本文格式為Word版，下載可任意編輯——查爾酮的合成安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）

引言

二苯基丙烯酮，又叫查耳酮，是合成黃酮類化合物的重要中間體，其廣泛的存在于自然界中，在大量文獻中都有過從自然產(chǎn)物中分開提取查爾酮的報道。

它對植物抗?fàn)幖膊?、寄生蟲等起重要作用。其本身也有重要的藥理作用。由于其分子結(jié)構(gòu)具有較大的柔性,能與不同的受體結(jié)合,因此具有廣泛的生物活性。由于其顯著的生物藥理活性及獨特的可塑性結(jié)構(gòu),近年來引起了化學(xué)工的研究興趣。如：LaliberteR.報道了查耳酮的抗蟯蟲作用；程桂芳，何克勤等在1996年報道了查爾酮的抗過敏性作用,表現(xiàn)了多種藥理作用。DEVINCENZOR等在2000年發(fā)現(xiàn)了類黃酮化合物中的查爾酮,具有化學(xué)預(yù)防和抗腫瘤活性。同時，它還可作為抗生素、抗瘧疾的藥物成分。因此，查耳酮化合物在醫(yī)藥化學(xué)方面有廣泛的用途。

具有C=C-C=O結(jié)構(gòu)的查耳酮化合物，和兩端的苯環(huán)形成一個大的π鍵。當(dāng)受到光波的照射后，電子在一定方向上發(fā)生移動，產(chǎn)生超極化效應(yīng)；此時的π電子趨于離域，往往表現(xiàn)出較大的非線性光學(xué)效應(yīng)。因而，這一類的化合物在非線性光學(xué)材料方面具有廣泛的應(yīng)用前景。同時，查耳酮化合物還可以作為聚合物的支鏈，在液晶領(lǐng)域也有廣泛的用途。除此之外查爾酮還是一種重要的有機合成中間體,可用于香料和藥物等精細化學(xué)品的合成。

合成查爾酮的方法好多,經(jīng)典的合成方法是使用強堿如醇鈉或者強酸在無水乙醇中催化苯乙酮和苯甲醛的羥醛縮合,合成路線為:

[1][2,3]

[4]

[5]

[6-11]

[12,13]

[14]

OCH3ROCHOH+orOH-R

Scheme1

該反應(yīng)體系對設(shè)備腐蝕較大,產(chǎn)物不易分開且污染嚴(yán)重，且副反應(yīng)多,產(chǎn)率較低,產(chǎn)率在10%～70%。

近年來也有報道采用金屬有機化合物、NaOH和1.2丁基2.3.2甲基六氟磷酸咪唑鹽、KF2Al2O3等作為堿性催化劑在溶液中合成查爾酮,但催化劑制備較困難,價格比較昂貴,反應(yīng)時間較長,且產(chǎn)率不高。隨著各種催化劑的不斷發(fā)現(xiàn)及對反應(yīng)條件的大量摸索,查爾酮的合成方法已趨向于多樣化。其代表性的合成方法有：1.溶液合成

2023年董秋靜等報道：以苯甲醛和苯乙酮衍生物為原料,在氫氧化鈉乙醇水溶液中,室溫下制備了一系列的查爾酮衍生物。方法簡單,操作簡單,后處理便利,收率在60%～90%之間,特別適合于羥基查爾酮的合成。合成路線為：

[15]

[16]

COCH3CHONaOH/CH3CH2OH室溫OR1R1R2R2

Scheme2

2.微波合成

自從Gedye等1986年將微波輻射用于有機合成反應(yīng)以來,微波技術(shù)在有機合成中已得到了廣泛的應(yīng)用。

[17]

[18,19]

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彭志威：查爾酮及其邁克爾加成產(chǎn)物的合成與光譜學(xué)性質(zhì)研究

2023年朱鳳霞等報道了用NaOH作催化劑、無水乙醇作溶劑,在微波輻射條件下使乙酰基二茂鐵與芳醛發(fā)生縮合反應(yīng)以制備9個二茂鐵基查爾酮衍生物。反應(yīng)時間只需0.5～4min,產(chǎn)率61%～84%之間,操作簡便。

