以碳酸鉀為高效非均相催化劑合成2－氨基－3－氰基－4，5，6，7－四氫苯并［b］噻吩

譚小紅，楊 平，宋新建

（1.湖北民族學院科技學院，湖北 恩施445000；2.湖北民族學院化學與環境工程學院，湖北 恩施445000）

2－氨基噻吩衍生物是一類重要的有機中間體，廣泛用于農藥、醫藥和染料等領域。例如，以取代2－氨基噻吩作為中間體可以合成出各種具有殺蟲［1］、除草［2］、抗氧化［3］以及抗癌［4］等廣泛生物活性的噻吩并嘧啶類化合物［5－6］。因此，研究簡便高效的方法合成2－氨基噻吩衍生物已引起人們的廣泛關注。目前研究最集中同時也被公認為最經典的方法是通過Gewald反應合成2－氨基噻吩衍生物，其中最常見的是三組分Gewald反應［7－8］，即：以有機堿（如嗎啡啉、哌啶、二乙胺或三乙胺等）作催化劑，由含α－氫的醛或酮、活潑的氰基化合物（如氰基乙酸乙酯、氰基乙酰胺或α－氰基酮類化合物等）與單質硫于室溫條件下發生反應，生成2－氨基噻吩衍生物（反應如圖1所示）。

圖1 三組分Gewald反應Fig.1 Gewald′s three－component reaction

為了拓展Gewald反應的適用范圍，研究者嘗試采用各種方法對其進行改進。如Sridhar等［9］和Huang等［10］將微波合成技術應用到Gewald反應中，大幅提高了Gewald反應的速率，大大縮短反應時間；Castanedo等［11］將固相合成技術引入Gewald反應中以提高合成效率；也有研究者［12－22］通過改變堿催化劑以改善反應效果。非均相固體堿催化劑相對于均相有機堿而言，具有產物易分離、過程易控制、催化劑熱穩定性好且易回收再生等優點［9，18］。因此，作者以碳酸鉀為非均相固體堿催化劑，通過三組分Gewald反應采用一鍋法簡易高效合成2－氨基－3－氰基－4，5，6，7－四氫苯并［b］噻吩（反應如圖2所示），并考察了催化劑用量、反應時間、溶劑類型對目標產物收率的影響，優化了反應條件。

圖2 目標化合物的合成反應Fig.2 The synthetic reaction of target compound

1 實驗

1.1 試劑與儀器

所用試劑均為分析純或化學純。

Varian XL－400型超導核磁共振儀（TMS為內標，DMSO－d6為溶劑）；NEXUS 470型傅立葉紅外光譜儀（KBr壓片）；Thermo DSQⅡ型質譜儀；X4型顯微熔點測定儀（溫度計未經校正）。

1.2 方法

在裝有回流冷凝管的圓底燒瓶中加入9.80g（0.10mol）環己酮、6.61g（0.10mol）丙二腈、3.50g升華硫和30mL溶劑，再加入一定量的碳酸鉀，在78℃下反應一段時間后，TLC監測反應完成；過濾除去碳酸鉀，減壓蒸除溶劑，粗產品先水洗再用乙醇重結晶，得淡黃色晶體即目標化合物。熔點：146℃（文獻［22］值147℃）；1HNMR（400MHz，DMSO－d6），δ：1.69（s，4H，CH2at 5and 6），2.31（s，2H，CH2at 4），2.39（s，2H，CH2at 7），6.93（s，2H，NH2）；13CNMR（100MHz，DMSO－d6），δ：21.84，22.99，23.50，24.04，83.17，116.23，116.79，131.09，163.77；IR（KBr），ν，cm－1：3446、3328、1618（N－H），2195（C≡N）；EI－MS，m／z，%：178（74.6，M＋），150（100）。

2 結果與討論

2.1 產物結構表征

實驗發現，產物的IR圖譜中，在3446cm－1、3328 cm－1附近出現2個N－H伸縮振動吸收譜帶，且在1618cm－1處出現較強的N－H剪式振動吸收峰，這是伯胺的另一特征吸收，而在2195cm－1處出現C≡N強尖峰；1HNMR圖譜中，2個氨基活潑質子的δ值在6.93左右，重水交換消失，環己烯基上4個亞甲基質子的化學位移在1.69～2.39之間；13CNMR圖譜（圖3）中出現9條譜線，化學位移與理論值相符合；MS圖譜中存在分子離子峰。上述分析結果印證了產物結構與目標化合物相符，推測其分子結構如圖4所示。

圖3 產物的13CNMR圖譜Fig.3 The 13CNMR spectrum of the product

2.2 反應條件的優化

2.2.1 催化劑用量對反應的影響

以乙醇為反應溶劑，回流條件下反應3.0h，考察催化劑用量（摩爾分數，下同）對產物收率的影響，結果見圖5。

圖4 產物的分子結構Fig.4 Molecular structure of the product

圖5 催化劑用量對產物收率的影響Fig.5 The effect of catalyst dosage on the yield of target compound

從圖5可以看出，催化劑用量對產物收率的影響比較明顯，當催化劑用量為20%時，產物收率達到最大值。因此，確定最佳催化劑用量為20%。

2.2.2 反應時間對反應的影響

以乙醇為反應溶劑，催化劑用量為20%，在回流條件下進行反應，考察反應時間對產物收率的影響，結果見圖6。

圖6 反應時間對產物收率的影響Fig.6 The effect of reaction time on the yield of target compound

從圖6可以看出，隨著反應時間的延長，產物收率逐漸上升；當反應時間超過3.0h以后，升幅趨緩。因此，確定最佳反應時間為3.0h。

2.2.3 溶劑類型對反應的影響

催化劑用量為20%，在78℃下反應3h，考察溶劑類型對產物收率的影響，結果見表1。

從表1可以看出，所考察的4種溶劑中乙醇的產物收率最高。因此，確定乙醇作為反應溶劑。

表1 溶劑類型對產物收率的影響Tab.1 The effect of solvent type on the yield of target compound

2.3 合成方法比較

為了對本合成方法進行評價，將其與部分文獻所載方法予以比較，結果列于表2。

表2 不同合成方法的比較Tab.2 Comparison of different synthetic methods

從表2可看出：與本研究相比，盡管方法2的收率最高，但其反應時間長、所用催化劑價格高，分離操作也很繁瑣；采用微波合成技術雖可提高Gewald反應的合成效率，大大縮短反應時間，但微波反應器價格昂貴，且通常僅適用于實驗室小規模合成。本研究提出的合成方法選用的非均相固體堿催化劑碳酸鉀是一種價廉高效、無毒無害的綠色催化劑，符合綠色化學的發展方向，且反應時間短、分離純化操作簡單、產物收率高、易于實現工業化生產，可為利用Gewald反應合成其它2－氨基噻吩衍生物提供良好借鑒。

3 結論

提出了一種以碳酸鉀為非均相固體堿催化劑的通過三組分Gewald反應一鍋法簡易高效合成2－氨基－3－氰基－4，5，6，7－四氫苯并［b］噻吩的新方法?？疾炝舜呋瘎┯昧俊⒎磻獣r間以及溶劑類型對反應的影響，確定最佳反應條件如下：催化劑用量為20%（摩爾分數），反應時間為3.0h，溶劑為乙醇。該方法具有催化劑價廉高效、分離純化簡單、反應時間短以及產物收率高等優點。

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