（有机化学专业论文）微波非热效应有机无溶媒化学反应研究.pdf

摘要 本论文对微波辐射下的无溶媒有机合成进行了深入的研究。 首先，对近年来微波辐射下有机无溶媒反应的研究进行了综述，回顾了有 机无溶媒反应的类型。 其次，在微波辐射下，对两类化合物的无溶媒合成做了系统深入的研究， 拓展了微波化学和无溶媒化学的领域。我们在无溶剂条件下微波直接作用于两 种反应物，不需要复杂的反应装置，只需将反应物放置在敞口容器中即可，操 作简便，从反应时间来看，传统方法需要数小时甚至数天的反应，微波仅需几 分钟就可得到产物。 本文选用传统加热方式下不进行的反应为研究对象，用以证明微波非热效 应的存在，研究了吲哚与芳香醛以及安替比林与芳香醛的反应。所得产物通过 1 h n m 艮m s 和瓜谱图对反应产物进行了表征。 关键词：微波辐射无溶媒反应吲哚安替比林芳香醛 a b s t r a c t ht h i st l l e s i s ，w eh a v ec a r r i e do u tc 优n p r d h e l l s i v e 咖d i e so no r g 锄i c 咒a c t i o 璐i n s o l v e n t f c o n d i t i o n su n d e rm i a 旧啊啊v ei 册d i a 叵o m f i r s t ，d e v e i o p m 忸o nm i c r o w a v e - a s s i s t e do 唱a l l i cs o l v e m 一丘_ e er e 觚o n sw 眦 、，i e w e da c c o r d i l l gt 0t h e 帅e so f t h e l v 既i t 自o 玛a l l i cr e 觚：t i o n s e c 伽_ d ，咖卯e so fc o m 咖n d sw e r es y n t b e s i z c di ns o i v e n t - 丘s t 锄eu n d e r i n i c r o 啊v ei m d i a t i o na sf 0 u o w e db e l o w s o l v 吼t - 丘c er e 删o l l sb e t w c e nt w or e t a n t sw e r e 商e do me x c l u s i v e l y 瑚d e r i n i c r o w a v ei m d i a l i o n r e 洲崎n gi nc o 船i d 百b i y 删u c e d 缸e 卸ds 呻l i 丘e dr e 删o n e q u i p m e m s 锄dp r o c e d u r e s hm i st h e s i s ，w es t i l d i e dr e 觚：t i o 璐w h i c hd i 血to c c l l rb yc o n v e n 蛀o n a lh e 弛g f o rs u p l m n i n gt h ee 妇s t c 】eo fs p c c i f 把( n o n - t h 锄a 1 ) m i c r o w a v ee 丘b c lw bs t i l d i c d m en 强c 矗o n sb e t w e e ni n d o l e 锄da n ) l n a t i ca l d e h y d e sa i l dt h er e a c _ t i o nb e t 、e e n a n t i p y r i n ea n da r o m a t i ca l d e h y d e s t h es t m c t i l f e so f t h ep r o d l l c 协w e r ei d 酬f i e db y 1 h m 吣m s 锄d s o l i d - s t a t e 双s p e c 廿钆 k e yw o r d s ：m i c r o w a v ei 脚l d i a t i o n ， s o l v 哪- 丘e s y l l 血e s i s ，i n d o l e ，觚t i p y r i n e ， a r o m a t i ca l d e h y d e 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：强毡红 知# 年岁月门日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 解密时间：年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下： 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名：取毒色红 捌5 年譬月1 1 日 南开大学硕士论文第一章前言 第一章前言 微波辐射已经成功应用于有机化学反应当中。微波化学是将微波技术应用 于化学领域的一门新兴的前沿交叉学科。微波化学主要研究在微波作用下化学 反应体系所表现出的行为。