化學(xué)專業(yè)本科畢業(yè)論文.doc

畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目： 1-二茂鐵基-3-(3,4,5-三甲氧苯基)-2-丙烯-1-酮的合成 學(xué) 號： 20064071102姓 名： 楊 廷 波系 別： 化 學(xué) 系專業(yè)班級： 2006級化學(xué)專業(yè)本科班指導(dǎo)教師： 王 偉完成時間： 2010年5月21日 畢節(jié)學(xué)院教務(wù)處制目 錄摘 要iAbstractii1.前言31.1 查耳酮及其衍生物的應(yīng)用31.2 二茂鐵及其衍生物的應(yīng)用31.3 3,4,5-三甲氧基苯甲醛的應(yīng)用41.4 二茂鐵衍生物的合成41.5 1-二茂鐵基-3-(3,4,5-三甲氧苯基)-2-丙烯-1-酮的合成52.實驗部分62.1儀器及藥品62.2 實驗步驟63.結(jié)果分析與總結(jié)8參考文獻(xiàn)10致 謝12第 3 頁 共 13 頁iii摘 要近年來，二茂鐵基查爾酮類衍生物受到化學(xué)家的高度關(guān)注。二茂鐵基查爾酮類衍生物具有廣泛的生物活性，如抗腫瘤、抑制和清除氧自由基、抗菌、抗過敏、抗病毒、抗?jié)兒徒獐d等。且分子具有較大的柔性，能與不同的受體結(jié)合，得到的化合物且分子中所含鐵原子還可以作為提供生物體內(nèi)鐵元素的來源，在醫(yī)學(xué)方面有很好的應(yīng)用前景。由于二茂鐵及其衍生物和3,4,5-三甲氧基苯甲醛的在有機合成和醫(yī)療上都有很重要的應(yīng)用，因此，研究先以沒食子酸為原料，合成3,4,5-三甲氧基苯甲醛（TMB）；將TMB、乙?；F通過固相縮合，得到含二茂鐵基、3,4,5-三甲氧基苯基查耳酮。關(guān)鍵詞：乙?；F 3,4,5-三甲氧基苯甲醛 固相縮合 1-二茂鐵基-3-(3,4,5-三甲氧苯基)-2-丙烯-1-酮Abstract In recent years,the derivative including Ferrocenyl chalcone arouse Chemist taking seriously.its has widespread biological activeness, like the anti-tumor, restrainting and clearing oxyradical,antibacterial, the anti-allergy, the anti-virus, the anti-ulcer and the spasmolysis and so on.And its molecular structure has the big flexibility, can union with the different acceptor, the iron atom in molecule can provide iron element for organism, has the very good application prospect in the medicine aspect. Because the ferrocene and its derivative and 3,4,5-thimethoxyben-zaldehyde have the very important application in the organic synthesis and the medical treatment,so the research takes the gallic acid as raw material,synthesize 3,4,5-thimethoxybenzaldehyde(TMB),Then make TMB and Acetylferrocene through Solid phase condensation, obtains the Chalcone inclouding Ferrocenyl and 3,4,5-trimethoxyphenyl.Key word: Acetylferrocene ; 3,4,5-thimethoxybenzaldehyde; Solid phase conde condensation; 1-ferrocenyl-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)prop-2-en-1-one畢節(jié)學(xué)院本科論文（設(shè)計）1.