一种碱性离子液体催化制备吡喃并4，3-b吡喃衍生物的方法

技术领域

本发明属于化学材料制备技术领域，具体涉及一种碱性离子液体催化制备吡喃并[4，3-b]吡喃衍生物的方法。

背景技术

吡喃类衍生物是一类十分重要的化合物，具有广泛的生物活性和药理活性，如抗过敏作用、降血糖作用、抗菌、抗癌活性和用于治疗过敏性气管炎、抗发育不良和治疗糖尿病等。另外，含有吡喃环的化合物还能转变成具有钙离子调节功能的吡啶系列化合物。作为吡喃类衍生物中的一种，吡喃并[4，3-b]吡喃衍生物还可作为非肽类艾滋病毒蛋白酶的抑制剂。因此，研究吡喃并[4，3-b]吡喃衍生物的制备具有非常重要的意义。

离子液体是由一种含氮杂环的有机阳离子和一种无机或有机阴离子组成的液态盐类。在有机合成中，它与传统的有机溶剂相比，具有不挥发、溶解能力强、不易燃、可以为反应提供一个全离子环境等特点，近年来离子液体作为反应溶剂在有机合成中得到了广泛的应用。比如李玉玲等以离子液体[Bmim]BF₄作为反应溶剂兼催化剂，可以有效地催化芳香醛、丙二腈或氰基乙酸乙酯与4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮发生三组分反应制得吡喃并[4，3-b]吡喃衍生物(离子液体中吡喃并[3，2-c]吡喃衍生物的一步合成[J]，江苏师范大学学报(自然科学版)，2015，33(4)：53～56)。但是离子液体[Bmim]BF₄属于中性物质，不具有碱催化能力，在上述反应中仅仅起到相转移催化剂的作用，导致其用量较大。为了缩短反应时间和降低反应温度，Yuling>4作为反应溶剂，考虑到该离子液体的制备过程比较复杂且价格昂贵，所以该方法不太适宜工业化大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中在离子液体中制备吡喃并[4，3-b]吡喃衍生物过程中存在离子液体使用量较大、不易生物降解、制备过程较复杂且价格较高，原料利用率低、产物提纯过程复杂以及催化剂不能循环使用且易带来环境污染等缺点，而提供一种催化活性较高、制备过程简单、成本价格较低且易生物降解的碱性离子液体催化剂，原料利用率高、产物提纯简便及催化系统可直接循环使用的催化制备吡喃并[4，3-b]吡喃衍生物的方法。

本发明所使用的碱性离子液体催化剂的结构式为：

本发明所提供的一种碱性离子液体催化制备吡喃并[4，3-b]吡喃衍生物的方法，其化学反应式为：

其中反应中芳香醛(I)、4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮(II)和活泼亚甲基化合物(III)的摩尔比为1：1：1，碱性离子液体催化剂的摩尔量是所用芳香醛的15～20％，以毫升计的反应溶剂水的体积量为以毫摩尔计的芳香醛摩尔量的10～14倍，反应压力为一个大气压，回流反应时间为15～45min，反应结束后冷却至室温，碾碎析出的固体，静置，抽滤，滤渣经二甲基甲酰胺洗涤、真空干燥后得到吡喃并[4，3-b]吡喃衍生物(IV)。滤液中含有的碱性离子液体催化剂及少量未反应完的原料，可不经处理重复使用。

本发明所用的芳香醛为苯甲醛、对氯苯甲醛、邻氯苯甲醛、间氯苯甲醛、2，4-二氯苯甲醛、3，4-二氯苯甲醛、对甲基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、间硝基苯甲醛、对硝基苯甲醛、对溴苯甲醛中的任一种。

本发明所用的活泼亚甲基化合物为丙二腈或氰基乙酸乙酯。

本发明所使用的碱性离子液体催化剂的制备方法，见相关文献(Biodieselproduction by transesterification catalyzed by an efficient choline ionic liquid catalyst,Applied Energy，2013，108：333-339)。

本发明与其它离子液体作催化剂的制备方法相比，具有以下优点：

1、碱性离子液体催化剂的催化活性较高，可催化活性较弱的芳香醛和活泼亚甲基化合物发生反应；

2、反应原料利用率高，原子经济性较好；

3、使用水作为反应溶剂，绿色无污染；

4、催化剂不经任何处理可重复使用，循环使用中损失量较少，循环使用次数较多；

5、催化剂制备较为简单且原料廉价；

6、产物的提纯过程简便，不需要重结晶过程，便于工业化大规模生产。

具体实施方式

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公司的型号为AVANCE-III 500MHz的核磁共振仪；红外光谱测试表征采用的是德国Bruker公司的型号为Bruker tensor 37FT-IR红外光谱仪(KBr压片)；反应产物的熔点采用毛细管法测定。

实施例1

将1mmol对氯苯甲醛、1mmol 4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮、1mmol丙二腈和0.17mmol碱性离子液体分别加入到盛有10ml水的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。加热回流反应21min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，碾碎析出的固体，静置，抽滤，滤渣经二甲基甲酰胺洗涤、真空干燥后得到2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-氯苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈，收率为89％，滤液中直接加入对氯苯甲醛、4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮和丙二腈后进行重复使用。