关于微波在有机合成中的应用研究始于1 9 8 6 年1 。 微波辐射下的化学反应速度快，反应条件温和，产率高，反应产物纯度高，因 此微波以其独特的方式在促进有机化学反应中体现了其潜在的价值。微波对有 机反应的作用是微波热效应还是微波非热效应一直以来都是争论的焦点。事实 上，许多作者已经把常规加热下不能进行的反应用微波法得以实现。 1 1 微波化学理论的系统研究 在微波加热以及加速反应机理的理论解释上，目前主要存在以下两种观点： 一种观点认为，虽然微波是一种内加热，具有加热速度快，加热均匀温度 剃度，无滞后效应等特点，但微波应用于化学反应仅仅是一种加热方式，和传 统的加热方式一样，对某个特定的反应而言，在反应物，催化剂，产物不变的 情况下，该反应的动力学不变，与加热方式无关。他们认为微波用于化学反应 的频率2 4 5 0 醐电属于非电离辐射，在与分子的化学键发生共振时不可能引起化 学键断裂，也不能使分子激发到更高的转动或振动能级。微波对化学反应的加 速主要归结为对极性有机物的选择性加热，即微波的致热效应。文献报道的许 多实验结果都支持这一观点。 另一种观点认为，微波对化学反应的作用是相当复杂的，一方面是反应物 分子吸收了微波能量，提高了分子运动速度，致使分子运动杂乱无章，导致熵 的增加；另一方面微波对极性分子的作用，迫使其按照电磁场作用方式运动， 每秒变化2 4 5 1 0 9 次，导致了熵的减小，因此微波对化学反应的机理是不能仅 用微波致热效应来描述的。微波除了具有热效应以外，还存在一种不是由温度 引起的非热效应。微波作用下的有机反应，改变了反应动力学，降低了反应的 南开大学硕士论文第一章前言 活化能。d a y a l 4 等用微波由胆汁酸与牛磺酸合成了胆汁酸的衍生物，反应1 0 m i n 产率达7 0 以上，d a y a l 试着用油浴在与微波相近的温度下，也加热1 0 m m ，但 未得到产物。因此，他们认为微波存在非热效应，并在反应中起着举足轻重的 作用。 需要指出的是，尽管微波有机合成至今已有十几年的历史，但是对微波加 速反应的机理的研究应该说还是一个新的领域，目前尚处于起始阶段。 1 2 微波作用下无溶媒合成化学 众所周知，有机化学反应一般多在有机溶剂中进行，以保证物料混和均匀， 热量交换稳定。近年来新的研究发现，某些有机合成反应若在无溶媒条件下进 行，无论在反应速度，收率，还是在反应选择性方面，均较溶液法有显著的优 势。微波作用下的无溶媒合成方法避免爆炸的危险，降低实验成本，避免环境 污染，简化实验操作。本方法不但减少能源，节约溶剂，而且能够提高反应的 空间效率5 。 对于微波作用下的化学反应，由于其不同于传统加热方式的介电加热机理， 溶剂的存在并非是反应的必备条件。因此微波作用下的无溶媒有机合成化学能 够克服微波液相化学所存在的种种问题。 ( 1 ) 避免爆炸的危险 液相条件下进行微波反应，往往需要将反应物溶于适当有机溶剂并在封闭 体系下进行，由于微波的加热增强作用会导致溶剂过热而剧烈喷出，发生爆炸。 ( 2 ) 降低实验成本 微波液相反应由于可能发生爆炸，往往需要在价格昂贵的特制聚四氟反应 器中进行；另外使用的高沸点非质子极性偶极溶剂价格较高，而且会给反应的 后处理带来困难。而微波无溶媒反应大部分都可以在极其廉价的敞口容器中进 行。 ( 3 ) 避免环境污染 微波无溶媒反应不需要溶剂体系，对工业生产具有潜在的优势。环境污染 是现代化工业发展的一大障碍，从保护人类生存与发展的角度来讲，微波无溶 媒反应都具有深远的意义。 2 南开大学硕士论文第一章前言 ( 4 ) 简化实验操作 微波无溶媒反应由于不需要使用复杂的实验仪器而大大简化了实验操作。 微波无溶媒反应主要有两种方法： 1 微波直接作用于反应混合物； 2 反应物负载于无杌载体上。 当前己知的微波无溶媒有机化学反应的类型主要有酯化反应，缩合反应， 氧化还原反应，消除反应，重排反应，水解反应以及n 一烷基化反应，环化反应 等。 a 酯化反应 c h 3 c o o k 和r x 在相转移催化剂条件下生成酯，可用微波辐射的方式，在 无溶剂的条件下，反应只需1 2 分钟6 。 s c h e m e1 1 r 3 n m e c i c h 2 c o o k + r x +c h 3 c o o r + k x m w 。 r = n c 1 8 h 3 7 ，n c 1 6 h x = c i b r ，i a b d o l er h a j i p 0 叫等人在微波辐射下应用无溶媒反应由苯璜酸与醇成功地 合成了相应的酯，而使用传统方式该反应基本不能发生7 。 & p 聊pj 2 弩p s 、o r m w u，j h r = a i 时i b 缩合反应 在氟化钾催化下把胡椒醛和o 【一氰基甲基砜吸附在氧化铝上进行反应，在微 波辐射下，2 0 分钟可得到9 5 收率的反应产物8 。 南开大学硕士论文第一章前言 s c h e m e l 一3 移s n 号 i 乙l a t o l l c h e 等人研究了微波辐射下碱金属氧化物催化下的r e f o 曲嬲b 反 应9 。 