本文报道了芳香醛和丙二腈在室温无催化剂无溶剂下的 Knoevenagel 缩合反应,合成了系列苄叉基化合物,产率良好,并利用 1 HNMR 和 13 CNMR 等对合成的化合物结构进行了表征。结果表明,该方法没有使用 催化剂和有毒有害的有机溶剂,具有反应条件温和,实验操作及产物后处理简单,产率高,对环境无污染等优 点。 This paper reported the solvent-free Knoevenagel condensation of aromatic aldehydes and malononitrile at room temperature without catalyst, a series of benzylidene compounds were synthesized in high yields. Structure of all compounds was analyzed by 1HNMR, 13CNMR, and IR. The results showed that this method has advantages of mild reaction conditions and that the operation is simple, convenient post-processing, high yield, and friendly to environment.
Knoevenagel缩合反应是羰基化合物与活性亚甲基化合物的脱水缩合反应,用于碳碳双键的形成,能够直接合成大量有用的化合物,在工业、农业、药业及生物科学等诸多领域有着广泛的应用。此类反应一般是用Lewis酸或碱为催化剂,如:ZnCl2[
随着新技术、新试剂及新体系的引入,人们对这类缩合反应进行了广泛研究,也有了许多新的成果。尤其是随着人们人类生存环境的日益重视,涌现了许多对环境无污染的绿色合成工艺,如无溶剂反应[
我们的研究发现,室温、无溶剂无催化剂条件下,活性高的芳香醛即能够与活泼亚甲基化合物如丙二腈或氰基乙酸乙酯进行Knoevenagel缩合,反应均能获得良好以上收率。反应条件温和,后处理简单,没有使用催化剂和有毒有害的有机溶剂,符合绿色化学反应的要求。
化合物熔点在XT4A显微熔点测定仪上测定,温度计未经校正;1HNMR (300 MHz)和13CNMR (75 MHz)由Bruker Avance 300 MHz型核磁共振仪测定,CDCl3作溶剂,TMS作内标;FT-IR8400S型红外光谱仪(KBr压片);所用试剂均为分析纯(可直接使用)。
将称好的芳香醛(10 mmol)和丙二腈(10 mmol)加于25 mL的圆底烧瓶或小烧杯中,室温下搅拌,不断用玻璃棒将分散的固体聚拢,TLC跟踪,反应完毕后,将得到的固体用水或冷的无水乙醇洗涤,可除去少量未反应的原料和副产物,抽滤,干燥,无需重结晶即可得到纯的产物3a~3r。
合成的18个化合物中,除3j~3l,3o~3r是未见报道的新物质外,其他的缩合产物皆为已知化合物,通过测熔点和1HNMR或13CNMR并与文献值[2,15,16]相比较即能确定产物的结构。对于3j~3l,3o~3r七个新化合物,我们利用1HNMR,13CNMR,IR对其进行了光谱学表征,确证了其结构。
2-(2-Bromobenzylidene) malononitrile (3j):淡黄色固体,产率86%,m.p. 92℃~93℃;1HNMR (300 MHz, CDCl3):δ 8.21 (s, 1H),8.11 (d, J = 7.5, 1H),7.73 (d, J = 7.8, 1H),7.44~7.52 (m, 2H) ppm;13CNMR (75 MHz, CDCl3):δ 158.7,135.0,134.0,130.8,129.8,128.4,126.4,113.2,111.9,85.9 ppm;IR (KBr) ν:2227 (CN) cm−1。
2-(3,4-Dimethoxybenzylidene) malononitrile (3k):黄色固体,产率70%,m.p. 151℃~152℃;1H NMR (300 MHz, CDCl3):δ 7.66 (s, 1H),7.63 (s, 1H),7.37 (d, J = 8.4, 1H),6.95 (t, J = 8.4, 1H),3.97 (s, 3H),3.92 (s, 3H) ppm;13CNMR (75 MHz, CDCl3):δ 159.1,154.8,149.5,129.5,128.9,128.2,124.2,120.6,120.2,114.1,111.0,110.7,78.4,56.3 ppm;IR (KBr) ν:2222 (CN) cm−1。
Ethyl 2-cyano-3-(2-nitrophenyl)acrylate (3l):白色固体,产率83%,m.p. 104℃~105℃;1HNMR (300 MHz, CDCl3):δ 8.72 (s, 1H),8.28 (d, J = 7.8, 1H),7.81~7.85 (m, 1H),7.71~7.74 (m, 1H),4.43 (q, J = 7.2, 2H),1.41 (t, J = 7.2, 3H) ppm;13CNMR (75 MHz, CDCl3):δ 161.5,153.1,147.8,134.5,132.1,130.6,128.1,125.4,113.9,108.6,63.1,14.1 ppm;IR (KBr) ν:2229 (CN),1724 (C = O) cm−1。