2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-氯苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈：m.p.231～233℃；IR(KBr)：3371，3315，3179，2225，1718cm^-1；¹H>6)：δ＝2.14(s，3H)，4.58(s，1H)，6.51(s，1H)，6.64(s，2H)，7.19(d，J＝8.2Hz，2H)，7.55(d，J＝8.2Hz，2H)

实施例2

将1mmol邻氯苯甲醛、1mmol 4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮、1mmol丙二腈和0.18mmol碱性离子液体分别加入到盛有10ml水的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。加热回流反应27min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，碾碎析出的固体，静置，抽滤，滤渣经二甲基甲酰胺洗涤、真空干燥后得到2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(2-氯苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈，收率为87％，滤液中直接加入邻氯苯甲醛、4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮和丙二腈后进行重复使用。

2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(2-氯苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈：m.p.269～271℃；IR(KBr)：3379，3312，3173，2204，1715cm^-1；¹H>6)：δ＝2.03(s，3H)，4.39(s，1H)，6.56(s，1H)，6.91(s，2H)，7.20～7.46(m，4H)

实施例3

将1mmol 2，4-二氯苯甲醛、1mmol 4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮、1mmol丙二腈和0.19mmol碱性离子液体分别加入到盛有14ml水的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。加热回流反应34min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，碾碎析出的固体，静置，抽滤，滤渣经二甲基甲酰胺洗涤、真空干燥后得到2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(2，4-二氯苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈，收率为84％，滤液中直接加入2，4-二氯苯甲醛、4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮和丙二腈后进行重复使用。

2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(2，4-二氯苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈：m.p.233～235℃；IR(KBr)：3384，3320，3175，2207，1711cm^-1；¹H>6)：δ＝2.16(s，3H)，4.34(s，1H)，6.47(s，1H)，6.83(s，2H)，7.31(d，J＝8.1Hz，2H)，7.42(d，J＝8.1Hz，1H)

实施例4

将1mmol 3，4-二氯苯甲醛、1mmol 4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮、1mmol丙二腈和0.18mmol碱性离子液体分别加入到盛有14ml水的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。加热回流反应30min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，碾碎析出的固体，静置，抽滤，滤渣经二甲基甲酰胺洗涤、真空干燥后得到2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(3，4-二氯苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈，收率为82％，滤液中直接加入3，4-二氯苯甲醛、4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮和丙二腈后进行重复使用。

2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(3，4-二氯苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈：m.p.237～239℃；IR(KBr)：3385，3314，3171，2217，1712cm^-1；¹H>6)：δ＝2.11(s，3H)，4.48(s，1H)，6.40(s，1H)，6.69(s，2H)，7.08(d，J＝8.1Hz，1H)，7.41(d，J＝8.1Hz，1H)，7.62(d，J＝8.1Hz，1H)

实施例5

将1mmol对甲基苯甲醛、1mmol 4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮、1mmol丙二腈和0.19mmol碱性离子液体分别加入到盛有10ml水的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。加热回流反应35min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，碾碎析出的固体，静置，抽滤，滤渣经二甲基甲酰胺洗涤、真空干燥后得到2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈，收率为88％，滤液中直接加入对甲基苯甲醛、4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮和丙二腈后进行重复使用。

2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈：m.p.217～219℃；IR(KBr)：3359，3298，3161，2226，1711cm^-1；¹H>6)：δ＝2.12(s，3H)，2.23(s，3H)，4.45(s，1H)，6.46(s，1H)，6.79(s，2H)，7.22(d，J＝8.2Hz，2H)，7.37(d，J＝8.2Hz，2H)

实施例6

将1mmol对甲氧基苯甲醛、1mmol 4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮、1mmol丙二腈和0.20mmol碱性离子液体分别加入到盛有12ml水的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。加热回流反应39min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，碾碎析出的固体，静置，抽滤，滤渣经二甲基甲酰胺洗涤、真空干燥后得到2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲氧基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈，收率为86％，滤液中直接加入对甲氧基苯甲醛、4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮和丙二腈后进行重复使用。

2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲氧基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈：m.p.228～230℃；IR(KBr)：3372，3316，3168，2219，1716cm^-1；¹H>6)：δ＝2.23(s，3H)，3.58(s，3H)，4.47(s，1H)，6.59(s，1H)，6.72(s，2H)，7.03(d，J＝8.2Hz，2H)，7.31(d，J＝8.2Hz，2H)

实施例7

将1mmol间硝基苯甲醛、1mmol 4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮、1mmol丙二腈和0.15mmol碱性离子液体分别加入到盛有13ml水的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。加热回流反应25min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，碾碎析出的固体，静置，抽滤，滤渣经二甲基甲酰胺洗涤、真空干燥后得到2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(3-硝基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈，收率为92％，滤液中直接加入间硝基苯甲醛、4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮和丙二腈后进行重复使用。