前言1.1 查耳酮及其衍生物的應(yīng)用查爾酮是生物體內(nèi)合成黃酮的前體，也是人工合成黃酮類化合物的中間體，其本身也有重要的藥理作用1。由于其分子結(jié)構(gòu)具有較大的柔性，能與不同的受體結(jié)合，得到的化合物具有廣泛的生物活性2。研究表明查爾酮類化合物具有抗細(xì)菌、抗病毒、抗真菌、消炎、除草等活性。因此查爾酮類化合物的合成及從天然產(chǎn)物中的分離提取一直是醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品等方面研究的重要領(lǐng)域。查爾酮及其衍生物是一種重要的有機中間體，具有多個反應(yīng)活性中心，在邁克爾加成反應(yīng)、光反應(yīng)、聚合反應(yīng)及配位化學(xué)和超分子化學(xué)中具有廣泛的應(yīng)用。其中，二茂鐵基查耳酮是一類重要的化合物，它可以與胺類化合物反應(yīng)、與活性亞甲基化合物反應(yīng)等3。1.2 二茂鐵及其衍生物的應(yīng)用二茂鐵及其衍生物具有廣泛的生物活性，主要表現(xiàn)在以下幾個方面4：第一方面： 二茂鐵衍生物的親油性使得這些化合物能順利地通過細(xì)胞膜，從而與細(xì)胞內(nèi)的各種酶、DNA、RNA等物質(zhì)起作用，因而有可能作為治療某些疾病的藥物。1976年Edwards在青霉素和頭孢菌素上引入二茂鐵?；螅蛊錃⒕钚蕴岣?。第二方面：二茂鐵衍生物具有氧化還原可逆性，這一特點使其在生物酶的作用下，能參與各種代謝作用。第三方面：二茂鐵衍生物的芳香性使得這些化合物能像簡單的芳環(huán)一樣，容易發(fā)生取代反應(yīng)。但是，它們又不同于一般的芳香化合物，二茂鐵衍生物的夾心結(jié)構(gòu)使這類分子具有一定的厚度，這一特點能阻止二茂鐵衍生物接近酶的活性部位，因而具有選擇性。第四方面：二茂鐵衍生物的低毒性也是人們對其感興趣的原因。由于二茂鐵基團(tuán)具有芳香性、氧化還原活性、穩(wěn)定性和低毒性、其衍生物在聚合物、電化學(xué)、材料化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，歸納起來主要有5：在有機化學(xué)反應(yīng)中作為不對稱反應(yīng)的催化劑和有機合成的中間體等；在功能材料方面、作光敏劑、非線形光學(xué)材料、半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料、硝煙劑、增塑劑、穩(wěn)定劑和各種添加劑；在生物學(xué)上，用作人工抗體、抗癌活性藥物和抗菌活性藥物、生物酶電極及殺蟲劑等；在分析化學(xué)上，用作膜電極、滴定劑等。1.3 3,4,5-三甲氧基苯甲醛的應(yīng)用3, 4,5-三甲氧基苯甲醛不但在醫(yī)療上用廣泛的應(yīng)用，還可進(jìn)行氧化、還原、親核加成、歧化等一系列化學(xué)反應(yīng)，是中藥的有機合成中間體6。具體的說：它可以用于藥物合成，合成三甲氧基芐氨嘧啶(TMP)；合成三甲氧基肉桂酰胺類化合物；合成臼毒素及其類似物；合成氨基吡啶并吡啶結(jié)構(gòu)的、丙二烯結(jié)構(gòu)的、和芪型結(jié)構(gòu)的抗腫瘤藥, 2,4-芳基-1,3-二硫雜環(huán)戊烷結(jié)構(gòu)的血小板活化因子(PAF) 受體拮抗藥和5-脂肪氧合酶抑制劑。