2023年徐洲等報道了用2-羥基苯乙酮與取代苯甲醛在20%NaOH水溶液中,在四丁基溴化銨(TB2AB)存在下,微波輻射3～7min,合成了13種羥基查爾酮及其衍生物,收率良好,在57%～85%之間。反應(yīng)路線為：

[20]

[21]

OCHOKF-Al2O3ONO2微波RNO2R

Scheme4

2023年劉興利等報道了以硝基苯乙酮和取代苯甲醛為原料,在微波輻射無溶劑條件下,以理想的產(chǎn)率得到9個查爾酮。操作簡單、反應(yīng)速度快、產(chǎn)率高,是一種合成查爾酮的好方法。合成路線為：

[22]

OHOCHO20%NaOH/TBTA微波3-7minROHOR

Scheme5

微波干法與一般溶劑反應(yīng)方法比較具有的優(yōu)勢是:(1)不受溶劑活性因素的影響,可有效減少副反應(yīng);(2)不受溶劑沸點、揮發(fā)性等因素影響,反應(yīng)可在較寬的溫度范圍內(nèi)進行；(3)反應(yīng)速度增大1337～4114倍,大大地縮短了反應(yīng)時間；(4)目標(biāo)物的產(chǎn)率得到較大的提高。微波干法反應(yīng)的產(chǎn)率在90%～98%之間,而一般溶劑反應(yīng)的產(chǎn)率在57%～82%之間。因此微波干反應(yīng)法是合成查爾酮的一種對環(huán)境友好、簡便、高效、實用的好方法。3.相轉(zhuǎn)移催化劑合成

2023年蔣新宇等報道了以聚乙二醇(PEG)為相轉(zhuǎn)移催化劑進行了苯甲醛與苯乙酮的克萊森·施密特縮合反應(yīng),在較優(yōu)化的合成條件下,查耳酮產(chǎn)率可達80%。4.綠色合成

2023年段宏昌等報道了以苯甲醛衍生物和苯乙酮為原料,弱堿碳酸鉀為催化劑,用十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)作相轉(zhuǎn)移催化劑,以水作溶劑于回流條件下反應(yīng)6h,產(chǎn)率高達90%。工藝具有反應(yīng)條件溫柔、化學(xué)選擇性強、不用惰性氣體保護、產(chǎn)物易分開、合成方法簡單等優(yōu)點。合成路線為：

[23][24]

OCHO催化劑加熱回流ROH2OR

Scheme6

2023年吳浩等報道了以離子液體1,3-二丁基-2-甲基四氟硼酸咪唑鹽([dbmim]BF4)為反應(yīng)溶劑,以水滑石作催化劑的綠色無污染合成查爾酮的新方法。查爾酮產(chǎn)率可以達到98.5%。反應(yīng)體系易于產(chǎn)物分開,離子液體和水滑石可以循環(huán)使用,具有高效、環(huán)境友好的特點,可實現(xiàn)綠色無污染合成。合成路線為:

[25]

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安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）

OCHO水滑石[dbmim]BF4343KO

Scheme7

5.室溫下合成

2023年黨珊等報道了以未保護羥基的取代鄰羥基查爾酮(1a～1e)和取代苯甲醛(2f,2j,2l,2p,2t)為原料,在稀NaOH/乙醇溶液中,室溫反應(yīng),合成了23種2′-羥基查爾酮(3a～3w,其中3d～3w為新化合物),收率48%～90%。合成路線為：

[26]

OR1OHCHONaOH/EtOHR2[27]

OR1OHR2

Scheme8

此外,2023年楊金會等報道了以2,4,6-三羥基苯乙酮和對羥基苯甲醛為起始原料,經(jīng)選擇性的甲基化,甲氧甲基化,羥醛縮合,還原,脫保護等反應(yīng)首次完成了2,4-二羥基-4',6'-二甲氧基2二氫查爾酮的全合成,總收率40%。目標(biāo)產(chǎn)物具有抗氧化性。6.采用?；ries重排和醇醛縮合反應(yīng)合成方法