s c h e m el 一4 k f ，牯 p hc h o+ ( c h 3 ) 3 s i c h 2 c n _ - - i - 卜 p h c h = c h c n c 氧化反应 l ，4 一二氢吡啶类化合物在无溶剂条件下用m n 0 2 膨润士一起氧化，以较高 的收率得到了吡啶类化合物1 0 。 s c 沁m e i 一5 羊 x ! i h 半自 d 消除反应 a 一卤代缩醛和5 的溴化四铵在微波下反应，可生成o 。o 缩烯酮1 1 。还 有，a 一卤代缩旒醛和5 的溴化四铵在微波下反应，可生成s ，s 一缩烯酮1 1 。 ：y 詈： 詈： - - - - - l 、t 2 微波 r s 4 训 聊 铂 一 剐y 嗍 卜卜 南开大学硕士论文 第一章前言 e 重排反应 邻二叔醇在微波辐射无溶剂条件下，发生重排得到高收率的羰基化合物1 2 。 娟p 埘p j 一7 9 h9 hm “+ ，蒙脱土曰 h 3 c 一9 早一c h 3 。h 3 c c c ( c h 3 ) 3 6 h 3 6 h 3 m w m “+ = l a 3 + 。c r 3 + ，a 1 3 + 向芳基磺酸酯的无水氯仿溶液中加入载体，蒸除溶剂，微波照射混合物反 应。得到产物2 一芳基磺酰基苯酚1 3 。 s c h e m e | 一8 r 口。争 r = m e ：a f p h r = c i ：a r = ：4 州e c e h 5 f 水解反应 酯在氟化钾一三氧化二铝存在时微波辐射下会发生水解反应1 4 。 s c h m e l 一9 曰k f - a 1 2 0 3曰 r c o r 磊矿+ r c o h +r o h r = p h r = m e 晷环化反应 p e 血等在四氢毗啶与苯甲醛合成具有人体生化意义的四苯基卟啉的实验中， 采用微波无溶媒反应技术，在1 0 分钟内合成了9 5 的产物”。 南开大学硕士论文第一章前言 s c l e m e i 一1 0 肾+ 艿 h n 一烷基化反应 微波作用下，苯并嗯嗪类化合物与卤代烷在硅胶载体上能迅速生成n 一烷基 化反应。提高反应速度较传统方法最高了8 0 倍1 6 。 s c h e m el l l h r = c h 3 一c 2 h 5 一p h c h 2 一 y = o s i 还原反应 新制的硼氢化钠一氧化铝和纯净的苯乙酮在一试管中混和后，将该试管置 于微波炉内的氧化铝浴中照射，得到还原产物” s c h e t el 1 2 r 仑臣甬 n a b h d r o 翳 r = m e ：r 1 = h r = c l ：r 1 = h r = n 0 2 ：r 1 = h r = h ：r 1 = m e r = r 1 m e r = h ：r 1 = p h r = h ：r 1 = c h ( o h ) p h r = o c h 3 ：r 1 = c h ( o h ) c 6 h 4 - o c h 3 6 舡 南开大学硕士论文第一章前言 j 保护反应 将醛、1 ，2 一乙二醇及负载在硅胶上的金属硫酸盐在耐热玻璃试管中混和， 微波照射3 6 m i n 塘。 s c h e m el 1 3 眵洲。一黜- o h r = h r = 2 一n o ， r = 2 - m e o r = 2 c i r = 3 c n r = 3 - p h o r = 3 p h c h ，o k 去保护反应 将甲基芳基醚和吡啶盐酸盐的混合物放入圆底烧瓶中，微波条件下进行反 应1 9 。 s c h e 件l e l 一1 4 p y 州i n eh y d n d c h i o n d e r = hr = d - m e c o 。 r = o - m er = d b r r = m - m er = 争c i r = p - m er = o - n o ， r = p c h or = n a p h t h y i 室温下，将中性氧化铝加入到由苯甲醛二乙酸酯溶解在最小量二氯甲烷得到 的溶液中，微波作用下进行反应2 0 。 s c k m e l 1 5 e h ( o c o c h 3 ) 2 0 篙争 l r r = h r = m e r = n o ， r = c n 审r 南开大学硕士论文第一章前言 微波作用下的无溶媒有机化学反应凭借其独特优势，不用溶剂，减少环境 污染，是对环境友好化学反应，操作简便，成本低，反应时间短，产率高，已 成为国内外新的研究热点。 我们一直从事有机生物无溶媒光化学研究，基础比较好。 1 3 无溶媒反应中微波非热效应的存在 微波加速和改善有机化学反应的原理，二十年来学术界存在着两种不同的 观点，一种认为微波化学反应的原理主要归于微波对极性有机物的选择性加热， 即微波的热效应所致。另一种观点认为微波对化学反应的作用是反应物分子吸 收了微波的能量提高了运动速度，反应分子被激发使其能量提高而引起了化学 反应，是微波非热效应所致。 微波非热效应的存在一直以来都是个有争议的话题。l o u p y 最近报道了有关 微波非热效应存在的问题2 1 。我们研究组近年来开展了微波非热效应所致的有机 无溶媒化学反应研究。 