2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(3-硝基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈：m.p.236～238℃；IR(KBr)：3387，3318，3169，2211，1718cm^-1；¹H>6)：δ＝2.14(s，3H)，4.41(s，1H)，6.44(s，1H)，6.83(s，2H)，7.48(t，J＝8.0Hz，1H)，7.64～8.07(m，3H)

实施例8

将1mmol对溴苯甲醛、1mmol 4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮、1mmol氰基乙酸乙酯和0.20mmol碱性离子液体分别加入到盛有14ml水的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。加热回流反应42min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，碾碎析出的固体，静置，抽滤，滤渣经二甲基甲酰胺洗涤、真空干燥后得到2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-溴苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-羧酸乙酯，收率为84％，滤液中直接加入对溴苯甲醛、4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮和氰基乙酸乙酯后进行重复使用。

2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-溴苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-羧酸乙酯：m.p.195～198℃；IR(KBr)：3385，3319，3174，1688，1677cm^-1；¹H>6)：δ＝0.92(s，3H)，2.02(s，3H)，3.91(d，J＝6.8Hz，2H)，4.39(s，1H)，6.33(s，1H)，6.69(s，2H)，7.08(d，J＝8.4Hz，2H)，7.43(d，J＝8.4Hz，2H)

实施例9

将1mmol对甲基苯甲醛、1mmol 4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮、1mmol氰基乙酸乙酯和0.20mmol碱性离子液体分别加入到盛有12ml水的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。加热回流反应37min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，碾碎析出的固体，静置，抽滤，滤渣经二甲基甲酰胺洗涤、真空干燥后得到2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-羧酸乙酯，收率为85％，滤液中直接加入对甲基苯甲醛、4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮和氰基乙酸乙酯后进行重复使用。

2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-羧酸乙酯：m.p.200～202℃；IR(KBr)：3368，3311，3165，1702，1673cm^-1；¹H>6)：δ＝0.98(s，3H)，2.12(s，3H)，2.23(s，3H)，3.87(d，J＝7.0Hz，2H)，4.41(s，1H)，6.39(s，1H)，6.83(s，2H)，7.26(d，J＝8.2Hz，2H)，7.34(d，J＝8.2Hz，2H)

实施例10

将1mmol对甲氧基苯甲醛、1mmol 4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮、1mmol氰基乙酸乙酯和0.20mmol碱性离子液体分别加入到盛有10ml水的带有搅拌子和冷凝管的50ml单口瓶中。加热回流反应36min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，碾碎析出的固体，静置，抽滤，滤渣经二甲基甲酰胺洗涤、真空干燥后得到2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲氧基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-羧酸乙酯，收率为87％，滤液中直接加入对甲氧基苯甲醛、4-羟基-6-甲基吡喃-2-酮和氰基乙酸乙酯后进行重复使用。

2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲氧基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-羧酸乙酯：m.p.212～214℃；IR(KBr)：3364，3314，3172，1714，1688cm^-1；¹HNMR(500MHz，DMSO-d₆)：δ＝1.04(s，3H)，2.15(s，3H)，3.53(s，3H)，3.82(d，J＝7.0Hz，2H)，4.38(s，1H)，6.35(s，1H)，6.92(s，2H)，7.29(d，J＝8.3Hz，2H)，7.44(d，J＝8.3Hz，2H)

实施例11

以实施例3为探针反应，作反应催化剂碱性离子液体的活性重复性试验，离子液体重复使用8次，产物2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(2，4-二氯苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈的收率变化见表1。

表1、催化剂碱性离子液体在制备2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(2，4-二氯苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈中的活性重复性试验结果

实施例12

以实施例5为探针反应，作反应催化剂碱性离子液体的活性重复性试验，离子液体重复使用5次，产物2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈的收率变化见表2。

表2、催化剂碱性离子液体在制备2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈中的活性重复性试验结果

实施例13

以实施例9为探针反应，作反应催化剂碱性离子液体的活性重复性试验，离子液体重复使用5次，产物2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-羧酸乙酯的收率变化见表3。

表3、催化剂碱性离子液体在制备2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-羧酸乙酯中的活性重复性试验结果

实施例14

以实施例10为探针反应，作反应催化剂碱性离子液体的活性重复性试验，离子液体重复使用5次，产物2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲氧基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-羧酸乙酯的收率变化见表4。

表4、催化剂碱性离子液体在制备2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲氧基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-羧酸乙酯中的活性重复性试验结果

由表1、2、3和4可以看出：催化剂碱性离子液体在循环使用8次后，其所得产物2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(2，4-二氯苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈、2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-腈、2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-羧酸乙酯和2-氨基-7-甲基-5-氧代-4-(4-甲氧基苯基)-4H，5H-吡喃[4，3-b]吡喃-3-羧酸乙酯收率的降低幅度均在4％以内。因此，可以推断出该催化剂碱性离子液体在催化制备吡喃并[4，3-b]吡喃衍生物的过程中可以被循环使用，其催化活性未有明显降低。