2023年石秀梅等報道了利用間苯二酚作為起始原料,通過?；?、Fries重排、醇醛縮合反應(yīng)合成中間體3,5-二羥基查爾酮,收率達80%。方法具有反應(yīng)時間短操作簡便、收率較好等優(yōu)點。合成路線為：

[28]

OH(CH3CO)2OH3PO4OHOCOCH3NO2OCOCH3AlCl3COCH3OHCHOOH-OHOOHOH

Scheme9

7.其他合成方法

2023年廖頭根等報道了以3,5-二羥基苯甲酸為原料,分別經(jīng)酯化、甲氧甲基保護或甲基化、酰肼化、氧化、醛酮縮合、脫保護基、O-基化或O-異戊烯基化等步驟,以5.6%～46%的總收率合成了8個未見文獻報道的查爾酮類化合物。

早在1955年就有關(guān)于氮雜查爾酮合成的研究.C.Marvel，L.E.ColemanandG.RScotc等人在研究氮雜查爾酮的合成中發(fā)現(xiàn):苯乙酮與2-吡啶甲醛依照K.Chadwell在文獻中所報道的制備亞節(jié)基乙酞苯的方法沒有制得氮雜查爾酮1，而分開得到了產(chǎn)物2和3。當(dāng)溶劑中以乙醇為主時，以麥克爾加成型產(chǎn)物為主;當(dāng)溶劑中不含乙醇時，只得到了3。

[29]

[30]

[31]

ON1OHONHCH2OCC2N

綜上所述,對查爾酮類化合物合成方法的研究,人們已經(jīng)開展了較為深入系統(tǒng)的工作。隨著越來越多查爾酮化合物的發(fā)現(xiàn),化學(xué)工的合成工作也越來越重,繼續(xù)深入研究其構(gòu)效關(guān)系,尋求簡便易行的綠色合成方法,開發(fā)生理活性好、應(yīng)用前景好的該類化合物將是今后的研究方向。

2[32]

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彭志威：查爾酮及其邁克爾加成產(chǎn)物的合成與光譜學(xué)性質(zhì)研究

邁克爾加成反應(yīng)[33]是指含活潑亞甲基的化合物與α，β-不飽和羰基化合物或α,β-不飽和羰酸酯、α,β-不飽和腈在堿性催化劑作用下的共軛加成反應(yīng)，它是一類重要的形成C-C鍵的有機反應(yīng)。邁克爾加成在有機合成中有著廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)上尋常采用強堿作為催化劑，一般需要控制好反應(yīng)條件，假使堿的用量過大，反應(yīng)溫度較高、反應(yīng)時間較長，很簡單產(chǎn)生供體的自縮合等副產(chǎn)物。

邁克爾加成的機理：在有機化學(xué)中,碳負離子與α,β-不飽和共軛體系(醛、酮、酯、腈和硝基化合物等)進行的共軛邁克爾加成。尋常把能夠形成親核性碳負離子的化合物叫做給予體,而把親電的α,β-不飽和共軛體系稱為接受體。一般用以下通式表示:

[33]

CCyHRB-(堿)-HBHRCCy

其中,y代表能和C=C共軛的吸電子基團,如-CHO,-COR,-COOR,-CN和-NO2等;HR代表含有活潑氫的化合物,是給予體,包括Lewies質(zhì)子酸,含α-H的醛、酮或酯以及1,3位置上帶有吸電子基團的物質(zhì)(主要指后者),如：

CORCOR??二酮CORCOOR?-酮酸酯COORCOOR丙二酸酯CNCOOR氰基乙酸酯NO2COOR硝基乙酸酯(接受體)（給予體）

由于-COR,-COOR,-CN和-NO2的強吸電子性,致使活性亞甲基-CH2-中的碳原子上的電子云密度較低,它們在堿的作用下,都簡單失去質(zhì)子而形成比較穩(wěn)定的碳負離子作為親核試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在邁克爾加成反應(yīng)中,常用的堿有氫氧化鈉(鉀)、乙醇鈉、叔丁醇鉀、氨基鈉等強堿和三乙胺、六氫吡啶等弱堿。

