Page 169 - 《精细化工》2021年第4期

第 4 期 王 娟，等: 微波辅助合成 1-(3-羟丙基)-4-哌啶酮 ·803·

1.3 测试表征 有利，微波功率选择 120 W 为宜。
1.3.1 结构表征 表 2 为微波辐射下反应物物质的量比、反应温
采用核磁共振波谱仪对中间体Ⅱ和目标产物Ⅰ 度和反应时间对Ⅱ收率的影响。其中，反应条件为
的结构进行表征，CDCl 3 为溶剂，TMS 为内标。 3-羟基丙胺（3.8 mL，0.05 mol）、甲醇（50 mL）、
1.3.2 纯度测定 微波功率 120 W。
采用气相色谱仪对中间体Ⅱ和目标产物Ⅰ的纯
度进行测定。测定条件为色谱柱 Agilent HP-5MS 表 2 化合物Ⅱ合成工艺参数的优化
Table 2 Optimization of synthesis parameters of compoundⅡ
(30 m×0.25 mm，0.25 μm)，进样口温度 250 ℃；进
No. n(胺)∶n(酯) 反应温度/℃ 反应时间/min 收率/%
样量 1 μL；分流比 1∶10；载气为氮气；程序升温：
1 1∶2.2 40 30 85.3
初始 100 ℃，以 20 ℃/min 速率升到 250 ℃；汽
2 1∶2.3 40 30 89.2
化检测温度 280 ℃。 3 1∶2.4 40 30 92.6
4 1∶2.5 40 30 92.8
2 结果与讨论 5 1∶2.6 40 30 93.3
6 1∶2.4 20 30 50.1
2.1 Ⅱ合成工艺参数的优化 7 1∶2.4 30 30 78.2
固定 3-羟基丙胺（3.8 mL，0.05 mol）与丙烯酸 8 1∶2.4 50 30 86.3
甲酯（10.9 mL，0.12 mol）用量，在 40 ℃下微波 9 1∶2.4 60 30 71.5
辐射反应 30 min，考察微波辐射功率对Ⅱ收率的影 10 1∶2.4 40 10 48.5
11 1∶2.4 40 20 74.8
响，结果见表 1。
12 1∶2.4 40 40 91.3
表 1 微波辐射功率对Ⅱ收率的影响 13 1∶2.4 40 50 87.5
Table 1 Effect of microwave radiation power on the yield of 注：胺为 3-羟基丙胺，酯为丙烯酸甲酯。
compoundⅡ
表 2 中 No.1~5 结果表明，n(3-羟基丙胺)∶n(丙
No. 微波功率/W 收率/%
烯酸甲酯)越小，反应进行得越彻底，Ⅱ收率越高
①
1 0 73.2
2 80 46.7 （No.1~5）；当 n(3-羟基丙胺)∶n(丙烯酸甲酯)降至
3 100 71.5 1∶2.4 时，再增加丙烯酸甲酯的用量，Ⅱ的收率没
4 120 92.6 有显著增加（No.4、5）。这是因为丙烯酸甲酯容易
5 140 83.2 聚合，为了提高Ⅱ的收率，要使丙烯酸甲酯过量，
6 160 70.8
当 n(3-羟基丙胺)∶n(丙烯酸甲酯)=1∶2.4 时，能够
①常规加热 40 ℃反应 12 h 后Ⅱ的收率。
满足反应要求，再增加丙烯酸甲酯用量，收率不再
表 1 表明，采用微波辐射加热，微波功率在 明显增加。综合生产成本考虑，选取 n(3-羟基丙胺)∶
80~120 W 内，随着微波功率升高，Ⅱ收率显著升高 n(丙烯酸甲酯)=1∶2.4 为宜。
（No.2~4）；采用微波功率 120 W 加热反应 30 min， 表 2 中 No.3 和 No.6~9 可见，在反应温度为
Ⅱ收率为 92.6%（No.4），而常规加热反应 12 h，Ⅱ 20~40 ℃内，升高温度有利于 Michael 加成反应的
[7]
收率为 73.2% （ No.1），采用微波辐射加热对 进行，Ⅱ的收率呈递增趋势（No.3，6~7）；升温至
Michael 加成反应具有明显的促进作用，反应时间 40 ℃后，升高温度更有利于丙烯酸甲酯发生聚合反
短，Ⅱ收率大幅度提高；然而，继续升高微波功率， 应以及和 3-羟基丙胺发生 N-酰化反应，Ⅱ的收率呈
Ⅱ收率反而降低（No.5、6）。这是因为微波存在非 下降趋势（No.8、9） 。这是因为反应温度对反应速
热效应，能够显著加快有机合成的反应速度 [15] ；微 率有较大影响，相同的反应时间，反应速率快产物
波功率不仅影响反应物分子的运动速度，而且影响 收率高，但是，40 ℃后升温更有利于丙烯酸甲酯发
带电荷中间体的生成速度和稳定性，Michael 加成反 生聚合反应以及和 3-羟基丙胺发生 N-酰化反应，使
应是亲核加成反应，反应过程中会生成带负电荷的 得丙烯酸甲酯和 3-羟基丙胺的浓度降低，导致收率
中间体，适当的微波功率对 Michael 加成反应有很 下降。所以，反应温度选择 40 ℃为宜。
大的促进作用，实验结果表明，当微波功率升到 由表 2 中 No. 3 和 No.10~13 可见，微波辐射时
120 W，反应速率达到最佳状态，产物收率较高， 间低于 30 min，Ⅱ收率较低；微波辐射时间高于 30 min
继续增加微波功率，反而不利于带负电荷中间体的 后，Ⅱ的收率有所下降。这是因为微波辐射时间决
生成速度和稳定性，产物收率降低。因此，采用微 定反应的进程，微波辐射时间过短（低于 30 min），
波加热法比常规加热法对 Michael 加成反应进行更 反应进行不完全，微波辐射时间过长（高于 30 min），