一种催化制备取代苯并[g]苯并吡喃衍生物的方法

摘要

本发明公开了一种催化制备2‑氨基‑3‑氰基‑4‑芳基‑5，10‑二氧代‑5，10‑二氢‑4H‑苯并[g]苯并吡喃衍生物的方法，属于有机化工技术领域。该制备反应中芳香醛、丙二腈和2‑羟基‑1，4‑萘醌的摩尔比为1：1：1，酸性离子液体催化剂的摩尔量是所用芳香醛的3～6％，反应溶剂水和乙醇混和液的体积量为丙二腈摩尔量的5～7倍，室温条件下反应10～20min，反应结束后有大量固体析出，抽滤，所得滤渣重结晶、干燥后得到纯2‑氨基‑3‑氰基‑4‑芳基‑5，10‑二氧代‑5，10‑二氢‑4H‑苯并[g]苯并吡喃衍生物。本发明与采用其它酸作催化剂的制备方法相比，具有催化剂催化活性高、使用量少、循环使用次数多以及整个制备过程原料利用率高、操作简单方便等特点，便于工业化大规模生产。

权利要求

1.一种催化制备取代苯并[g]苯并吡喃衍生物的方法，其特征在于，所述制备反应中芳香醛、丙二腈和2-羟基-1，4-萘醌的摩尔比为1：1：1，酸性离子液体催化剂的摩尔量是所用芳香醛的3～6％，以毫升计的反应溶剂水和乙醇混和液的体积量为以毫摩尔计的丙二腈摩尔量的5～7倍，反应压力为一个大气压，室温条件下反应10～20min，反应结束后有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇重结晶、真空干燥后得到纯2-氨基-3-氰基-4-芳基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃衍生物；

所述芳香醛为苯甲醛、邻氯苯甲醛、对氯苯甲醛、对甲基苯甲醛、邻硝基苯甲醛、对硝基苯甲醛、间硝基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、对羟基苯甲醛、间溴苯甲醛、2，4-二氯苯甲醛中的任一种；

所述反应溶剂中水和乙醇的体积比为1：1；

所述酸性离子液体催化剂的结构式为：

2.如权利要求1所述的一种催化制备取代苯并[g]苯并吡喃衍生物的方法，其特征在于，所述抽滤后的滤液无需任何处理可重复使用至少7次。

说明书

一种催化制备取代苯并[g]苯并吡喃衍生物的方法

技术领域

[0001] 本发明属于有机化工技术领域，具体涉及一种催化制备2-氨基-3-氰基-4-芳基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃衍生物的方法。

背景技术

[0002] 2-氨基-3-氰基-4-芳基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃衍生物是含有苯并吡喃结构的一种具有重要生物活性的杂环化合物，具有广泛的生理活性和药理活性，如抗发育不良、抗过敏作用、降血糖作用、抗菌、抗癌活性和用于治疗过敏性气管炎、糖尿病等。此类化合物通常通过醛、活泼亚甲基化合物和2-羟基-1，4-萘醌的三组分一锅法反应进行制备，但采用传统催化剂普遍存在反应时间长、产率不够高、有毒有害、价格昂贵、后处理繁琐等缺点。因此，开发一种绿色、高效、方便快捷地制备2-氨基-3-氰基-4-芳基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃衍生物的方法成为许多有机合成工作者普遍关注的问题。

[0003] 酸性功能化离子液体，特别是对水和空气比较稳定的布朗斯特酸性离子液体，由于其具有种类多、活性位密度高、强度分布均匀、活性位不易流失等特点而被应用到2-氨基-3-氰基-4-芳基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃衍生物的制备反应中。比如Hamid Reza Shaterian等以甲酸3-甲基咪唑鎓盐离子液体作为催化剂，可以高效地催化芳香醛、丙二腈和2-羟基-1，4-萘醌发生三组分“一锅法”反应制得2-氨基-3-氰基-4-芳基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃衍生物，其中催化剂的摩尔用量为所用芳香醛的15％。此外，该酸性离子液体催化剂可以至少循环使用4次，在循环使用过程中的结构保持不变且催化活性未有明显降低(Effective preparation of 2-amino-3-cyano-
4-aryl-5，10-dioxo-5，10-dihydro-4H-benzo[g]chromene and hydroxyl naphthalene-
1，4-dione derivatives under ambient and solvent-free conditions[J]，Journal of Molecular Liquids，2013，177:353～360)。但上述方法采用的酸性离子液体的结构母体是难生物降解的咪唑结构，制备价格较高，这与绿色化工的政策是相背的。此外，上述酸性的离子液体的酸度比较低，导致在使用时其使用量较大。