2023年Shimizu,K.I等嘗試采用Lewis酸做催化劑，效果也不是很理想。文獻中有關(guān)邁克爾加成反應(yīng)的催化劑報道好多，主要有Al2O3、K2CO3、銠協(xié)同物、釕協(xié)同物、粘土負載溴化鎳等，但是大量反應(yīng)存在產(chǎn)率低，反應(yīng)時間長等缺點。

近年來，離子液體作為環(huán)境友好的溶劑和催化劑體系，其研究開發(fā)利用已越來越受到世界各國催化界和石化行業(yè)界的密切關(guān)注，離子液體與傳統(tǒng)溶劑相比，具有一系列特性，如低蒸汽壓、寬液態(tài)溫區(qū)、與反應(yīng)物具有良好的相溶性、操作處理便利、可循環(huán)使用、分子具有可設(shè)計性、酸堿催化和相轉(zhuǎn)移催化等特性。在大量的有機反應(yīng)中，特別是在催化反應(yīng)當(dāng)中，離子液體催化體系都表現(xiàn)出了很高的活性和選擇性。在催化和有機合成領(lǐng)域中，離子液體酸催化一直扮演著極為重要的角色,而且堿性離子的催化應(yīng)用也開始有了一定的研究。

基于上述：本文主要通過嘗試在不同溫度（如20、40、60、80、100）、不同溶劑（如水、乙醇等）、不同堿（如Na2CO3、K2CO3、三乙胺等）及相轉(zhuǎn)移催化劑（PTC）條件下查爾酮的反應(yīng)時間與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系，摸索出一種最正確的系列查爾酮的水相合成反應(yīng)條件。同時用所得到的查爾酮與丙二酸二乙酯、氰乙酸乙酯、丙二氰在20、40、60、80、100時水相中用不同堿（如Na2CO3、K2CO3、三乙胺等）及相轉(zhuǎn)移催化劑（PTC）進行一系列不同的邁克爾加成，通過對比其反應(yīng)時間與轉(zhuǎn)化率曲線，得到最優(yōu)的水相邁克爾加成條件。分開出的各產(chǎn)物通過測定熔點、紅外和紫外光譜加以表征；進一步考察取代基的電子效應(yīng)以及光譜學(xué)性質(zhì)上的規(guī)律。

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第1章查爾酮及氮雜查爾酮的合成

1.1試驗部分1.1.1試驗藥品苯乙酮吡啶酮苯甲醛3-硝基苯甲醛4-硝基苯甲醛4-溴苯甲醛3，4-二氯苯甲醛3，4-二甲氧基苯甲醛碳酸鈉碳酸鉀氫氧化鈉乙酸乙酯石油醚無水乙醇無水甲醇

分析純分析純分析純分析純分析純分析純分析純分析純分析純分析純分析純分析純分析純分析純分析純國藥集團化學(xué)試劑有限公司國藥集團化學(xué)試劑有限公司國藥集團化學(xué)試劑有限公司國藥集團化學(xué)試劑有限公司國藥集團化學(xué)試劑有限公司國藥集團化學(xué)試劑有限公司中科院上海有機所化學(xué)研究院中科院上海有機所化學(xué)研究院上海大合化學(xué)品有限公司上海大合化學(xué)品有限公司蚌埠化學(xué)試劑廠XX市亞盛化工有限公司XX市亞盛化工有限公司XX市亞盛化工有限公司蚌埠化學(xué)試劑廠-5-

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1.1.2試驗儀器FC-104型電子天平SHB-ⅢA型循環(huán)水式多用真空泵101-1型電熱恒溫鼓風(fēng)枯燥箱85-1型磁力加熱攪拌器加熱套接觸調(diào)壓器B型玻璃儀器氣流烘干器SY-1型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀薄層色譜用硅膠GF254ZF-2型三用紫外儀數(shù)字顯微熔點測定儀EQUINOX55型傅立葉變換紅外光譜儀JK-50B型超聲波清洗器

