在不同介質(zhì)中合成黃烷酮的最新研究進展*

謝晶晶，鄭旭煦，殷鐘意，何文香，張玉靜

（1.重慶工商大學(xué) 環(huán)境與生物工程學(xué)院，重慶400067;2.藥物化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)研究中心，重慶 400067）

酮類化合物一般都是有毒的物質(zhì)，但是黃烷酮和黃酮這兩種物質(zhì)有其特許的特性。黃烷酮類化合物是自然界分布較廣，是多種藥用植物有效成分之一［1］。并且有著顯著的生物藥理作用。據(jù)文獻報道，黃烷酮的合成受到很多學(xué)者的研究和關(guān)注，是因為它具有抗氧化、抗真菌、抗細菌、抗消炎、抗平喘、抗高血壓、抗病毒等諸多活性［2-7］。其體上有10個可被取代的，結(jié)構(gòu)修飾潛力巨大;且這類化合物是合成類黃酮類化合物的中間體［5］，因此研究其合成是一項十分有意義的工作。

至今為止，大多數(shù)文獻上報道的黃烷酮的合成方法多是用查爾酮的在催化劑下進行關(guān)環(huán)反應(yīng)或鄰羥基苯乙酮和芳香醛直接縮合得到的。其合成路線如圖1。

圖1 合成黃烷酮的路線

1 合成方法的研究

1.1 在金屬氧化物介質(zhì)下關(guān)環(huán)

Saravanamurugan［8］等人用ZnO和其他金屬氧化物如MgO，BaO，K2O，Na2O混合作催化劑，在無溶劑下經(jīng)查耳酮合成相黃烷酮。研究了金屬氧化物間不同質(zhì)量百分比，不同溫度，及催化劑用量對合成黃烷酮產(chǎn)率的影響。得出催化劑MgO/ZnO要化物優(yōu)于其他的，如Na2O/ZnO的催化劑;MgO/ZnO比為10 wt%，反應(yīng)溫度為140℃，反應(yīng)時間3 h，催化劑量為0.2 g/20 mmoL反應(yīng)物的最佳條件。反應(yīng)為無溶劑的綠色合成，對環(huán)境污染少，產(chǎn)率在50%左右，MgO催化環(huán)化合成黃烷酮過程如圖2。

圖2 MgO催化合成黃烷酮機理

2005 年，B.M.Choudary等人［9］以鄰羥基苯乙酮和苯甲醛為原料運用不同的MgO和不同的溶劑反應(yīng)得到黃烷酮，但是在納米MgO作為催化劑合成黃烷酮產(chǎn)率最好，溶劑是乙醇，在溫度為800℃下，反應(yīng)收率為60% ～90%。反應(yīng)的的催化劑可以重復(fù)使用，起到節(jié)省原料的作用，可以認為是一種無污染的合成反應(yīng)，見圖3。

用改性后的金屬氧化物作為催化劑合成黃烷酮文獻報道有很多，例如，Zhang Liu［10］等人用了PO3－4/MgO、SO2－4/MgO、F-/MgO、Cl-/MgO等不同的的催化劑合成黃烷酮，在溶劑DMSO下反應(yīng)得到60%左右的產(chǎn)物。

1.2 在氨基酸介質(zhì)下關(guān)環(huán)

2001年 Koichi Tanaka和 Teize Sugino［11］用甘氨酸、L-亮氨酸、L-丙氨酸、L-脯氨酸這四種氨基酸為催化劑，在NaOH-H2O的體系下中，常溫條件下反應(yīng)1 h，合成黃烷酮，其產(chǎn)率可到達90%以上。此反應(yīng)簡單，產(chǎn)率高，反應(yīng)條件溫和，催化劑無污染，是合成黃烷酮的好方法。

2005年Chandrasekha［12］等人報道了用L-脯氨酸作催化劑，在DMF中將鄰羥基苯乙酮化合物和苯甲醛溫度為80℃下，合成黃烷酮化合物和得到相應(yīng)的查耳酮化合物，反應(yīng)時間18 h，得到是R型黃烷酮，產(chǎn)率在60%-70%;反應(yīng)時間為20 h，得到是S型黃烷酮，產(chǎn)率在85%-95%。合成線路簡單，一步合成，但反應(yīng)時間較長。反應(yīng)方程式如圖4。

圖3 NAP-MgO催化反應(yīng)過程

圖4 L-脯氨酸催化反應(yīng)過程

1.3 在相轉(zhuǎn)移催化劑介質(zhì)下關(guān)環(huán)

相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)是近幾年新興起的應(yīng)用于非均相反應(yīng)的有機合成方法，它通過自身陽離子的表面活化作用，可以使非均相轉(zhuǎn)化為均相反應(yīng)，加速反應(yīng)速率，緩和反應(yīng)條件，簡化操作過程，減少副反應(yīng)，提高選擇性，不論是實驗室還是工業(yè)生產(chǎn)都很適用，得到了人們越來越多的關(guān)注和應(yīng)用［13］。例如:2006年K.Hemanth Kumar和P.T.Perumal［14］SiO2-NaHSO4作為相轉(zhuǎn)移催化劑，分別在微波和加熱條件下有查爾酮合成黃烷酮，得到在650 W微波只要在較短的時間內(nèi)（6-8 min）就可以達到70%左右的產(chǎn)率，而在加熱條件下則需要5～6 h，產(chǎn)率只有60%左右。合成路線簡單，但是在微波條件下反應(yīng)時間短產(chǎn)率高于加熱條件下。

