微波輻射合成7硝基4(3H)喹唑啉酮

1、微波輻射合成7硝基4(3H)喹唑啉酮         作者：柯洪琴 劉鷹翔，朱玉香 【摘要】 目的 用微波輻射法合成7硝基4 (3H)喹唑啉酮，研究微波功率、微波輻射時間和酸胺摩爾比等對反應(yīng)收率的影響。方法 以2氨基4硝基苯甲酸、甲酰胺為原料，采用微波輻射合成7硝基4 (3H)喹唑啉酮，并通過正交設(shè)計實(shí)驗(yàn)                  

2、;                   作者：柯洪琴 劉鷹翔，朱玉香【摘要】  目的 用微波輻射法合成7硝基4 (3H)喹唑啉酮，研究微波功率、微波輻射時間和酸胺摩爾比等對反應(yīng)收率的影響。方法 以2氨基4硝基苯甲酸、甲酰胺為原料，采用微波輻射合成7硝基4 (3H)喹唑啉酮，并通過正交設(shè)計實(shí)驗(yàn)優(yōu)化反應(yīng)條件。結(jié)果 最佳條件為：微波功率95 W，輻射時間9 min，酸胺摩爾比112，收率可高達(dá)96.8%，與常規(guī)加

3、熱法比較提高了約35%。結(jié)論 微波輻射法對合成7硝基4(3H)喹唑啉酮具有非常好的效果，與傳統(tǒng)加熱方法及文獻(xiàn)方法相比，縮短了反應(yīng)時間，提高了反應(yīng)速率和收率。 【關(guān)鍵詞】  7 硝基 4 (3H) 喹唑啉酮 微波輻射 正交設(shè)計Abstract:Objective To evaluate the effect of microwave irradiation on the synthesis of 7nitro4(3H)quinazolinone was investigated.Method 7nitro4(3H)quinazolinone was synthesized from 4

4、nitroanthranilic acid and formamide under microwave irradiation. The reaction conditions were optimized with orthogonal design. Result The optimum conditions were determined as follows: microwave power was 95 W,irradiation time was 9 min,and the molar ratio of 4nitroanthranilic acid to formamide was

5、 112. Under above conditions,the yield of product might reach 96.8%,increasing by 35% compared with conventional method.Conclusion 7nitro4(3H)quinazolinone was synthesized successfully under microwave irradiation. Compared with conventional method,the reaction time shortened and the reaction efficie

6、ncy increased.Key words:7nitro4(3H)quinazolinone; microwave irradiation; orthogonal design 取代的4(3H)喹唑啉酮類化合物是一類具有廣泛生物活性的含氮雜環(huán)化合物，其在抗炎1、抗菌2、抗高血壓3和抗腫瘤4等方面均顯示出良好的活性。Niementowski反應(yīng)是合成喹唑啉母環(huán)的常用方法，該反應(yīng)以鄰氨基苯甲酸和甲酰胺“一鍋煮”合成4(3H)喹唑啉酮，步驟少，但反應(yīng)溫度高，反應(yīng)物易炭化變黑，產(chǎn)物難以分離提純5,6。近年來，微波輔助有機(jī)反應(yīng)以其反應(yīng)速度快、副反應(yīng)少、產(chǎn)率高、產(chǎn)品易純化等優(yōu)點(diǎn)引起了廣泛關(guān)注。本文以2

7、氨基4硝基苯甲酸和甲酰胺為原料，在無溶劑無催化劑的條件下，通過微波輻射方法合成了7硝基4(3H)喹唑啉酮，并采用正交設(shè)計實(shí)驗(yàn)，考察了微波功率、微波輻射時間和酸胺摩爾比等對反應(yīng)收率的影響，尋求最佳反應(yīng)條件，取得較為滿意的結(jié)果。1 實(shí)驗(yàn)部分1.1 儀器與試劑MCL3型微波化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀(順德惠而浦家電公司)，WRS1B數(shù)字熔點(diǎn)儀(溫度計未經(jīng)校正，上海易測有限公司)，400MHz超導(dǎo)核磁共振儀(溶劑CDCl3，內(nèi)標(biāo)TMS，德國Bruker公司)，MAT95XP高分辨質(zhì)譜儀(美國Thermo)。2氨基4硝基苯甲酸(武漢凱馬仕精細(xì)化工有限公司，化學(xué)純)，甲酰胺(廣州化學(xué)試劑廠，分析純)。1.2 合成路線

8、合成路線見圖1。1.3 實(shí)驗(yàn)方法1.3.1 合成方法在裝有回流冷凝管的50 mL圓底燒瓶中，依次加入0.91 g (5 mmol) 2氨基4硝基苯甲酸和2.40 mL (60 mmol)的甲酰胺，置微波反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)電流控制功率在95 W連續(xù)輻射9 min。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液傾入碎冰水中，抽濾，得淺黃色針狀結(jié)晶0.924 g，收率為96.8%，mp 274.4275.6 。1HNMR (DMSOd6) ：12.64 (s，lH，-NH);8.37 (d，1H，2H);8.33 (s，1H，8H); 8.26(m，1H，6H);8.23 (m，1H，5H)。 EIMS：m/z:192 (M+1