上?？b密科學(xué)儀器有限公司天平儀器廠河南省太康科教器材廠上海躍進醫(yī)療器械廠上海志威電器有限公司建湖縣盧溝電熱器廠上海長江電氣設(shè)備集團鄭州市上街華科儀器廠南京衛(wèi)康科教器材廠青島海洋化工廠上海市安亭電子儀器廠北京福凱儀器有限公司德國Bruker公司合肥金尼克機械制造有限公司-6-

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1.1.3試驗原理反應(yīng)式：

OR-CHOACH3XB1(B2)OH-XPORX=CH;X=NR=C6H5,R=3-NO2C6H4,R=4-NO2C6H4,R=4-BrC6H4R=3.4-Cl2C6H3,R=3.4-CH2O2C6H3

Scheme1-1

反應(yīng)機理：

OCH3X-HCO3-CO32-OCH2XXOCH-H2OROORHCO3--CO32-XROOHOCH2ORXOHCH2XX

Scheme1-2

1.1.4試驗方法?查爾酮的合成

向一250ml圓底燒瓶中依次參與20mmol的苯甲醛（或帶有不同取代基的苯甲醛如：3-硝基苯甲醛，4-硝基苯甲醛，4-溴苯甲醛，3，4-二氯苯甲醛，3，4-二甲氧基苯甲醛等）和20mmol苯乙酮，用150ml的水作為介質(zhì)，以8mmol的碳酸鈉（或碳酸鉀及氫氧化鈉）為催化劑，在加熱攪拌下反應(yīng)直至反應(yīng)終止。（具體根據(jù)薄層色譜分析/TLC來判斷原料是否反應(yīng)完全以及反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性）。反應(yīng)終止后靜置加冰冷卻結(jié)晶至有產(chǎn)物析出，將靜置液用抽濾瓶抽濾（在抽濾過程中可適當(dāng)加水沖洗）得到查爾酮產(chǎn)物，收集固體產(chǎn)品烘干。精品可通過柱層析進一步分開和提純。?氮雜查爾酮的合成

氮雜查爾酮的合成與查爾酮的合成方式基本相像：

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向一250ml圓底燒瓶中依次參與20mmol的苯甲醛（或帶有不同取代基的苯甲醛如：3-硝基苯甲醛，4-硝基苯甲醛，4-溴苯甲醛，3，4-二氯苯甲醛，3，4-二甲氧基苯甲醛等）和20mmol吡啶酮，用150ml的水作為介質(zhì)，以8mmol的碳酸鈉（或碳酸鉀及氫氧化鈉）為催化劑，在加熱攪拌下反應(yīng)直至反應(yīng)終止。（具體根據(jù)薄層色譜分析/TLC來判斷原料氫化物是否反應(yīng)完全以及反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性）。反應(yīng)終止后靜置加冰冷卻結(jié)晶至有產(chǎn)物析出，將靜置液用抽濾瓶抽濾（在抽濾過程中可適當(dāng)加水沖洗）得到氮雜查爾酮產(chǎn)物，收集固體產(chǎn)品烘干。精品可通過柱層析進一步分開和提純。1.1.5薄層色譜分析（TLC）

薄層色譜(ThinLayerChromatography)又叫薄板層析，常用TLC表示，是色譜法中的一種，是快速分開和定性分析少量物質(zhì)的一種很重要的試驗技術(shù)，屬固—液吸附色譜，它兼?zhèn)淞酥V和紙色譜的優(yōu)點，一方面適用于少量樣品（幾到幾微克，甚至0.01微克）的分開；另一方面在制作薄層板時，把吸附層加厚加大，因此，又可用來精制樣品，此法特別適用于揮發(fā)性較小或較高溫度易發(fā)生變化而不能用氣相色譜分析的質(zhì)。此外，薄層色譜法還可用來跟蹤有機反應(yīng)及進行柱色譜之前的一種“預(yù)試〞。在進行化學(xué)反應(yīng)時，常利用薄層色譜觀測原料斑點的逐步消失來判斷反應(yīng)是否完成。