3, 4, 5-三甲氧基苯甲醛還用于照相領(lǐng)域合成可快速消色的染料、濾光材料、電荷遷移劑等, 還可以用于合成具有亞芐基奎寧環(huán)酮結(jié)構(gòu)的防曬劑, 作為頭發(fā)染色用的N-卞基-2-氨基苯酚衍生物, 非線性光學(xué)材料, 苯乙基胺型致幻劑, 電鍍上光劑及農(nóng)藥中間體, 可發(fā)藍(lán)光的電致發(fā)光聚合物, 光敏材料, 抗氧劑等等。1.4 二茂鐵衍生物的合成近年來，將二茂鐵基引入不同的分子，以期得到新的具有特殊性能的化合物是二茂鐵化學(xué)研究的一個熱點。二茂鐵及其衍生物是由兩個環(huán)戊二烯基陰離子和一個二價鐵離子組成的夾心型化合物, 電子組成符合4n+ 2 的規(guī)則, 有芳香性，環(huán)上容易進(jìn)行Friedel-Crafts等親電取代反應(yīng)。 其?；苌锸呛铣啥F衍生物的重要中間體, 二茂鐵?；苌锶缍F醛、酮、酸和酰氯等, 所含官能團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)比較活潑, 是合成二茂鐵衍生物的重要原料和中間體7,8。乙?；F的合成方法主要有：在磷酸催化下用乙酐酰化二茂鐵9,10；三氟化硼催化下在二氯甲烷中用乙酐?；F11；在活性氧化鋁存在下，用三氟乙酸-醋酸對二茂鐵進(jìn)行?；?2。也有報道13在二氯甲烷中以三氯化鋁為催化劑，乙酰氯為?；瘎ΧF進(jìn)行酰化等。二茂鐵取代的,-不飽和羰基化合物的合成，通常是由乙?；F與醛酮在乙醇溶液中發(fā)生Claisen-Schmidt縮合反應(yīng)得到14。但收率不高，反應(yīng)時間長，溶劑用量大。另外，在1990年Toma等用18 - 冠- 6作催化劑,相轉(zhuǎn)移條件下進(jìn)行該反應(yīng)15 .1994年Villemin等用粉末狀KOH,不用溶劑或用季銨氯化物A336作相轉(zhuǎn)移催化劑,合成了二茂鐵基查爾酮16 。在微波輻射條件下,乙酰基二茂鐵和芳醛反應(yīng)合成二茂鐵基查爾酮也有報道17,18 。但該法使用微波促進(jìn)反應(yīng)時，觀察到了二茂鐵衍生物容易燃燒，不宜控制反應(yīng)條件。1.5 1-二茂鐵基-3-(3,4,5-三甲氧苯基)-2-丙烯-1-酮的合成本文將二茂鐵基引入3,4,5-三甲氧基苯甲醛，合成了1-二茂鐵基-3-(3,4,5-三甲氧苯基)-2-丙烯-1-酮，產(chǎn)物未見文獻(xiàn)報道。其合成思路如下：以二茂鐵為原料，對其進(jìn)行乙酰化，合成乙?；F；合成路線1：乙?；F的合成Scheme1: synthesis acetylferrocene以沒食子酸為原料，經(jīng)堿性條件下與硫酸二甲酯作用得3,4,5-三甲氧基苯甲酸，然后在酸性條件下酯化得3,4,5-三甲氧基苯甲酸甲酯, 再經(jīng)酰肼化、赤血鹽氧化而得193,4,5-三甲氧基苯甲醛； 合成路線2：3,4,5-三甲氧基苯甲醛的合成Scheme2: the synthesis of 3,4,5-thimethoxybenzaldehyde3,4,5-三甲氧基苯甲醛(TMB)、乙?；F通過固相縮合，得到含二茂鐵基、3,4,5-三甲氧基苯基的1-二茂鐵基-3-(3,4,5-三甲氧苯基)-2-丙烯-1-酮。 合成路線3：1-二茂鐵基-3-(3,4,5-三甲氧苯基)-2-丙烯-1-酮的合成Scheme3: the synthesis of 1-ferrocenyl-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)prop-2-en-1-one 本實驗利用固相法合成二茂鐵基查耳酮20，反應(yīng)時間短，選擇性強,收率高,節(jié)約溶劑,是實現(xiàn)”綠色化學(xué)”的有效途徑。2.實驗部分2.1儀器及藥品500mL三頸燒瓶，250ml三頸燒瓶，回流管，干燥管，恒溫磁力攪拌器，機械攪拌器，滴液漏斗，單頸燒瓶，燒杯，水泵，溫度計，布什漏斗，濾紙，酒精燈，毛細(xì)管，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，分液漏斗，紅外光譜。