王燦［15］用當(dāng)量的相轉(zhuǎn)移催化劑四正丁基溴化銨和當(dāng)量的的NaOH，在CH2Cl2-H2O的溶劑中在室溫條件下由查爾酮向黃烷酮的轉(zhuǎn)化，產(chǎn)率為60%～90%。但是此反應(yīng)在首次在室溫條件下實現(xiàn)了其反應(yīng)的轉(zhuǎn)化，但是反應(yīng)時間比較長。

1.4 在有機功能介孔材料介質(zhì)下關(guān)環(huán)

最近很多科學(xué)家都在用有機功能介孔材料作為催化劑制備黃烷酮。例如，2006年Xueguang Wang［16］等人用帶有甲基氨丙基官能團SBA-15介孔分子篩作催化劑，在無溶劑下對位有取代的鄰羥基苯乙酮和對位有取代基的苯甲醛，在溫度140℃時間10 h條件下，產(chǎn)率為60% ～86%。溶劑會大大阻礙催化劑的催化選擇性能，使得合成的黃烷酮化合物產(chǎn)率大為下降，因此，此反應(yīng)體系不需溶劑。反應(yīng)式如圖5。

圖5 氨丙基官能化SBA-15介孔分子篩催化環(huán)化路線

2007年Jiahui Huang［17］等人報道了用Ia-3d結(jié)構(gòu)的介孔分子篩作催化劑，同樣是在無溶劑條件下，溫度為140℃時間15 h條件下，產(chǎn)率為55% ～65%。

上述用材料的作為催化劑的反應(yīng)，反應(yīng)溫度較高，時間較長，但是屬于無污染的綠色合成，催化劑性能高，且沒有副產(chǎn)物生成，是制備黃烷酮的一個不錯合成方法，但是催化劑制備很復(fù)雜。

2007年Shunmugavel Saravanamurugan［18］等人報道了用SO3H-SBA-15作催化劑，用2-羥基苯乙酮與苯甲醛在無溶劑條件下反應(yīng)合成黃烷酮，溫度140℃，反應(yīng)時間2 h，分別在微波和加熱條件下，得到的黃烷酮的產(chǎn)量基本在50%左右，用此催化劑比上述2種介孔材料催化劑的性能要高，并且反應(yīng)時間短，考慮從能源的節(jié)省，是合成黃烷酮的好方法。

2009年Sang-Eon Park［19］等人報道了用有機功能材料在微波條件下合成黃烷酮。用了在Cl-SBA-15介孔材料負載不同的離子量和框架結(jié)構(gòu)不一樣的條件下反應(yīng)，在無溶劑充有N2溫度140℃時間24 h下能得到65%的黃烷酮。同樣條件下還用了在SO3H-SBA-15上負載不同的物質(zhì)作為催化劑制備黃烷酮，得到的產(chǎn)物45%左右。同樣Soofin Cheng［20］等人用在SO3H-SBA-15負載氨基官能團的材料合成黃烷酮。雖然這些介孔材料是在無溶劑條件下反應(yīng)，但是介孔材料的制備很是復(fù)雜，有的反應(yīng)條件很高。

1.5 酸堿催化劑介質(zhì)下關(guān)環(huán)

在以前開始合成黃烷酮的時候就用的就是酸堿催化劑關(guān)環(huán)，2007年Claudia Dittmer［21］等人用勃朗斯特酸堿手性催化環(huán)化一系列的黃烷酮衍生物，其達到的產(chǎn)率是很高的。該反應(yīng)合成了具有光學(xué)活性的黃烷酮。反應(yīng)式如圖6。

圖6 勃朗斯特酸堿手性催化環(huán)化反應(yīng)過程

1.6 其他催化劑介質(zhì)下關(guān)環(huán)

2006年文獻報道JaeIn Lee［22］等人用Ph3P/DEAD作催化劑，在不同的溶劑里合成得到。

黃烷酮在溫度為0℃條件下，產(chǎn)率為50% ～70%。此反應(yīng)的時間比較短，反應(yīng)溫度低，不是有查爾酮直接作為反應(yīng)物的，而是用2-羥基苯甲酸和苯甲醛為原料，產(chǎn)物中有查爾酮的生成，反應(yīng)式如圖7。

圖7 Ph3P/DEAD催化反應(yīng)過程

2008年Dalip Kumar［23］等人用PEG-400作為催化劑，在溫度130℃下，反應(yīng)時間隨查爾酮的取代基不同而不一樣，一般在1～2.5 h以內(nèi)，產(chǎn)率在65% ～75%之間。此反應(yīng)時間很短，但是反應(yīng)溫度很高，催化劑為聚合物不容易得到。

2 展望

綜上所述，在不同介質(zhì)下合成黃烷酮的研究，人們已經(jīng)進行了大量比較深入的工作［24］。隨著越來越多的介質(zhì)下合成的出現(xiàn)，并借助于飛速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)和從現(xiàn)在的經(jīng)濟原子效應(yīng)和環(huán)境保護來看，應(yīng)該尋找能重復(fù)使用的催化劑，并且朝著反應(yīng)時間短、反應(yīng)溫度溫和、產(chǎn)率高的綠色合成方法進行研究。

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