反應(yīng)液Q的樣品點板原料A的樣品點板標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品P的點板AQP展開劑：PE:EA=5:1TLC點樣說明圖

TLC點樣說明圖1-1

不同反應(yīng)時期TLC點板的現(xiàn)象：

AQPAQPAQPAQPAQP反應(yīng)初期

反應(yīng)前期

反應(yīng)中期

反應(yīng)后期

反應(yīng)終止

不同時期TLC點板現(xiàn)象圖1-2

1.2反應(yīng)影響因素分析1.2.1反應(yīng)影響因素確定

本試驗的主要影響因素有：原料配比、催化劑種類、催化劑用量、反應(yīng)溶劑、反應(yīng)溫度、攪拌速度等。在催化劑種類方面我們選擇碳酸鈉（或碳酸鉀）作為本試驗的催化

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劑。同時，攪拌速度在本試驗中暫不做探討。由此，本試驗主要需摸索量為：①什么樣的原料配比最好、②怎樣的催化劑用量最適合、③何種反應(yīng)溫度最正確、④何種反應(yīng)溶劑反應(yīng)效果最好。

本試驗的摸索原則：

盡量以一種綠色、環(huán)境友好型的方法來合成產(chǎn)物，即㈠能用弱堿的盡量不用強堿，㈡能用低溫的盡量不用高溫，

㈢能用水溶劑就盡量不用有機溶劑。

反應(yīng)因素確定的研究方法：本試驗采用控制變量法。其中變量有：⑴原料配比、⑵催化劑用量、⑶反應(yīng)溶劑、⑷反應(yīng)溫度。通過控制其中三個變量改變一個變量的方法來平行試驗，最終選擇最優(yōu)方案。1.2.1.1反應(yīng)物料配比的確定

由該反應(yīng)方程式可知：該反應(yīng)原料的理論配比為A：B=1：1。但考慮到反應(yīng)實際狀況，假設(shè)一種原料物過量，可能會提高該反應(yīng)的反應(yīng)速率和反應(yīng)產(chǎn)率。為驗證假設(shè)是否成立，現(xiàn)設(shè)計摸索方法如下：

由于苯甲醛，3-硝基苯甲醛，4-硝基苯甲醛，3.4-二硝基苯甲醛，4-溴苯甲醛，3.4-二氯苯甲醛，3.4-二甲氧基苯甲醛均屬于同一系列物質(zhì)，我們選用具有代表性的苯甲醛與苯乙酮反應(yīng)。同時用氫氧化鈉做催化劑，EtOH作為溶劑，加熱反應(yīng)8小時。經(jīng)試驗，我們得到苯甲醛與苯乙酮在不同配比下的反應(yīng)結(jié)果如表1-1：

A(苯甲醛)

試驗項目

/mmol

12345

2020203040

/mmol4030202020

/%8481878386

B1(苯乙酮)

產(chǎn)率

以同樣的方法得到苯甲醛與吡啶酮在不同配比下的反應(yīng)結(jié)果如下表1-2：

A(苯甲醛)

試驗項目

/mmol

12345

2020203040

/mmol4030202020

/%8185848284

B2(吡啶酮)

產(chǎn)率

由表1，表2試驗1、2、3這三組試驗數(shù)據(jù)我們可以知道當(dāng)B1,B2反應(yīng)原料過量時反應(yīng)的產(chǎn)率變化不大。因此，我們可以斷定B1,B2過量不會明顯改變反應(yīng)產(chǎn)率。而由

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彭志威：查爾酮及其邁克爾加成產(chǎn)物的合成與光譜學(xué)性質(zhì)研究

表1，表2的試驗3、4、5這三組試驗數(shù)據(jù)我們又可知道當(dāng)A反應(yīng)原料過量時反應(yīng)的產(chǎn)率同樣變化不大。因此，我們可以斷定A