二茂鐵，乙酸酐，磷酸（85%），沒食子酸，氫氧化鈉，硫酸二甲酯，濃鹽酸，3,4,5-三甲氧基苯甲酸，無水甲醇，濃硫酸，3,4,5-三甲氧基苯甲酸甲酯，水合肼，3,4,5-三甲氧基苯甲酸，3,4,5-三甲氧基苯甲酰肼，甲苯，濃氨水，赤血鹽，3%鹽酸，丙酮，研缽，乙酰基二茂鐵，固體NaOH，3,4,5-三甲氧基苯甲醛，二氯甲烷，乙酸乙酯，石油醚。2.2 實驗步驟2.2.1 合成乙?；F 將9g(0.048mol)二茂鐵和30g(28.2ml,0.3mol)的乙酸酐放入250ml的三頸燒瓶中，三頸燒瓶上裝有帶有干燥管的回流冷凝管器，于55的水浴中在攪拌下自滴液漏斗中加入6ml (85%)磷酸。滴加完后，繼續(xù)反應(yīng)，用TCL跟蹤反應(yīng)，展開劑（石油醚：乙酸乙酯,2:1,v/v）,直到原料點消失。另于500ml的燒杯中加入160g冰，將上述混合物倒入燒杯中，小心的用碳酸氫鈉中和反應(yīng)物（有二氧化碳逸出），將燒杯有冰水中冷卻半小時，過濾收集橙黃色固體，用水洗滌，干燥，得到粗品。將粗品用石油醚重結(jié)晶，得到乙?；F3.7g，產(chǎn)率為50.34%，m.p.8385(文獻(xiàn)值8687）。2.2.2 合成3,4,5-三甲氧基苯甲醛在500mL 的三頸燒瓶中加入25g（0.147mol）沒食子酸和100mL水，機械攪拌并通入N2保護(hù)，攪拌3分鐘后加入40g氫氧化鈉(1mol)和150ml水的溶液，30分鐘后滴加45g(0.353moL)硫酸二甲酯，在冰浴下進(jìn)行，滴加完畢后，反應(yīng)20分鐘，再滴加45g(0.353mol)硫酸二甲酯，滴加完畢后，加熱回流2h,再滴加10g (0.25mol)氫氧化鈉和15mL水的溶液，繼續(xù)回流2h,反應(yīng)完畢，停止加熱，當(dāng)冷卻到40左右時，用濃鹽酸酸化到PH=2,這時吸出大量白色固體，冷卻到30，抽濾，用水洗滌兩次，固體干燥后用水重結(jié)晶，活性炭脫色，熱過濾，冷卻，得到白色固體3,4,5-三甲氧基苯甲酸16.5g,收率52.9%，m.p.158160(文獻(xiàn)值160162)。在500mL的三頸燒瓶中加入16.5g(0.0778mol) 3,4,5-三甲氧基苯甲酸,80g無水乙醇和6ml濃硫酸，機械攪拌，加熱回流后，呈淡黃色透明液體，回流5-8h后停止，冷卻吸出白色晶體，過濾，用少量甲醇洗滌，干燥后得到白色晶體3,4,5-三甲氧基苯甲酸甲酯12.7g,收率72%，m.p.7980(文獻(xiàn)值8284)。在250mL三頸燒瓶中加入12.7g(0.0562mol) 3,4,5-三甲氧基苯甲酸甲酯和19.5mL(80%)水合肼，機械攪拌加熱回流，固體溶解后回流20min，加入19.5mL甲醇，溶液呈淡黃色透明液，反應(yīng)5h后停止，靜置，冷卻得到白色晶體，抽濾，甲醇洗滌，干燥后得到淺黃色針狀晶體11g，產(chǎn)率86.5%，m.p.152154(文獻(xiàn)值158159).在裝有機械攪拌、滴液漏斗、溫度計的500mL三口燒瓶中加入3,4,5-三甲氧基苯甲酰肼4.0g(0.0177mol),甲苯50mL,濃氨水18mL，控溫1618之間滴加含赤血鹽12.5g的水溶液42mL(濃度為0.3g/mL)。滴加完后升溫到40反應(yīng)1h，停止。分出水后，有機層用3%鹽酸洗滌至中性，分出水，有機層旋干，得到黃色固體，用少量丙酮溶解后用水重結(jié)晶，冷卻后吸出淺黃色固體，抽濾、烘干、稱重得到淺黃色片狀晶體2.8 g(0.0143mol),收率為 80.69 %，m.p.6971(文獻(xiàn)值7375)2.2.3 合成 1-二茂鐵基-3-(3,4,5-三甲氧苯基)-2-丙烯-1-酮取0.228g（1mmol）乙?；F,0.04g (2mmol)固體NaoH置于研缽中仔細(xì)研磨幾分鐘，使其成均勻粉末混合物（室溫下進(jìn)行），然后加入0.196g（1 mmol）3,4,5-三甲氧基苯甲醛,于45的水浴上繼續(xù)研磨,用TCL跟蹤反應(yīng),510分鐘趨于完成。反應(yīng)混合物冷卻到室溫，加入二氯甲烷萃取，水洗，分液。減壓蒸出溶劑，得到深紅色的縮合產(chǎn)物，將粗品用石油醚：乙酸乙酯（2：1，V/V）重結(jié)晶，得到成品0.29 g,產(chǎn)率為71.43 %，m.p.118.5120。