[0004] 为了解决上述问题，该课题组改用廉价的、非咪唑基的硫酸氢化三乙铵鎓盐酸性酸性离子液体作为非均相催化剂，在无溶剂和室温的条件下可以有效地催化制备2-氨基-3-氰基-4-芳基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃衍生物，其催化剂的摩尔用量降低为所用芳香醛的10％(Preparation of2-amino-3-cyano-4-aryl-5，10-dioxo-5，
10-dihydro-4H-benzo[g]chromene and hydroxyl naphthalene-1，4-dione derivatives[J]，Research on Chemical Intermediates，2015，41：3171～3191)。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中利用酸性离子液体催化制备2-氨基-3-氰基-4-芳基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃衍生物过程中存在的由于离子液体酸度低而导致其使用量大且循环使用中损失量也较大、后处理复杂等缺点，而提供一种易生物降解、酸度较高、制备简单、使用量低的酸性离子液体作绿色催化剂，乙醇作溶剂条件下催化制备2-氨基-3-氰基-4-芳基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃衍生物的方法。

[0006] 本发明所使用的酸性离子液体催化剂的结构式为：

[0007]

[0008] 本发明所提供的一种催化制备2-氨基-3-氰基-4-芳基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃衍生物的方法，其化学反应式为：

[0009]

[0010] 其中：反应中芳香醛(I)、丙二腈(II)和2-羟基-1，4-萘醌(III)的摩尔比为1：1：1，酸性离子液体催化剂的摩尔量是所用芳香醛的3～6％，以毫升计的反应溶剂水和乙醇混和液(V(水)：V(乙醇)＝1：1)的体积量为以毫摩尔计的丙二腈摩尔量的5～7倍，反应压力为一个大气压，室温条件下反应10～20min，反应结束后有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇重结晶、真空干燥后得到纯2-氨基-3-氰基-4-芳基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃衍生物(IV)。滤液无需任何处理直接用于下一次反应，可以重复使用至少7次，其产物收率未有明显降低。

[0011] 本发明所用的芳香醛为苯甲醛、邻氯苯甲醛、对氯苯甲醛、对甲基苯甲醛、邻硝基苯甲醛、对硝基苯甲醛、间硝基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、对羟基苯甲醛、间溴苯甲醛、2，4-二氯苯甲醛中的任一种。

[0012] 本发明所使用的酸性离子液体催化剂的制备方法，参见相关文献(Novel multiple-acidic ionic liquids:catalysts for environmentally friendly benign synthesis of trans-β-nitrostyrenes under solvent-free conditions,Industrial&Engineering Chemistry Research，2014，53：547～552)。

[0013] 本发明与其它酸作催化剂的制备方法相比，具有以下优点：

[0014] 1、含有两个-SO3H的酸性离子液体的酸度高，催化活性好；

[0015] 2、催化剂使用量少且循环使用中损失量也较少，循环使用次数较多；

[0016] 3、原料利用率高，原子经济性较好；

[0017] 4、制备催化剂的原料廉价易得；

[0018] 5、整个制备过程简单和方便，反应条件比较温和，便于工业化大规模生产。

附图说明

[0019] 图1为本发明酸性离子液体催化制备2-氨基-3-氰基-4-芳基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃衍生物的工艺流程图。

[0020] 图2为本发明酸性离子液体催化剂在催化制备2-氨基-3-氰基-4-苯基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃反应中循环使用时的产物收率变化图。

[0021] 图3为本发明酸性离子液体催化剂在催化制备2-氨基-3-氰基-4-(2-氯苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃反应中循环使用时的产物收率变化图。

[0022] 图4为本发明酸性离子液体催化剂在催化制备2-氨基-3-氰基-4-(4-甲氧基苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃反应中循环使用时的产物收率变化图。