首先选择不需要热能、低温下进行有机化学反应来进行微波无溶媒有机化 学反应研究。例如： s c h e m el 1 6 幻。! ：! 书棚：去 r = 啦h 3 p c o c h 3 ，p c i p - b r ，叫0 2 等 y = n c 8 0 1 0 0 该微波无溶媒偶氮反应改变传统观念偶氮反应需低温冷却，用微波不用低 温。用微波一锅法可得到高产率偶氮产品，一般方法必须4 步才能完成反应。 8 南开大学硕士论文第一章前言 微波法时间短，2 0 秒到两分钟；一般方法3 0 3 5 小时。 进一步选择热化学不能进行有机化学反应，而在光照下进行无溶媒光化学 反应的体系来进行微波无溶媒化学反应研究。例如： s c l t e m el 1 7 艄 h 肛p 洲。 x = 4 o h ，4 c 0 2 c h 3 ，4 - n o 量，3 - n 0 2 ，2 一n 0 2 ，4 c h o 蓄k c h o f e 以上两类反应都避免了微波热效应的影响，在微波下能进行有机化学反应， 可以为微波非热效应提供有力证据。 1 4 选题依据 综上所述，微波作用下的无溶媒合成化学凭借其独特的优势：操作简便， 成本低，反应时间短，产率高，节省溶剂，减少污染，保护环境，而具有重要 的理论意义和广泛的应用前景，并已成为环境友好化学研究的重要领域。另外， 微波对有机化学反应的作用一直以来都是国际争论的要点，我们课题组并不否 认微波热效应的存在，但是我们的研究重点是传统加热方法不能进行的反应， 并且避免任何催化剂、溶剂和载体的使用，微波直接作用于两反应物。这样就 为微波非热效应的存在提供了有力的证据。 9 南开大学硕士论文第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂条件下的有机反应研究 2 1 引言 第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂 条件下的有机反应研究 吲哚与芳香醛反应可得到双吲哚甲烷衍生物，它是现代药物化学中很重要 的一类化合物。因此，该类化合物的合成得到了极大的关注。一般来说，双吲 哚甲烷衍生物是通过吲哚和不同的醛或酮在有质子酸2 2 或路易斯酸2 3 存在下进 行反应所得。文献中还报道了其它一些方法，如光化学法2 4 ，离子液体法”，还 有一些其它的催化剂，比方说三苯基膦的高氯酸盐，z c 0 k a r b - 2 2 5 ，还有二氧化 硅支载的硫酸氢钠盐等等。这些常规方法下进行的有机化学反应比较缓慢，后 处理比较麻烦，实验操作也比较复杂。 我们创新性的将微波辐射应用到双吲哚甲烷衍生物的合成中。反应无溶剂， 也不使用任何催化剂，两种反应物直接作用在微波辐射下。反应在2 5n 1 l 敞口 烧杯中进行，操作简单，具体反应如下所示： & e 小p2 - ， a 旧h o + m w s o i v e n t - f r l - i23 a - i 其中，心为3 一硝基苯基，4 一硝基苯基，苯基，4 甲基苯基，4 一甲氧 基苯基，2 一羟基苯基，4 一氨基苯基，4 一醛基苯基，2 一呋喃基，2 一噻吩基。 1 0 南开大学硕士论文第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂条件下的有机反应研究 2 2实验部分 2 2 1 仪器及药品 2 2 1 1 仪器 红外光谱仪：b i o r a df t s1 3 5 型 质谱仪：7 0 7 0 e 一腿型 核磁共振仪：b r l e r a c 一3 0 0 型 熔点仪：x 一4 型数字显示显微熔点仪( 未校正) 微波反应器：w p 8 0 0 l 2 3 型g a l a n z e 家用微波炉( 输出最大功率8 0 0 w ，频率 2 4 5 g h z ) 2 2 1 2 药品 除特别说明外，文章中所用试剂及溶剂均为分析纯化学纯。无水溶剂用常 规方法处理。 2 2 2 化合物3 a 一3 j 的合成 2 2 2 13 3 一二吲哚一3 一硝基一苯基甲烷3 a 的微波固相合成 称取0 3 7 8g ( 2 5m m 0 1 ) 间硝基苯甲醛和o 5 8 5g ( 5 衄0 1 ) 吲哚，在研钵中 南开大学硕士论文第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂条件下的有机反应研究 充分研磨使其混和均匀。将混合物置于2 5n 1 l 的敞口小烧杯中，在微波辐射( 2 9 6 w ) 反应lm h ，取出反应物，柱层析分离( 乙酸乙酯：石油醚= 1 ：2 ，v ，v 为洗脱剂) 得到的目的产物为淡黄色固体，产率4 6 。 2 2 2 23 。3 一二吲哚一4 一硝基一苯基甲烷3 b 的微波固相合成 称取o 3 7 8g ( 2 5 衄0 1 ) 对硝基苯甲醛和o 5 8 5g ( 5m m o d 吲哚，在研钵中 充分研磨使其混和均匀。将混合物置于2 5 m l 的敞口小烧杯中，在微波辐射( 2 9 6 w ) 反应2 m i n ，取出反应物，柱层析分离( 乙酸乙酯：石油醚= 1 ：4 ，v ，v 为 洗脱剂) 得到的目的产物为黄色固体，产率4 5 。 