4, 3-b]吡喃-3-腈： m.p. 231 ~232°C;IR(KBr) :3409, 3325, 3084, 2189,1701cmS'HNMR(300MHz，CDC13):S =2. 26 (s，3H，CH3)，4. 46 (s，1H，CH)，4. 57 (s，2H，NH2)，5. 89 (s，1H，CH)，6. 82 ~6. 91 (m，4H， ArH)
[0026] 实施例3
[0027] 将lmmol对硝基苯甲醛、lmmol丙二腈、lmmol4-羟基-6-甲基-2-P比喃酮和 0. 03mmol双磺酸根离子液体分别加入到盛有8ml水的带有搅拌子和冷凝管的25ml单口 瓶中。加热到60°C，反应17min，TLC(薄板层析）检测，原料点消失，冷却至室温，有大量 固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣干燥后用乙醇重结晶后得到纯2-氨基-7-甲 基-4-(4-硝基苯基）-5-氧代-4H，5H-吡喃并[4, 3-b]吡喃-3-腈，收率为92 %。滤液中 直接加入对硝基苯甲醛、丙二腈和4-羟基-6-甲基-2-吡喃酮后进行重复使用。