具体实施方式

[0023] 本发明的实质特点和显著效果可以从下述的实施例中得以体现，但它们并不对本发明作任何限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，均属于本发明的保护范围。下面通过具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中实施例中反应产物的测试表征使用的是德国Bruker公司、型号为AVANCE-II 300MHz的核磁共振仪；反应产物的熔点采用毛细管法测定。

[0024] 实施例1

[0025] 将2mmol苯甲醛、2mmol丙二腈、2mmol 2-羟基-1，4-萘醌和0.06mmol酸性离子液体分别加入到盛有10ml水和乙醇混和液(V(水)：V(乙醇)＝1：1)的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。室温下搅拌反应12min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，反应结束后有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇重结晶、真空干燥后得到纯2-氨基-3-氰基-4-苯基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃，收率为94％。滤液中加入苯甲醛、丙二腈和2-羟基-1，4-萘醌后进行重复使用。

[0026] 2-氨基-3-氰基-4-苯基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃：m.p.260～262℃；1H NMR(300MHz，DMSO-d6):δ＝4.63(s，1H，CH)，7.24～8.08(m，11H，ArH，NH2)[0027] 实施例2

[0028] 将2mmol对甲基苯甲醛、2mmol丙二腈、2mmol 2-羟基-1，4-萘醌和0.08mmol酸性离子液体分别加入到盛有12ml水和乙醇混和液(V(水)：V(乙醇)＝1：1)的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。室温下搅拌反应16min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，反应结束后有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇重结晶、真空干燥后得到纯2-氨基-3-氰基-4-(4-甲基苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃，收率为90％。滤液中加入对甲基苯甲醛、丙二腈和2-羟基-1，4-萘醌后进行重复使用。

[0029] 2-氨基-3-氰基-4-(4-甲基苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃：m.p.246～248℃；1H NMR(300MHz，DMSO-d6):δ＝2.22(s，3H，CH3)，4.58(s，1H，CH)，7.07～8.03(m，10H，ArH，NH2)

[0030] 实施例3

[0031] 将2mmol对甲氧基苯甲醛、2mmol丙二腈、2mmol 2-羟基-1，4-萘醌和0.08mmol酸性离子液体分别加入到盛有12ml水和乙醇混和液(V(水)：V(乙醇)＝1：1)的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。室温下搅拌反应14min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，反应结束后有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇重结晶、真空干燥后得到纯2-氨基-3-氰基-4-(4-甲氧基苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃，收率为88％。滤液中加入对甲氧基苯甲醛、丙二腈和2-羟基-1，4-萘醌后进行重复使用。

[0032] 2-氨基-3-氰基-4-(4-甲氧基苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃：m.p.247～248℃；1H NMR(300MHz，DMSO-d6):δ＝3.69(s，3H，CH3)，4.56(s，1H，CH)，6.82～8.02(m，10H，ArH，NH2)

[0033] 实施例4

[0034] 将2mmol对羟基苯甲醛、2mmol丙二腈、2mmol 2-羟基-1，4-萘醌和0.12mmol酸性离子液体分别加入到盛有12ml水和乙醇混和液(V(水)：V(乙醇)＝1：1)的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。室温下搅拌反应15min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，反应结束后有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇重结晶、真空干燥后得到纯2-氨基-3-氰基-4-(4-羟基苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃，收率为90％。滤液中加入对羟基苯甲醛、丙二腈和2-羟基-1，4-萘醌后进行重复使用。

[0035] 2-氨基-3-氰基-4-(4-羟基苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃：m.p.255～257℃；1H NMR(300MHz，DMSO-d6):δ＝4.48(s，1H，CH)，6.63～8.01(m，10H，ArH，NH2)，9.33(s，1H，OH)

[0036] 实施例5

[0037] 将2mmol对硝基苯甲醛、2mmol丙二腈、2mmol 2-羟基-1，4-萘醌和0.10mmol酸性离子液体分别加入到盛有14ml水和乙醇混和液(V(水)：V(乙醇)＝1：1)的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。室温下搅拌反应13min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，反应结束后有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇重结晶、真空干燥后得到纯2-氨基-3-氰基-4-(4-硝基苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃，收率为91％。滤液中加入对硝基苯甲醛、丙二腈和2-羟基-1，4-萘醌后进行重复使用。

