The Systhesis of Heterocyclic Compounds from Amide Acetals LIU Yifeng, ZHANG Juan, QIAO Chang'an# (Institute of Applied Chemistry, Northwest University, Xi'an 710069 #Import and Export Commodity of P.R. of China Inspection Bureau, Xi'an 710068) Abstract Benzimidazole, 3-phenylpyrazole and 2-dimethylamino-1,3-dioxohexane were synthesized from amide acetals in high yield under mild conditions. Key words Amide acetals, Synthesis, Heterocyclic compounds 摘要 采用酰胺缩醛为原料，较高产率地合成了苯并咪唑、3-苯基吡唑和2-二甲氨基1,3-氧杂已烷。 关键词 酰胺缩醛 合成 杂环化合物 酰胺缩醛在杂环化合物合成方面的应用 刘毅锋 张娟 乔长安# (西北大学应用化学研究所 西安 710069 #陕西省进出口商品检验局 西安 710068) 酰胺缩醛作为单碳给予体，用于合成吲哚、嘧啶、咪唑、吡唑和吡唑酮等系列的氮杂环衍生物，也可合成含氧、硫的杂环化合物，在合成金刚烷等复杂环和一些天然产物方面已取得了很好的应用效果[1-3]。成环途径主要有三种，其一是活性甲基、亚甲基或氨基反应后生成烯胺或脒，后者再和分子内的羟基或氨基、巯基等含活性氢的基团反应生成环状化合物。其二酰胺缩醛和羰基化合物生成氨基烯酮，再和胍或肼类化合物作用后关环。笔者采用酰胺缩醛合成出了苯并咪唑、3-苯基吡唑和2-二甲氨基-1,3-氧杂己烷，经资料检索，未见相关报道。该方法简便，产率高，具有很好的应用价值。化学反应式如下： 1 实验部分 1.1 仪器与试剂 XT-4型熔点测定仪；PE-2400型元素分析仪；日本岛津IR-450红外光谱仪；日本电器集团公司XF-100核磁共振仪；Burker ZAB-HS型质谱仪。邻硝基苯胺、苯乙酮、水合肼和1,3-丙二醇为化学纯，DMF二甲基缩醛、DMF二乙基缩醛、DMF二正丙基缩醛、DMF二正丁基缩醛自制[4]。 1.2 苯并咪唑的合成 1.2.1 N，N-二甲基-N'-邻硝基苯甲脒 在四口瓶中加入邻硝基苯胺27.6g(0.2mol)和DMF二甲基缩醛23.8g(0.2mol)，加热回流2h，减压蒸馏，得产物35.0g，产率90.7%，产物为桔黄色透明粘稠液体，b.p.180～182°C(15mmHg)。元素分析实测值(计算值)/%：C 55.75(55.95)；H 5.70(5.74)；N 21.63(21.75)。 1.2.2 苯并咪唑 混合上述制备的N，N-二甲基-N'-邻硝基苯甲脒38.5g(0.2mol)和100mL水，然后，向其中滴加浓HCl 16.6mL(0.2mol)，然后分批加入铁粉61.6g(1.1mol)，充分搅拌，再滴加浓HCl8.3mL(0.1mol)，在90°C保温1h，用约40g 30%的NaOH溶液中和至中性，在90°C保温2h，使反应副产物二甲胺基本出完，然后趁热过滤，除去Fe2O3等不溶性杂质，母液冷却后析出针状黄色晶体18.3g,产率70.5%，m.p.170°C(文献[5]值：172°C)。元素分析实测值(计算值)%：C 71.02(71.17)；H 5.09(5.12)；N 23.64(23.71)。 1.3 3-苯基吡唑的合成 1.3.1 二甲胺基苯乙烯酮 在四口瓶中加入苯乙酮48g(0.4mol)和DMF二正丙基缩醛70g(0.4mol)，加热至100°C，反应2.5h，蒸出正丙醇，然后加入40mL甲苯，冷却，结晶，过滤，干燥。得中间体二甲胺基苯乙烯酮54g，产物为黄色针状结晶，m.p.88～89°C，产率77．1%。元素分析实测值(计算值)%:C 75.32(75.40)，H 7.21(7.48)，N 7.78(7.99)。 1.3.2 3-苯基吡唑 在反应瓶中加入上述制备的中间体二甲胺基苯乙烯酮70g和水合肼30g(0.6mol)，再加入溶剂甲苯80mL，加热至80°C反应2h后，分出甲苯层，水层用甲苯萃取两次，蒸出部分甲苯后倒入烧杯，冷却，结晶，过滤，干燥。得3-苯基吡唑52g,m.p.73～74°C，产率90.3%。