3.結(jié)果分析與總結(jié)第一，由IR譜可知：a)在1643.05處有碳氧雙鍵特征峰的強吸收；b)在1580處有碳碳雙鍵的特征吸收峰，比碳氧雙鍵弱；c)在1504.20，1457.92有苯環(huán)的吸收；d)在1126.22有環(huán)戊二烯特征峰的強吸收；e)在1002.80有環(huán)戊二烯特征峰上的碳?xì)滏I吸收峰。根據(jù)分析可知，碳氧雙鍵與碳碳雙鍵的吸收分別在1643.05和1580處，二者的吸收峰情況與、不飽和酮中共軛羰基和碳碳雙鍵的特征吸收峰的情況相吻合, 所以化合物中羰基和碳碳雙鍵是相互共軛的，另外譜圖中出現(xiàn)了環(huán)戊二烯特征峰與苯環(huán)的吸收，因此可初步確定產(chǎn)物1-二茂鐵基-3-(3,4,5-三甲氧苯基)-2-丙烯-1-酮的合成（譜圖見下）。1-二茂鐵基-3-(3,4,5-三甲氧苯基)-2-丙烯-1-酮的紅外譜圖 The IR spectrogram of 1-ferrocenyl-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)prop-2-en-1-one第二，反應(yīng)時間短，選擇性強，不發(fā)生副反應(yīng)，收率高，節(jié)約溶劑，是實現(xiàn)“綠色化學(xué)”的有效途徑。該合成在室溫下不發(fā)生明顯反應(yīng) ，45時只需在510分鐘即可完成，不發(fā)生副反應(yīng)。第三，粗品用石油醚：乙酸乙酯（2：1，V/V）重結(jié)晶，得到深紅色晶體，收率為71.9%。參考文獻(xiàn)1 石秀梅, 鄧士英,周桂華等. 3,5二羥基查耳酮的合成J. 化學(xué)工程師, 2008, 153(6).2 黨珊, 劉錦貴, 王國輝室溫下2-羥基查耳酮的合成N. 合成化學(xué), 2008, 16（4）: 460463.3 楊錦明. 二茂鐵基查耳酮與胺的麥克爾加成反應(yīng)的研究D. 貴州: 貴州大學(xué),2006.4 劉明國, 廖全斌, 曹良義等. 二茂鐵衍生物的生物活性N. 湖北三峽學(xué)院學(xué)報, 1998，20(1).5 盧文貫. 二茂鐵衍生物的研究進(jìn)展N.韶關(guān)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2000.6 畢良武, 吳在嵩, 陳笳鴻等. 3,4,5-三甲氧基苯甲醛的合成及應(yīng)用綜述J. 林產(chǎn)化學(xué)與化工, 1997,12,14(4). 1 高松平, 張俊祥, 李冰. 乙?；F的合成工業(yè)的研究N. 華北工學(xué)院學(xué)報, 2004, 25（4）.7 高松平, 張俊祥, 李冰. 乙?；F的合成工業(yè)的研究N. 華北工學(xué)院學(xué)報, 2004, 25（4）.8 張首才. 1-苯基-1-二茂鐵基乙醇的合成J. 松遼學(xué)刊(自然科學(xué)版), 2001. 3.9 Graham P J , L indsey R V , Parshall G W , etal1J 1A m 1Chem 1S oc1, 1957, 79 (13) : 3416.10 M ckone H J 1J 1Chem 1E d uc1, 1980, 57 (5) : 380.11 Hauser C R, L indsay J K1J 1O rg 1Chem 1, 1957, 22(5) : 482.12 Ranu B C, Jana U ,M ajee A 1Green Chem 1, 1999, 1(1) : 33.13 N ew irth T L , SrouyiN 1J 1Chem 1E d uc1, 1995, 72 (5) :454271.14 Borchard J, Morin J p, Tirouflet J. 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