超声波辐射下光致变色螺吡喃类化合物的快速合成

孙宾宾，杨博

(陕西国防工业职业技术学院 化学工程学院，陕西 西安 710300)

螺吡喃是一类研究比较广泛的光致变色化合物，其常用的合成方法是在氮气保护下，用2-亚甲基吲哚啉衍生物(Fischer 碱)与邻羟基芳香醛衍生物在有机溶剂中长时间回流缩合而成，反应时间一般为数小时［1-2］，合成效率低下，一定程度上限制了螺吡喃类光致变色化合物的进一步开发应用。尚延江等将2-亚甲基吲哚啉衍生物的前体季铵盐在有机碱的存在下，与邻羟基芳香醛衍生物“一锅法”回流，使合成步骤得以简化、产率有所提高［3］，但是反应时间并没有明显缩短，合成效率没有明显提高。也有学者将微波辐射技术引入螺吡喃等化合物的合成，以提高合成效率［4］。近年来，超声波技术在有机合成中的应用研究越来越多，对各种类型的反应几乎都有不同程度的促进作用［5］。将超声辐射合成技术应用于螺吡喃类光致变色化合物的合成，有利于提高合成效率、加速其应用推广。

1，3，3-三甲基-6'-硝基螺吲哚啉苯并吡喃(III)是最简单、应用最广泛的光致变色螺吡喃化合物之一;1-羟乙基-3，3-二甲基-6'-硝基螺吲哚啉苯并吡喃(V)，由于分子结构中含有羟基，易于进行酯化、醚化反应进行修饰，是对螺吡喃类光致变色化合物进行深入研究的一个重要中间体。

本文采用超声波辐射技术合成路线，合成了螺吡喃类光致变色化合物III 和V，通过1H NMR、IR分析确认了目标产物分子的结构，讨论了超声辐射时间对化合物III 合成产率的影响。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

1，3，3-三甲基-2-亚甲基吲哚啉，化学纯;水杨醛、硝酸、乙酸、甲醇、碘化钾、2-氯乙醇、乙醇、六氢吡啶、乙醚、丙酮、石油醚(60 ～90 ℃)均为分析纯;4A 分子筛(钠A 型，φ3 ～5 mm)，球状;硅胶(60 ～100 目)。

KQ50E 型数控超声波清洗器(超声功率50 W);ZF-2 型三用紫外线分析仪。

1.2 实验方法

合成路线如下:

1.2.1 5-硝基水杨醛(II)的合成 参照文献［6］合成，淡黄色固体，m.p.124 ～125 ℃(文献值125 ～126 ℃)。

1.2.2 1，3，3-三甲基-6'-硝基螺吲哚啉苯并吡喃(III)的超声合成 在盛有30 mL 甲醇溶液的圆底烧瓶中，依次加入1.73 g 1，3，3-三甲基-2-亚甲基吲哚啉(I)、1.67 g 5-硝基水杨醛(II)，装上回流冷凝管，置于超声清洗器中于70 ℃水浴超声回流反应一段时间，过滤，无水硫酸镁干燥，过滤，蒸去部分溶剂，冷却，得粗产物。乙醇重结晶，得黄色固体，m.p.177 ～178 ℃(文献值［4］179 ～180 ℃)。

1.2.3 1-羟乙基-2，3，3-三甲基吲哚啉碘化物(IV)的合成 参照文献［7］合成，无色晶体，m.p.160 ～161 ℃(文献值［7］162 ～163 ℃)。

1.2.4 1-羟乙基-3，3-二甲基-6'-硝基螺吲哚啉苯并吡喃(V)的超声合成 在盛有80 mL 甲醇溶液的三颈烧瓶中，依次加入3.31 g 1-羟乙基-2，3，3-三甲基吲哚啉碘化物(IV)、1.67 g 5-硝基水杨醛(II)、1 mL六氢吡啶和少许4A 分子筛，装上回流冷凝管，通氮气5 min，置于超声清洗器中于70 ℃水浴超声回流反应30 min，过滤，将溶液减压蒸干，用大量乙醚溶解，浓缩后柱层析(洗脱剂V丙酮∶V石油醚=1∶6)分离，得到紫红色晶体，收率63.7%，m.p.163 ～164 ℃(文献值［7］163 ～165 ℃)。

2 结果与讨论

2.1 反应溶剂的选择

一般文献中，合成螺吡喃时的回流介质为乙醇(b.p.78.5 ℃)。使用数控超声清洗器为超声波来源，内盛介质为水。考虑到水在＞80 ℃时已经挥发很快，产生大量水蒸气，使仪器干燥变得困难，本实验选择沸点较低的甲醇(b.p.65 ℃)为反应介质，将数控超声清洗器的温度定为70 ℃，使超声辐射反应在甲醇介质回流条件下进行。

2.2 超声辐射时间对化合物(III)收率的影响

螺吡喃化合物(III)的合成一般以1，3，3-三甲基-2-亚甲基吲哚啉(I)、5-硝基水杨醛(II)为原料，在氮气保护下回流4 ～8 h，溶剂需事先做无水干燥处理，较为麻烦［4］。本文在无氮气保护条件下，固定反应条件见1.2.2 节，考察超声辐射时间对合成收率的影响，结果见表1。

表1 超声时间对产物III 收率的影响Table 1 Effect of irradiation time on the yield of III

由表1 可知，超声辐射时间延长，收率逐渐提高，但是超声辐射超过20 min 后，对反应收率的影响不显著。超声辐射的使用加快了反应速率，简化了反应条件，降低了制备成本。

2.3 化合物V 的超声合成

对于螺吡喃化合物(V)的合成，大部分报道采用将1-羟乙基-2，3，3-三甲基吲哚啉卤化物(IV)在有机碱的作用下，与5-硝基水杨醛(II)“一锅煮”的方式，使合成步骤得以简化、产率有所提高［8-9］。也有报道采用类似本文化合物III 的合成方式，先将1-羟乙基-2，3，3-三甲基吲哚啉卤化物(IV)在无机碱溶液中脱去卤化氢，制成中间体，然后与5-硝基水杨醛(II)在乙醇中回流缩合［10］。本文以无水甲醇为溶剂，以六氢吡啶为碱，同时辅以4A 分子筛除水，将1-羟乙基-2，3，3-三甲基吲哚啉碘化物(IV)和5-硝基水杨醛(II)在超声辐射下回流，过程中通过TLC 检测，反应仅需30 min 即获得了较好的收率，证实超声辐射的确加快了化学反应速度。

3 结论

(1)在超声辐射条件下，以1，3，3-三甲基-2-亚甲基吲哚啉和5-硝基水杨醛为原料，以甲醇为溶剂，合成了光致变色化合物1，3，3-三甲基-6'-硝基螺吲哚啉苯并吡喃，超声辐射20 min 收率可达76.3%，超声辐射显著的加快了螺吡喃类化合物的合成过程。

(2)在超声辐射条件下，以甲醇为溶剂，在有机碱六氢吡啶存在下，将1-羟乙基-2，3，3-三甲基吲哚啉碘化物和5-硝基水杨醛通过“一锅煮”的方式，合成了光致变色化合物1-羟乙基-3，3-二甲基-6'-硝基螺吲哚啉苯并吡喃，反应仅需30 min 即获得了较好的收率。

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