元素分析实测值(计算值)%：C 76.03(76.19)；H 4.20(4.23)；N 19.28(19.58)。IR(KBr)/cm-1：3030(苯环C—H，m)，3155(N—H)，s)，695，754(苯环单取代，s)。NMR(CDCl3)，d:13.21(s,1H,N—H)，7.20～8.01(m,5H，Ar—H)，6.02(m,1H,5C—H)。MS,M/Z:144(M+,100),77(C6H5+，15.8)，145(M+1，10.9)。143(M-1，12.0)。 1.4 2-二甲氨基-1,3-氧烷已烷 将干燥的1,3-丙二醇15.2g(0.2mol)和DMF二甲基缩醛23.8g(0.2mol)混合后，加热至80°C反应2h，并在反应过程中不断蒸出甲醇，减压蒸馏反应残留物，收集54°C(10mmHg)馏分24．4g,产率93.1%。产物为无色透明液体，折光率1.4385(20°C)。元素分析实测值(计算值)%：C 54.81(54.94)；H 9．85(9.99)；N 10.61(10.68)。IR(KBr)/cm-1：1218(C—N，s)，1080～1153(C—O—C，s),2810(C—H(N—CH3),s),2945(C—H(CH2),s)。NMR(CDCl3)，d:2.25(s,6H,N(CH3)2),3.16(m,4H,N—CH(OCH2)2CH2),3.06(m,2H,N—CH(OCH2)2CH2).MS,M/Z:131(M+,100),72((CH3)2N—C+=O,20.1),87(+CH(OCH2)2CH2，43.0),44((CH3)2N+,50.1)。 2 结果讨论 2.1 酰胺缩醛中烷氧基结构对成环反应的影响 按照1.2.1所示试验方法，用0.2mol DMF二甲基缩醛或DMF二乙基缩醛、DMF二正丙基缩醛、DMF二正丁基缩醛和0.2mol邻硝基苯胺反应，合成苯并脒唑的中间体N，N-二甲基-N'-邻硝基苯甲脒，试验结果如表1所示。 酰胺缩醛中烷氧基结构对苯并脒唑成环反应的影响，主要表现在对中间体N，N-二甲基-N'-邻硝基苯甲脒合成产率的影响，上述试验结果表明：DMF二甲基缩醛和DMF二乙基缩醛的反应活性基本相当，随着烷基中碳原子数目的增多，其反应活性稍有降低。但并不是在杂环化合物合成时就首先活性高的酰胺缩醛，对于一些杂环化合物的合成，如果反应物中X—H(X=N或C、O、S)活泼性低时，需要较高的温度完成反应，此时用活性高的低沸点酰胺缩醛需要加压，除去副产物甲醇或乙醇时容易带出酰胺缩醛。所以，最好选择较高级醇的酰胺缩醛。 2.2 X—H键对成环反应的影响 用0.2mol DMF二甲基缩醛分别和0.2mol邻硝基苯胺或苯乙酮、丙二醇-1,3反应，试验结果如表2所示。
表2 X-H(X=N、C、O)对DMF二甲基缩合反应的影响
编号 | X-H | 反应物 | 产物 | 产量/g | 产率/%
5 | N—H |  |  | 35.0 | 90.7
6 | C—H |  |  | 25.2 | 72.0
7 | O—H |  |  | 24.4 | 93.1
用酰胺缩醛合成杂环化合物的关键步骤为酰胺缩醛和含N—H或C—H、O—H的化合物进行缩合反应，上述试验表明：当X=N或O时，即用胺或二元醇进行缩合反应时，反应产率高，在绝对干燥的条件下，几乎能定量生成目标物质。当X=C时，即对于含活性甲基或亚甲基的物质来说，由于C—H键活泼性差，产率较低。因此，可通过升高反应温度提高缩合反应的产率，从而提高杂环化合物合成的总产率。用酰胺缩醛可以合成很多品种的杂环化合物，本文只是给出了几个例子，希望能举一反三，使酰胺缩醛在杂环化合物合成方面得到广泛的应用。 3 参考文献 [1] Kadushin A V,Solovyeva N P,Granik V G.Khim.-Farm.ZH.,1993,27(3):40-43. [2] Fields S C,Parker M H,Erickson W R.J.Org.Chem.,1994,59(26):8284-8287. [3] Granik V G.Khim.Geterotsikl Soedin,1992,(6):762-780. [4] 刘毅锋，张娟.西北大学学报(自然科学版)，1996,26(3):240-242. [5] Aldrich chemical company inc.Catalog Handbook of Fine Chemicals, USA:Aldrich, 1994:137. 刘毅锋 男，43岁，副研究员，从事精细有机合成。 2000-01-09收稿，2000-12-18修回。