2-(2-Hydroxybenzylidene)malononitrile (5a):淡黄色固体,产率80%,m.p. 151℃~152℃;1HNMR (300 MHz, DMSO-d6):δ 7.49 (s, 1H),7.47,(s, 1H),7.44 (d, J = 7.8, 1H),7.40 (t, J = 7.4, 1H),7.24 (t, J = 7.4, 1H),7.10 (d, J = 7.8, 1H) ppm;13CNMR (75 MHz, DMSO-d6):δ 163.9,150.1,130.6,129.2,125.4,119.8,118.3,116.8,113.5,113.3,85.7 ppm;IR (KBr) ν:3334 (OH),2194 (CN) cm−1。
2-(5-Bromo-2-hydroxybenzylidene) malononitrile (5b):淡黄色固体,产率89%,m.p. 155℃~157℃;1HNMR (300 MHz, CDCl3):δ 10.92 (s, 1H),9.83 (s, 1H),7.73 (s, 1H),7.60 (d, J = 9.0, 1H),6.89 (d, J = 9.0, 1H) ppm;13CNMR (75 MHz, CDCl3):δ 195.4,160.5,139.7,135.6,129.4,121.7,119.8,111.3,87.5 ppm;IR (KBr) ν:3346 (OH),2189 (CN) cm−1。
2-(5-Chloro-2-hydroxybenzylidene)malononitrile (5c):淡黄色固体,产率86%,m.p. 153℃~154℃;1HNMR (300 MHz, DMSO-d6):δ 8.96 (s, 1H),8.26 (d, J = 8.5, 1H),7.67 (d, J = 9.2, 1H),7.21 (s, 1H),5.81 (s, 1H) ppm;13CNMR (75 MHz, DMSO-d6):δ 162.1,152.1,148.0,133.9,129.3,129.1,128.7,124.4,115.3,106.2,85.3 ppm;IR (KBr) ν:3307 (OH),2233 (CN) cm−1。
2-(2-Hydroxy-5-nitrobenzylidene)malononitrile (5d):淡黄色固体,产率92%,m.p. 168℃~169℃;1HNMR (300 MHz, DMSO-d6):δ 9.29 (s, 1H),8.48 (s, 1H),8.34 (d, J = 9.03, 1H),7.75 (s, 1H),7.36 (d, J = 9.0, 1H) ppm;13CNMR (75 MHz, DMSO-d6):δ 189.5,163.1,154.5,144.3,129.3,126.2,120.0,119.2,113.2,106.9,87.5 ppm;IR (KBr) ν:3408 (OH),2198 (CN) cm−1。
首先我们尝试了无溶剂无催化剂下对甲氧基苯甲醛与丙二腈在室温下反应,TLC跟踪发现,2 h反应即可结束,经洗涤即可得到纯的产物。随后,我们考察了底物取代基的电子效应和空间位阻的影响。从表1中我们可以看出,含有吸电子基团(如-NO2,-Cl,-Br)的芳香醛活性较高(
当把底物换成氰基乙酸乙酯时,该反应也能很好进行,并以较高产率得到产物,我们认为该反应对底物的适用性较高。研究结果表明,底物取代基的空间效应对反应的影响较大,当取代基在邻位时,产率收率较低(78%),而当取代基为其他弱吸电子基或供电子基时(如-Br,-Cl,-OCH3等),反应很难进行,一般需要加热或者加入催化剂才可以得到产物[3,12]。
随后我们考察了水杨醛与丙二腈的Knoevenagel缩合反应,结果表明,水杨醛与丙二腈在室温无溶剂
表1. 室温无溶剂下芳香醛与活泼亚甲基化合物的Knoevenagel缩合反应
无催化剂存在下也能很好的发生反应,均以80%以上收率得到产物(
通过查阅大量文献[13-16],结合上述研究结果,我们认为无催化剂的Knoevenagel缩合反应在无溶剂条件下的反应可能与在液相中反应的路径不同,普遍被人们接受的酸或碱催化的液相Knoevenagel缩合反应机理可能在无溶剂无催化剂条件下并不适用[
本文报道了一种无溶剂无催化剂室温下芳香醛与氰基活泼亚甲基化合物的Knoevenagel缩合反应,探讨了底物取代基的电子效应及空间效应对该反应的影响。该反应没有使用催化剂和有毒有害的有机溶剂,具有反应时间短,条件温和,产物纯化处理简单,产率高等优点,符合绿色化学的要求。
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