KF-蒙脱土催化合成吡唑类杂环化合物实验

　　1、 实验设计的构想

　　1.1 设计背景

　　要培养新型军事人才，能力素质的培养是重中之重。而在传统的化学实验过程中，学员按照教员所讲、教材所写进行实验，实验内容枯燥，实验过程按部就班，最终提交的实验报告也是大同小异。没有了展示自我的舞台，学员的动手积极性自然不高。本次实验让学员做教学过程中的主角，自行组成创新小组，发挥相互协作的团队精神，通过查阅文献资料，自主设计实验流程，在教员的指导下确定合理的实验方案。

　　1.2 实验的理论依据和研究背景

　　吡唑类衍生物是天然产物的结构单元，具有广泛的生物活性和药理活性，对各种吡唑类衍生物的合成已成为有机合成的热点之一。而取代的吡唑和稠合吡唑也是重要的药物制品和生物可降解的农用化学品。该类化合物传统的合成方法一般实验过程复杂、实验时间长、后处理不便、产品产率低。本实验尝试将 KF-蒙脱土作为催化剂应用于该类杂环化合物的合成，取得了较好的效果。

　　蒙脱土结构蓬松，遇热膨胀，可以进行层间离子交换，层与层之间可以插入多种金属配合物，也可以吸附多种化学试剂，对取代、加成、氧化、重排、和还原等反应具有良好的催化性能。目前大多数蒙脱土类催化剂催化的化学反应，一般都在酸性条件下进行，本文探讨将蒙脱土与 KF 交换制成KF-蒙脱土，并将其作为碱性催化剂应用于有机合成，为吡唑类衍生物的合成提供了一种新的快速、简便的方法。

　　2、 实验设计

　　2.1 仪器和试剂

　　XT-5 型显微熔点仪（温度计未校正）；双光束红外光谱仪，KBr 压片；Inova-400 MHz 核磁共振仪，DMSO-d6为溶剂，TMS 为内标；所用试剂均为分析纯试剂，KF-蒙脱土按文献制备。

　　2.2 实验过程

　　在 50 mL 单口烧瓶中加入取代肉桂腈（1）（2mmol），3-甲基-1-苯基-2-吡唑啉-5-酮（2）（2mmol），KF-蒙脱土（0.25 g）和 DMF（15 mL），在80 ℃下，搅拌 4~6 h，用薄层色谱法跟踪反应，反应结束后，趁热将反应液倒出，过滤，滤液倒入冷水中，沉降，抽滤。滤饼自然风干后，用浓度 95%乙醇重结晶，即得产品 3。吡唑类衍生物的合成过程见图 1。

　　2.3 实验结果与讨论

　　该反应以 DMF 为溶剂，在温度 80 ℃下，恒温搅拌 4~6 h，生成一系列 1,4-二氢吡喃[2,3-c]吡唑衍生物，产物通过简单的减压抽滤即可分离，反应时间、产率和熔点见表 1。该方法操作简便、产品收率高，为吡唑衍生物的合成提供了一条新的合成途径。

　　产物的结构经红外光谱、核磁共振氢谱确证。

　　在红外光谱中在 3 400 cm-1和 3 300 cm-1附近出现NH2的特征吸收峰，同时在 2 200 cm-1附近出现尖而强的特征吸收峰，推测为 CN 吸收峰。在1HNMR 中，在 4.6~5.2 范围内出现共振信号，推测为 C4-H 的特征峰，在 7.20 左右出现特征峰，推测为-NH2的吸收峰，其它核磁共振吸收峰也与产物的结构相符。

　　产物3a: m.p.: 174-176 °C (Lit.: 173~175 °C);1HNMR (DMSO-d6, δ, 10-6): 1.78 (3H, s, CH3), 3.74 (3H, s,CH3O), 4.63 (1H, s, C4-H), 6.90 (2H, d, J = 8.4 Hz,ArH), 7.16~7.17 (4H, m, NH2+ArH), 7.30~7.34 (1H, m,ArH), 7.47~7.51 (2H, m, ArH), 7.78 (2H, d, J = 8.8 Hz,ArH); IR (KBr, ν, cm-1): 3391, 3322, 2192, 1660, 1596,1514, 1456, 1394, 1250, 1173, 1128, 1073, 1027, 813,759, 692。

　　产物 3b: m.p.: 199~200 °C (Lit.:198~201°C);1HNMR (DMSO-d6, δ, 10-6): 1.81 (3H, s, CH3), 4.98 (1H, s,C4-H), 7.32~7.52 (5H, m, NH2+ArH), 7.66~7.70 (1H, m,ArH), 7.77~7.81 (3H, m, ArH), 8.15 (2H, d, J = 4.0 Hz,ArH); IR (KBr, ν, cm-1): 3460, 3350, 2194, 1665, 1640,1591, 1580, 1495, 1452, 1387, 1354, 839, 820, 776,746。

