基本信息
- 项目名称：
- N-芳基吡咯烷（吗啉）的微波水相简便合成
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 研究微波辅助下N-苯基吡咯烷（吗啉）的合成工艺条件，采用单因素正交实验考察缚酸剂、溶剂、原料配比、时间、功率、温度等对反应收率的影响获得最佳工艺条件，后处理简单，收率较高（78.6%和80.1%）；并在此工艺下合成一系列N-芳基吡咯烷（吗啉）两大类化合物，合成工艺具有反应迅速、条件温和、处理简单、产品纯度高、环境友好等优点，具有较好的工业化应用前景。
- 详细介绍：
- 环境科学的迅速发展迫切要求有机化学工作者发展清洁、经济和环境友好条件下的有机合成方法，由此水相反应、非均相反应、微波辅助反应等具有良好发展潜力的合成方法备受关注。本论文的主要工作是围绕具有生理活性的N-芳基吡咯烷(吗啉)系列衍生物的微波水相简便合成方法而展开的，具体包括以下几方面内容： 1 考察了微波辅助下N-苯基吡咯烷的合成工艺条件，如底物、缚酸剂、溶剂、原料配比、时间、功率、温度等对反应收率的影响，采用单因素实验及正交实验优化筛选出最佳工艺条件，后处理采用萃取方法制得N-苯基吡咯烷，收率78.6%，纯度98.8%。 2 实现了N-芳基吡咯烷的微波水相简便合成，产物经1H NMR、IR和m.p. 确证结构，收率范围在64.7~81.3%，考察了不同取代基对收率的影响。 3 实现了N-芳基吗啉的微波水相简便合成。首先研究了微波辅助下N-苯基吗啉的合成工艺，得出最佳工艺条件，收率为80.1%。产物经1H NMR、IR和m.p. 确证结构；在建立的最佳工艺条件下，合成了一系列N-芳基吗啉，产品收率范围在65.4~88.3%，对产物结构进行了相应表征，并探讨了芳胺取代基对反应收率的影响规律。 4 采用微波技术实现了N-芳基吡咯烷（吗啉）的水相简便合成，合成工艺具有反应迅速、条件温和、处理简单、产品纯度高、环境友好等优点，具有较好的工业化应用前景。
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撰写目的和基本思路
- 目的：现有报道合成N-芳基吡咯烷（吗啉）文献中大多存在繁琐的步骤，而且反应条件苛刻，原料难得、昂贵等缺点，使其不利于工业生产。 思路：研究小组首先对N-苯基吡咯烷(吗啉)微波合成工艺进行研究。采用单因素实验及正交实验法考察了溶剂、缚酸剂、温度、时间、原料配比、功率对反应收率的影响，获得最佳的工艺条件，并在此工艺下合成两大类化合物（N-芳基吡咯烷和N-芳基吗啉）。
科学性、先进性及独特之处
- 以往文献报道的N-芳基吡咯烷合成方法存在反应步骤复杂、条件苛刻、反应时间过长、且污染环境不利于工业生产。本实验在水相中常温常压（节能，方便）条件下的微波合成（无污染）反应，反应时间明显缩短，后处理简单（萃取），产率较高，适合工业化生产。 研究组结合N-芳基吡咯烷研究成果，进一步考察了N-苯基吗啉的合成，并成功合成了一系列N-芳基吗啉，充分说明该方法构建五六元杂环化合物具有一定的普适性。
应用价值和现实意义
- 含取代基的各种吡咯烷（吗啉）化合物在医药、生物等领域的用途越来越广泛，因而其合成方法的研究已成为关注的一个重点。作品采用微波水相绿色合成技术成功实现了N-芳基吡咯烷（或吗啉）的合成，该工艺具有反应迅速、条件温和、后处理简单、环境友好等优点，工业化应用前景较好。该工艺的开发将有助于天然产物化学、材料化学、药物化学以及能源技术等的发展，同时也丰富了有机合成方法学的内容。
学术论文摘要
- 摘要：以苯胺和1,4-丁二醇二甲磺酸酯为原料，在碱性条件下发生微波反应，生成N-苯基吡咯烷。采用单因素实验及正交实验法考察不同的碱、溶剂、温度、时间、功率、原料配比对产品收率的影响，获得了最佳的工艺条件：以水作溶剂，碳酸钾作碱，原料配比：n(苯胺)∶n(1,4-丁二醇二甲磺酸酯)∶n(碳酸钾) = 1:1.3:1.3，时间60 min，微波功率200 W，反应温度100 ℃时，收率可达78.6 %。该工艺条件具有反应迅速、条件温和、处理简单、产品纯度高、环境友好等优点，具有较好的工业化应用前景。
获奖情况
- 1.N-苯基吡咯烷的微波合成工艺研究，精细化工，2011, 28(2), 188-190； 2.微波辅助下N-苯基吗啉的合成工艺研究，化工时刊，2011, 25(4), 1-4； 3.Microwave-assisted convenient synthesis of N-arylpyrrolidines in water, Chinese Chemical Letters 2011, 22(3), 276-279
鉴定结果
- 无
参考文献
- 1.Chinese Chemical Letters, 2006, 17(12): 1540-1542. 2.Bull. Chem. Soc. Jpn., 1987, 60: 3456-3458. 3.Tetrahedron, 1989, 45(3): 629-636. 4.Tetrahedron Lett., 2002, 43: 9291-9294 5.Org. Lett., 2003, 23(5): 4397-4400. 6.J. Org. Chem., 2000, 65: 1158-1174. 7.J. Org. Chem., 1985, 50(9): 1365-1370. 8.Organic Syntheses, 2006, 83: 31-37. 9.Green Chem., 2010, 12: 276-281.
同类课题研究水平概述
- 已报道合成N-芳基吡咯烷（吗啉）：反应时间过长、反应条件苛刻（高温高压加催化剂）、后处理步骤复杂（柱层析等）。近期相关文献采用微波技术有效合成了N-芳基吡咯烷（吗啉），但在合成方法中均需要加压反应、高温反应，亦或使用重金属催化剂和毒性较大的有机溶剂如(DMSO，THF)等条件。为了在有机合成反应中切实践行绿色、环保、节能低碳的概念，本文结合已有文献，对微波水相合成N-芳基吡咯烷(吗啉)进行了系统的探索和研究。此研究方法具有以下几大优势： 1 水相反应具有低污染的优势，水作为廉价而环保的溶剂，易得，符合经济效益；而且有机反应中多数有机物不溶于水，方便产物的分离纯化等； 2 微波辅助有机合成是当今化学界研究的热点，原因在于其对反应有巨大的促进作用，研究发现，其效率是加热常规反应速度的数十倍甚至数百倍。一般的有机反应可以再数分钟或者一分钟之内就可以充分反应； 3 微波水相反应相较于以往所有的反应具有独到的优势，原因在于水对微波的良好吸收性，在微波辐射下可以快速的将水加热反应体系设定温度，提高反应效率。