2 2 2 33 3 一二吲哚一苯基甲烷3 c 的微波固相合成 在2 5 m l 小烧杯中，将o 5 8 5g ( 5 咖0 1 ) 吲哚溶于0 2 6 5g ( 2 5 l n m 0 1 ) 苯甲 醛中，充分搅拌，使其混和均匀，微波辐射( 3 2 0w ) 下反应2m i m ，取出反应 物，柱层析分离( 乙酸乙酯：石油醚= l ：6 ，v 为洗脱剂) ，得到的目的产物 为无色固体，产率3 4 。 2 2 2 43 3 一二吲哚一4 一甲基一苯基甲烷3 d 的微波固相合成 在2 5 m l 小烧杯中，将o 5 8 5g ( 5 衄0 1 ) 吲哚溶于o 3g ( 2 5 m m o i ) 4 一甲 基苯甲醛中，充分搅拌，使其混和均匀，微波辐射( 3 2 0w ) 下反应4m 吐，取 出反应物，柱层析分离( 乙酸乙酯：石油醚= 1 ：2 ，v 为洗脱剂) ，得到的目 的产物为粉色固体，产率3 2 。 2 2 2 53 3 一二吲哚一4 一甲氧基一苯基甲烷3 e 的微波囤相合成 在2 5 m l 小烧杯中，将o 5 8 5 9 ( 5 m m 0 1 ) 吲哚溶于o 3 4 9 ( 2 5 衄0 1 ) 4 一甲 氧基苯甲醛中，充分搅拌，使其混和均匀，微波辐射( 3 2 0w ) 下反应4 n l h ， 南开大学硕士论文第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂条件下的有机反应研究 取出反应物，柱层析分离( 乙酸乙酯：石油醚= l ：2 ，v 为洗脱剂) ，得到的 目的产物为棕色固体，产率3 0 。 2 2 2 63 3 一二吲哚一2 一羟基一苯基甲烷3 f 的微波固相合成 在2 5 m l 小烧杯中，将0 5 8 5g ( 5n l i n 0 1 ) 吲哚溶于o 3 0 5g ( 2 5 m i n 0 1 ) 2 一 羟基苯甲醛中，充分搅拌，使其混和均匀，微波辐射( 3 2 0w ) 下反应3m h ， 取出反应物，柱层析分离( 乙酸乙酯：石油醚= l ：2 ，、，v 为洗脱剂) ，得到的 目的产物为粉色固体，产率3 5 。 2 2 2 73 3 一二吲哚一4 一氨基一苯基甲烷3 9 的微波固相合成 未得到目的产物。 2 2 2 84 一 二一( 1 h - 吲哚一3 一基) 一甲基 一苯甲醛3 h 的微波固相合成 称取0 3 3 4g ( 2 5m m 0 1 ) 对苯二甲醛和o 5 8 5g ( 5 衄0 1 ) 吲哚，在研钵中充 分研磨使其混和均匀。将混合物置于2 5m l 的敞口小烧杯中，在微波辐射( 2 9 6 w ) 反应3m i n ，取出反应物，柱层析分离( 乙酸乙酯：石油醚= l ：3 ，v 为洗脱剂) 得到的目的产物为黄色固体，产率3 9 2 2 2 9 二吲哚一3 一基一 2 卜一呋喃基甲烷3i 的微波固相合成 在2 5 n 1 l 小烧杯中，将o 5 8 5g ( 5 m m 0 1 ) 吲哚溶于o 2 4 1g ( 2 5 咖0 1 ) 呋哺 甲醛中，充分搅拌，使其混和均匀，微波辐射( 2 9 6 w ) 下反应2 m h ，取出反 应物，柱层析分离( 乙酸乙酯；石油醚= 1 ：6 ，v 为洗脱剂) ，得到的目的产 物为棕色固体，产率4 7 。 南开大学硕士论文第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂条件下的有机反应研究 2 2 2 1 0 二吲哚一3 一基一【2 】一噻吩基甲烷3 j 的微波固相合成 在2 5 n l l 小烧杯中，将o 5 8 5g ( 5 m m 0 1 ) 吲哚溶于o 2 8 1g ( 2 5 咖0 1 ) 噻吩 甲醛中，充分搅拌，使其混和均匀，微波辐射( 2 9 6 w ) 下反应3m h ，取出反 应物，柱层析分离( 乙酸乙酯：石油醚= 1 ：6 ，v ，v 为洗脱剂) ，得到的目的产 物为棕色固体，产率4 3 。 各反应产物的物理数据汇总于表2 一l 中： 表2 1 双吲哚甲烷衍生物的熔点和产率数据 m p p r o d u c ta r y i e l d ( ) f o l l i l dl i t 3 a 3 n 0 2 c 6 1 4 2 6 5 2 6 6 。c2 6 4 2 64 6 3 b 4 n 0 2 c 汕 2 18 - _ 2 2 0 。c2 2 0 2 2 2 2 44 5 3 c c 6 h 5 1 5 1 1 5 3 。c1 5 1 1 5 2 2 73 4 3 d牝h 3 c 曲9 6 - 9 7 。