　　产物3c: m.p.: 191~192 °C；1H NMR (DMSO-d6, δ,10-6): 1.79 (3H, s, CH3), 4.73 (1H, s, C4-H), 7.15~7.20(2H, m, ArH), 7.22 (2H, s, NH2), 7.29~7.35 (3H, m,ArH), 7.48~7.52(2H, m, ArH), 7.77~7.80(2H, m, ArH);IR (KBr, ν, cm-1): 3454, 3329, 2203, 1665, 1596, 1518,1494, 1444, 1390, 1264, 1226, 1126, 1068, 1027, 812,753, 685。

　　产物 3d: m.p.: 193~194 °C(Lit.: 193~195 °C);1H NMR (DMSO-d6, δ, 10-6): 1.83 (3H, s, CH3), 3.73(6H, s, 2×CH3), 4.64 (1H, s, C4-H), 6.75~6.93 (3H, m,ArH), 7.15 (2H, s, NH2), 7.31~7.33 (1H, m, ArH),7.47~7.51 (2H, m, ArH), 7.80 (2H, d, J = 8.0 Hz, ArH);IR (KBr, ν, cm-1): 3450, 3320, 3200, 2965, 2200, 1660,1598, 1510, 1450, 1390, 1261, 1150, 1135, 1035, 810,795, 760。

　　产物 3e: m.p.: 170~172 ℃ (Lit.: 167~168 ℃);1H NMR(DMSO-d6) δ: 1.78(s, 3H, CH3), 4.72(s, 1H,C4-H), 7.15~7.19(m, 2H, ArH), 7.22(s, 2H, NH2),7.29~7.34(m, 3H, ArH), 7.47~7.51(m, 2H, ArH), 7.78(d,J=8Hz, 2H, ArH); IR(KBr) ν: 3454, 3329, 2203, 1666,1597, 1519, 1445, 1390, 1264, 1226, 1158, 1126, 1096,1068, 1027, 812, 753, 685cm-1。

　　产物 3f: m.p.: 207~208 °C;1H NMR (DMSO-d6, δ,10-6): 1.80 (3H, s, CH3), 4.72 (1H, s, C4-H), 7.23~7.25(4H, m, NH2+ArH), 7.31~7.35 (1H, m, ArH), 7.48~7.56(4H, m, ArH), 7.78~7.80 (2H, m, ArH); IR (KBr, ν,cm-1): 3450, 3324, 2199, 1660, 1594, 1518, 1488, 1391,1127, 1126, 1070, 1010, 752。

　　产物 3g: m.p.: 185~186 °C (Lit.: 182~184℃);1HNMR (DMSO-d6, δ, 10-6): 1.78 (3H, s, CH3), 5.16 (1H, s,C4-H), 7.31~7.44 (5H, m, NH2+ArH), 7.48~7.52 (2H, m,ArH), 7.62 (1H, s, ArH), 7.78 (2H, d, J = 8.0 Hz, ArH);IR (KBr, ν, cm-1): 3458, 3325, 2198, 1660, 1583, 1560,1520, 1493, 1470, 1457, 1392, 1269, 1182, 1126, 1102,1072, 906, 836, 815, 758, 691。

　　产物 3h: m.p. 180~181 °C (Lit.177~178 °C);1HNMR (DMSO-d6, δ, 10-6): 1.79 (3H, s, CH3), 4.73 (1H, s,C4-H), 7.25 (2H, s, NH2), 7.29~7.34 (3H, m, ArH), 7.41(2H, d, J = 8.0 Hz, ArH), 7.47~7.51(2H, m, ArH),7.78(2H, d, J = 8.0 Hz, ArH); IR (KBr, ν, cm-1): 3459,3325, 2202, 1661, 1594, 1518, 1491, 1444, 1391, 1262,1127, 1089, 1066, 1015, 831, 804, 751, 686。

　　3、 实验小结

　　本次实验设计打破传统的纯粹验证型、演示型的实验模式，引导学员展开研究性学习和创造性实验研究。

　　在实验的设计环节，学员收获的不仅仅是实验结果，还有学习的态度和方法的转变。在确定实验设计方案的过程中，需要查阅大量文献，了解该方向的最新发展动态，学员们不满足于国内的研究成果，利用各种数据库，接触到大量的外文文献，极大的激发了他们的求知欲，调动了他们的动手积极性。充分为学员创造提供良好的实验环境、条件，让他们自主的发挥他们的创造力，最大限度的培养学员创新精神和创新能力，充分实现人的发展。

　　参考文献：
　　［1］刘晓宇，明霞，王洪来. 浅论大学化学教学中的创新教育[J]. 教学研究与改革，2004(5): 66-67.