[0038] 2-氨基-3-氰基-4-(4-硝基苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃：m.p.236～238℃；1H NMR(300MHz，DMSO-d6):δ＝4.79(s，1H，CH)，7.46～8.15(m，10H，ArH，NH2)

[0039] 实施例6

[0040] 将2mmol间溴苯甲醛、2mmol丙二腈、2mmol 2-羟基-1，4-萘醌和0.08mmol酸性离子液体分别加入到盛有12ml水和乙醇混和液(V(水)：V(乙醇)＝1：1)的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。室温下搅拌反应12min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，反应结束后有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇重结晶、真空干燥后得到纯2-氨基-3-氰基-4-(3-溴苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃，收率为92％。滤液中加入间溴苯甲醛、丙二腈和2-羟基-1，4-萘醌后进行重复使用。

[0041] 2-氨基-3-氰基-4-(3-溴苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃：m.p.257～259℃；1H NMR(300MHz，DMSO-d6):δ＝4.63(s，1H，CH)，7.23～8.05(m，10H，ArH，NH2)

[0042] 实施例7

[0043] 将2mmol邻氯苯甲醛、2mmol丙二腈、2mmol 2-羟基-1，4-萘醌和0.10mmol酸性离子液体分别加入到盛有10ml水和乙醇混和液(V(水)：V(乙醇)＝1：1)的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。室温下搅拌反应14min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，反应结束后有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇重结晶、真空干燥后得到纯2-氨基-3-氰基-4-(2-氯苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃，收率为89％。滤液中加入邻氯苯甲醛、丙二腈和2-羟基-1，4-萘醌后进行重复使用。

[0044] 2-氨基-3-氰基-4-(2-氯苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃：m.p.240～242℃；1H NMR(300MHz，DMSO-d6):δ＝5.13(s，1H，CH)，7.21～8.04(m，10H，ArH，NH2)

[0045] 实施例8

[0046] 将2mmol 2，4-二氯苯甲醛、2mmol丙二腈、2mmol 2-羟基-1，4-萘醌和0.10mmol酸性离子液体分别加入到盛有10ml水和乙醇混和液(V(水)：V(乙醇)＝1：1)的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。室温下搅拌反应13min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，反应结束后有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇重结晶、真空干燥后得到纯2-氨基-3-氰基-4-(2，4-二氯苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃，收率为90％。滤液中加入2，4-二氯苯甲醛、丙二腈和2-羟基-1，4-萘醌后进行重复使用。

[0047] 2-氨基-3-氰基-4-(2，4-二氯苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃：m.p.240～242℃；1H NMR(300MHz，DMSO-d6):δ＝5.13(s，1H，CH)，7.21～8.04(m，10H，ArH，NH2)

[0048] 实施例9

[0049] 以实施例1为探针反应，作反应催化剂酸性离子液体的活性重复性试验，离子液体重复使用7次，产物2-氨基-3-氰基-4-苯基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃的收率变化见图2。

[0050] 实施例10

[0051] 以实施例2为探针反应，作反应催化剂酸性离子液体的活性重复性试验，离子液体重复使用7次，产物2-氨基-3-氰基-4-(4-甲基苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃的收率变化见图3。

[0052] 实施例11

[0053] 以实施例3为探针反应，作反应催化剂酸性离子液体的活性重复性试验，离子液体重复使用7次，产物2-氨基-3-氰基-4-(4-甲氧基苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃的收率变化见图4。

[0054] 由图2、3和4可以看出：催化剂酸性离子液体在循环使用制备2-氨基-3-氰基-4-苯基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃、2-氨基-3-氰基-4-(4-甲基苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃和2-氨基-3-氰基-4-(4-甲氧基苯基)-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃的过程中的收率稍有降低，但降低幅度均比较小。
因此，该催化剂酸性离子液体在催化制备2-氨基-3-氰基-4-芳基-5，10-二氧代-5，10-二氢-4H-苯并[g]苯并吡喃衍生物过程中可以被循环使用，其催化活性未有明显降低。