c9 4 9 6 2 83 2 3 e 4 o c h 3 c 6 h 4 18 8 1 9 0 0 c1 8 7 1 8 9 2 73 0 3 f2 - 0 h c 弛1 9 8 2 0 0 1 9 9 2 0 0 2 93 5 3 94 小m 2 c 池 无无无 3 h 4 一c h o c 6 王王4 2 2 0 2 2 2 无3 9 3 i2 f i 】n d1 1 4 1 1 5 0 c1 1 3 1 1 5 3 04 7 3 j 2 - 血i 伽m1 5 0 1 5 2 1 5 1 1 5 3 凹4 3 1 4 南开大学硕士论文第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂条件下的有机反应研究 2 3 结果与讨论 2 3 1 反应时间以及微波功率对产率的影响 在吲哚与芳香醛微波无溶媒有机反应的研究过程中，我们发现在一定程度 上，反应产率与反应时间以及微波功率成正比关系。但在一定功率下，反应时 间过长反应将碳化，并且过高的微波功率也将使反应碳化。 2 3 2 芳香醛的取代基对反应的影响 我们考察了该反应的取代基效应，由表2 1 可知，芳醛上拉电子基团能够 适当增加反应产率。通过查阅文献，我们发现该类反应在质子酸或路易斯酸催 化下，反应中是给电子基团增加反应的产率。另外，我们研究组用光化学法做 过该类反应，反应中拉电子基团能够增加反应的产率。由此，我们推知微波辐 射下该反应机理可能与光化学法的相同。 ， 2 3 3 微波非热效应对反应的影响 我们研究该反应的目的就是为微波非效应的存在提供证据。微波辐射对有 机化学反应的作用是热效应还是非热效应，这一直以来都是有争议的焦点。众 所周知，吲哚与芳香醛的反应在传统加热方式下是不能够发生的。在我们的研 究中，我们避免了溶剂，催化剂和载体的使用，反应只在微波辐射下进行，得 到了目的产物。因此，我们为微波非热效应的存在提供了有力证据。同时，也 为双吲哚甲烷衍生物的合成提供了快速，环保，后处理简便的方法。 南开大学硕士论文第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂条件下的有机反应研究 2 3 4 反应产物的结构分析 我们通过测定3 a 一3 j 一系列化合物的1 h n m r i r 和m s 谱图确定了双吲哚 甲烷衍生物的结构。具体谱图数据如表2 2 所示： 表2 23 a 一3 j 一系列化合物的1 h n m r 取和m s 谱图数据 p 如d u c t1 h n m rd a ：t a ( 6 值)l d a t a ( 锄1 )m sd a l a 5 9 7 ( s ，l h ，c 均，6 6 0 他 2 碍j - 1 8 h z ) ，7 0 1 化2 h j _ 7 8 h z ) ，7 1 5 7 2 1 ( m ， 3 4 0 1 ，3 0 5 0 ，1 5 2 4 ， 3 a 2 均，7 3 7 - 7 4 2 ( 1 n ，5 h ) ，3 6 7 r ) 1 4 5 6 ，1 3 4 7 ，7 4 3 7 6 6 l hj 7 8 h z ) ，7 9 2 ( b rs ，2 h ，n h ) ，8 0 5 l h j = 8 1 h z ) ，8 ，1 9 ( s ，1 功 6 o o ( s ，1 h ，c 哪，6 6 9 2 i j - 1 5 h z ) ，7 0 3 化2 h j _ 7 6 5 h z ) ，7 2 0 化2 王 3 4 5 6 ，3 0 5 1 ，1 5 9 3 ， j _ 7 6 5 h z ) ，7 3 4 2 h ， 3 b 1 5 0 7 ，1 4 5 6 ，1 3 3 9 ，3 6 7 r ) j - 7 8 h z ) ，7 3 9 他2 h ， 7 4 6 j _ 8 1 h z ) ，7 5 1 2 h j - 8 4 h z ) ，8 0 1 ( b rs ，2 i l ， m ) ，8 1 4 2 h ，j = 8 7 哟 1 6 南开大学硕士论文第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂条件下的有机反应研究 4 8 6 ( s ，lh ，c 均，6 5 6 - 6 6 6 ( i n ，2 功，6 9 7 - 7 0 3 ( i n 5 h ) ， 7 1 3 q 2 h ， 3 4 2 4 ，3 0 4 9 ，1 6 0 0 ， 3 c j _ 7 3 5 h z ) ，7 2 8 - 7 3 1 3 2 2 r ) 1 4 1 7 ，1 0 9 2 ，7 4 3 2 聊，7 3 2 他2 ej _ 8 1 h z ) ， 7 4 7 2 h ，j - 8 1 h z ) ，7 9 3 ms ，2 h ，n 田 2 3 0 ( s ，3 hc h 3 ) ，5 8 1 ( s ， 1 hc h ) ，6 5 3 2 h ， j - 1 5 h z ) ，6 9 7 化2 h ， j - 7 3 5 h z ) ，7 0 5 2 h ， 3 4 1 0 ，3 0 3 0 ，2 9 2 6 ， j = 7 8 h z ) ，7 1 3化2 h ， 3 d 1 6 5 7 ，1 5 3 4 ，1 2 8 9 ，3 3 6 r ) j = 7 6 5 h z ) ，7 1 9 2 h ， 1 1 3 6 7 2 6 j = 7 8 h z ) 7 2 6 2 h ， j _ 8 1 h z ) ，7 3 7 2 h ， j _ 7 8 