9、)+。1.3.2 正交設(shè)計實(shí)驗(yàn)采用微波加熱合成7硝基4(3H)喹唑啉酮，影響反應(yīng)產(chǎn)率的因素很多，本文根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果，在選定加熱方式的情況下，選擇微波功率(A)、微波輻射時間(B)、酸胺摩爾比(C)3個因素作為考察對象，每個因素分為3個水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以反應(yīng)收率為指標(biāo)，考察各因素對反應(yīng)的影響。2 結(jié) 果正交實(shí)驗(yàn)的因素水平見表1，選用三因素三水平正交表L9(34)安排實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2，并利用SPSS 15.0軟件對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，見表3。表1 因素及水平表表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及極差分析3 方差分析表Table 3 ANOVA table方差來源離差平方和自由度均方差F值P值A(chǔ)123.0

10、20261.51013.450>0.05B22.727211.3632.485>0.05C5.24722.6230.574>0.05誤差9.14724.573從表2可知，各因素的影響順依次為A>B>C，即微波功率微波輻射時間酸胺摩爾比。從表3的方差分析結(jié)果可知，3個因素對反應(yīng)收率的影響均無顯著意義(P>0.05)。綜合表2、表3結(jié)果，確定最佳實(shí)驗(yàn)條件為A2B2C2,即微波功率為95 W、輻射時間為9 min、酸胺摩爾比為112。在優(yōu)化條件下進(jìn)行3次重復(fù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)品收率均在96.8%左右，說明本實(shí)驗(yàn)確定的優(yōu)化條件可靠、重現(xiàn)性好。3 討 論3.1 與傳統(tǒng)加熱法

11、的比較以油浴為加熱源，使用機(jī)械攪拌，各反應(yīng)物投料量同“1.3.1”項(xiàng)，160 加熱反應(yīng)8 h，產(chǎn)品收率僅62.0%。對比可見，微波加熱較傳統(tǒng)加熱，不僅反應(yīng)速率提高了50多倍，產(chǎn)物的收率也提高了約35%。3.2 與文獻(xiàn)方法的比較Alexandre等7以2氨基4硝基苯甲酸和甲酰胺為原料，在微波功率60 W、酸胺摩爾比15的條件下微波輻射40 min合成7硝基4(3H)喹唑啉酮，收率為86%。本文的結(jié)果與之相比，反應(yīng)時間縮短了4倍，反應(yīng)收率提高了約10%。3.3 反應(yīng)機(jī)制探討微波電介加熱是利用介質(zhì)的能力將電磁輻射轉(zhuǎn)化為熱能，從而推動反應(yīng)的進(jìn)行。熱能的產(chǎn)生依賴于偶極子的性質(zhì)和輻射的頻率。在微波輻射頻率

12、下，分子偶極取向會隨微波磁場的交變而排列，太快的微波磁場變化會導(dǎo)致分子排列與之不能完全同步，從而產(chǎn)生熱能使溫度升高。另外，與傳統(tǒng)加熱相比，微波輻射下極性溶劑的沸點(diǎn)通常會升高2030 ，產(chǎn)生過熱溫度，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。因此，選擇合適的溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)是反應(yīng)成功與否的關(guān)鍵因素之一。甲酰胺是一種高介電常數(shù)的強(qiáng)極性溶劑，在微波輻射頻率下可迅速吸收和轉(zhuǎn)化微波能量，升高溫度，且其沸點(diǎn)較高。在本研究中以反應(yīng)物甲酰胺自身作溶劑，有利于反應(yīng)的進(jìn)行。根據(jù)Niementowski反應(yīng)的歷程8，結(jié)合實(shí)驗(yàn)推測微波促進(jìn)該反應(yīng)的可能作用機(jī)理(見圖2)：在微波磁場的作用下，受偶極偶極靜電作用影響，分子的極化作用增強(qiáng)，羰基碳原子

13、的電正性增加，親電能力增強(qiáng)，從而使反應(yīng)活性增加，速率加快。另一方面，偶極偶極靜電作用對鄰脒中間體的穩(wěn)定作用較基態(tài)強(qiáng)，使反應(yīng)活化能降低，活性增加。4 結(jié) 論(1)與傳統(tǒng)加熱方法相比，微波輻射大大提高了反應(yīng)速率，縮短了反應(yīng)時間。(2)通過正交實(shí)驗(yàn)確定了反應(yīng)的最佳實(shí)驗(yàn)條件：微波功率 95 W，輻射時間 9 min，酸胺摩爾比112，在此條件下7硝基4(3H)喹唑啉酮的反應(yīng)收率可達(dá)96.8%?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】  1 SANTAGATI N A,BOUSQUET E,SPADARO A,et al. 4quinazolinones: synthesis and reduction of prost

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