h z ) ，7 6 7 ( b fs ，2 h ， m 1 7 南开大学硕士论文第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂条件下的有机反应研究 3 7 8 ( s ，3 h c h 3 ) ，5 8 3 ( s ， l ec 均，6 “他2 r j = 2 4 h z ) ，6 8 1 2 h ， j - 8 7 h z ) ，7 o og2 e 3 3 9 6 ，2 9 1 8 ，1 6 1 0 ， j _ 7 8 h z ) ，7 1 6 化2 h ， 3 e 1 5 0 9 ，1 4 5 5 ，1 2 4 5 ，3 5 2 r ) j = 7 9 5 h z ) ，7 2 5 ( d ，2 h ， 1 1 7 2 7 4 2 卢8 4 坳，7 3 4 2 h ， j _ 8 m z ) ，7 3 8 2 h ， j - 7 8 h z ) ，7 9 2 ( b rs ，2 h ， m 5 4 1 ( b rs ，1 ho i d ，5 9 9 ( s ，l h ，c 均，6 7 2 ( s ，2 田， 6 8 6 化2 h ，j - 7 5 h z ) ，7 0 23 5 0 2 ，3 4 2 3 ，3 0 5 5 ， 化2 ej = 7 5 h z ) ，7 1 6 - 7 2 11 5 9 0 ，1 4 8 9 ，1 4 5 5 ， 3 f3 3 8 ( 呐 ( m ，4 珊，7 3 4 2 e1 3 3 7 ， 1 0 8 9 ， 7 3 9 j - 8 1 h z ) ，7 3 9 2 i i ， 锄l j _ 7 8 h z ) ，7 9 3 ( b rs ，2 h n m 3 9 无无无 1 8 南开大学硕士论文第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂条件下的有机反应研究 5 9 6 ( s ，l h ，c h ) ，6 6 5 化 2 h ，j = 1 0 5 h z ) ，7 0 2 化2 h ， j = 7 2 h z ) ，7 1 8 化2 h 3 4 1 5 ，3 0 6 5 ，2 9 5 2 ， 卢7 2 h z ) ，7 3 4 7 3 8 帆 3 h 2 8 8 7 ，2 7 5 8 ，1 6 8 8 ，3 5 0 n 4 田，7 5 1 ( d ，2 ej - 8 1 h z ) 1 6 0 1 ，1 4 5 6 ，1 2 1 6 7 8 0 2 h ，j _ 8 1 h z ) ，7 9 7 ( b rs ，2 h ，n d ，9 9 7 ( s ，1 h - c h o 、 5 9 4 ( s 1 h ，c h ) ，6 0 6 他 l h ，j - 3 3 h z ) ，6 3 0 ( d d ， l h ，儿= 3 0 h z j 2 = 1 8 h z ) ， 6 8 7 2 h ，j _ 1 8 h z ) ，7 0 33 4 “，3 0 5 1 ，1 6 1 5 ， 3 i q2 耳j _ 7 2 h z ) ，7 1 8 也1 5 1 0 ，1 4 5 5 ，1 3 3 6 ，3 1 2 吖) 2 心j = 7 2 h z ) ，7 3 3 - 7 3 71 0 9 2 ，1 0 0 9 ，7 4 3 帆3 均，7 4 8 仙2 h j - 8 1 h z ) ，7 9 4 ( b rs ，2 r n h 、 6 1 6 ( s l 耳c 哟，6 8 4 ( d ， 2 hj _ 1 8 h z ) ，6 8 9 - 6 9 2 ( i n ，2 目，7 0 3m2 i ，3 4 0 l ，3 0 5 0 ，1 6 0 2 ， 3 jj _ 7 5 h z ) ，7 1 5 - 7 2 0 帆 1 4 5 6 ，1 3 3 7 ，1 2 1 8 ，3 2 8 r ) 3 h ) 7 3 5 ( d ，2 h j - 8 1 h z ) ，1 0 9 3 ，7 4 6 锄l 7 4 6 2 hj _ 7 8 h z ) ， 7 9 3 ( b rs ，2 h n 田 南开大学硕士论文第二章微波辐射下吲噪与芳香醛在无溶荆条件下的有机反应研究 下面，我们将以3 f 为例，对其1 h n m r ，m s 和己谱图进行分析。在3 f 的 1 hn m r 谱图中，可以发现在低场7 9p p m 左右出现了较宽的单峰，此峰为两个 吲哚上的n h 的峰。在5 9p p m 处出现单峰，此峰为c h 的峰，因为c h 周围有三个芳环，存在去屏蔽效应，因此此峰出现在较低场。还有，苯环上的 酚羟基在5 4p p m 处出现宽单峰。其余的峰均为芳环上的氢的峰。 分析产物的瓜谱图后，我们可以观察到、协h 的伸缩振动吸收峰3 5 0 2c m - 1 ， 、，n h 的伸缩振动吸收峰3 4 2 3c m - 1 ，芳环碳骨架的伸缩振动吸收峰1 4 8 9 ，1 4 5 5 ， 1 3 3 7 锄一，v c n 的伸缩振动吸收峰1 0 8 9 锄一，7 3 4 锄。1 指纹区的吸收峰在这一 系列产物中都有。 反应物的瓜谱图进一步证明了双吲哚甲烷衍生物的结构。同时，在这一系 列产物的m s 谱图中，均发现了产物的分子离子峰。 图2 13 f 的1 h n 但谱图 2 0 南开大学硕士论文第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂条件下的有机反应研究 图2 23 f 的红外谱图 2 l 南开大学硕士论文 第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂条件下的有机反应研究 图2 33 f 的m s 谱图 2 4两种新化合物的合成 2 4 12 ，2 一丁烷二基二氧代二苯甲醛与两分子吲哚的反应 称取o 3 7 3g ( 1 2 5m m 0 1 ) 醛和o 2 5 4g ( 2 5m m 0 1 ) 吲哚，在研钵中充分研 磨使其混和均匀。将混合物置于2 5m l 的敞口小烧杯中，在微波辐射( 2 9 6w ) 反应5m n ，取出反应物，柱层析分离( 乙酸乙酯：石油醚= 1 ：2 5 ，v r 为洗 脱剂) 得到的目的产物为深黄色固体，测得熔点为9 0 - 9 3 ，产率3 6 。 南开大学硕士论文第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂条件下的有机反应研究 2 4 1 1 所得产物谱图分析 我们通过测定该化合物的1 h n m m 和m s 谱图确定了它的结构。结构式 刊刑广。叫 o hc 表2 3 所得1 h n m r ，m ，m s 数据： 1 h n m r d a t a 取d a t a ( c m 1 )m s d a t a 1 5 1 1 5 8 2 h ) ，1 6 9 1 7 3 ( m ，2 叼，3 5 6 也3 4 1 2 h ) ， 2 hj = 4 1 h z ) 3 9 l 也2 i ，j = 3 9 h z ) ，6 2 4 ( s ， 3 0 5 4 ( a r c 一哪， 1 ec 印，6 5 0 ( d ，2 hj - 3 o h z ) ，6 6 3 6 7 4 帆2 9 5 3 ( c 一田， 5 1 3 ” 2 功，6 8 0 - 6 9 1 ( i n ，2 h ) ，7 0 2 化4 h j = 2 0 ) ， 2 8 7 2 ，2 7 5 8 ( c h o ) ， 7 0 7 化4 h ，j 6 0 h z ) ，7 1 9 化2 ej o h z ) ，1 6 8 3 ( o = o ) ， 7 3 2 ( d ，1h ，乒7 8 h z ) ，7 3 6 ( s ，1 h ) ，1 0 3 0 ( s ，1 2 8 6 ( c 咖， l h ，c h o )1 2 4 1 ( c - o ) 南开大学硕士论文 第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂条件下的有机反应研究 ：。! 唑：竺 竺 图2 - 42 ，2 ，一丁烷二基二氧代二苯甲醛与两分子吲哚的反应产物的1 玎呱 r 谱图 南开大学硕士论文第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂条件下的有机反应研究 c _ 嘲”o - h ， “5 灼w 口w m 话 t - e 目m m 麟 棚嘎- 瞬i 日融 弼0 e w 目j = 自瑚 g 目0 掏a m j t 目自一 j 3 端 ，魏，蕾。 州盼霸蓐精啦肆蝉j 捧 m b “ m b ： 醚 0 j 眈 e i 州 们 口j o 蛾 o 6 j o ； 5 船” 雌 o 毒 ! 搠椎搿拼髓g鼢钟雠i ，棚嘲舒错l 鞠撕蛳m瑚m啊 图2 52 ，2 一丁烷二基二氧代二苯甲醛与两分子吲哚的反应产物的m s 谱图 篡篡鬈一 南开大学硕士论文第二章微波辐射下吲哚与芳香醛在无溶剂条件下的有机反应研究 1 、j 飞p l ：l 煳r l l 4 0 l 4 0 0 0 电话，( 0 2 2 ) 2 3 5 1 7 5 传真：( o z n 5 眈7 4 9 e ，“删h 叠m u i i 跚曲 l i ：则 ； ；l 暑 童 3 5 0 0 一一3 0 ：o o 一2 锄2 0 面一1 湖一1 面一谕 w a 啷u n 恤r c i t 卜1 ) 文件名：张艳红0 1 印c 注释：化学系盂继本处张艳红样品z y l i 1 分辨率：8 扫描次散： 日期：0 5 _ 1 1 1 5时间：1 4 ：3 5 瑚 显示模式：p e a i 【s 处理过程：帅d i p l 即z 铡试仪嚣：b i o r a df t s6 0 付立叶红外光谱仪操作员l 李涛 图2 62 ，2 ，一丁烷二基二氧代二苯甲醛与两分子吲哚的反应产物的瓜谱图 2 4 22 ，2 一丁烷二基二氧代二苯甲醛与四分子吲哚的反应 称取o 3 7 3g ( 1 2 5 哪0 1 ) 醛和0 5 8 5g ( 5 咖0 1 ) 吲哚，在研钵中充分研磨 使其混和均匀。将混合物置于2 5m l 的敞口小烧杯中，在微波辐射( 2 9 6w ) 反 应3m i n ，取出反应物