迈克尔加成反应
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2023年2月20日发(作者：心的构造)引言
二苯基丙烯酮，又叫查耳酮，是合成黄酮类化合物的重要中间体，其广泛的存在于自
然界中，在许多文献中都有过从天然产物中分离提取查尔酮的报道[1]。
它对植物抵抗疾病、寄生虫等起重要作用。其本身也有重要的药理作用。由于其分子结
构具有较大的柔性,能与不同的受体结合,因此具有广泛的生物活性[2,3]。由于其显著的生
物药理活性及独特的可塑性结构,近年来引起了化学工作者的研究兴趣。如：LaliberteR.
报道了查耳酮的抗蛲虫作用[4]；程桂芳，何克勤等在1996年报道了查尔酮的抗过敏性作
用[5],表现了多种药理作用。DEVINCENZOR等在2000年发现了类黄酮化合物中的查尔
酮,具有化学预防和抗肿瘤活性[6-11]。同时，它还可作为抗生素、抗疟疾的药物成分。因
此，查耳酮化合物在医药化学方面有广泛的用途。
具有C=C-C=O结构的查耳酮化合物，和两端的苯环形成一个大的π键。当受到光
波的照射后，电子在一定方向上发生移动，产生超极化效应；此时的π电子趋于离域，
往往表现出较大的非线性光学效应。因而，这一类的化合物在非线性光学材料方面具有
广泛的应用前景。同时，查耳酮化合物还可以作为聚合物的支链，在液晶领域也有广泛
的用途[12,13]。除此之外查尔酮还是一种重要的有机合成中间体,可用于香料和药物等精细
化学品的合成[14]。
合成查尔酮的方法很多,经典的合成方法是使用强碱如醇钠或者强酸在无水乙醇中
催化苯乙酮和苯甲醛的羟醛缩合,合成路线为:
O
CH
3
R
CHO
H
+
orOH
-
O
R
Scheme1
该反应体系对设备腐蚀较大,产物不易分离且污染严重，且副反应多,产率较低,产
率在10%～70%[15]。
近年来也有报道采用金属有机化合物、NaOH和1.2丁基2.3.2甲基六氟磷酸咪唑
盐、KF
2
Al
2
O
3
等作为碱性催化剂在溶液中合成查尔酮,但催化剂制备较困难,价格比较
昂贵,反应时间较长,且产率不高。随着各种催化剂的不断发现及对反应条件的大量探索,
查尔酮的合成方法已趋向于多样化。其代表性的合成方法有：
1.溶液合成
2007年董秋静等报道[16]：以苯甲醛和苯乙酮衍生物为原料,在氢氧化钠乙醇水溶液中,
室温下制备了一系列的查尔酮衍生物。方法简单,操作容易,后处理方便,收率在60%～
90%之间,特别适合于羟基查尔酮的合成。合成路线为：
COCH
3
R
1
R
2
CHO
NaOH/CH
3
CH
2
OH
室温
R
1
R
2
O
Scheme2
2.微波合成
自从Gedye等[17]1986年将微波辐射用于有机合成反应以来,微波技术在有机合成中
已得到了广泛的应用[18,19]。
2007年朱凤霞等[20]报道了用NaOH作催化剂、无水乙醇作溶剂,在微波辐射条件下使乙
酰基二茂铁与芳醛发生缩合反应以制备9个二茂铁基查尔酮衍生物。反应时间只需0.5～
4min,产率61%～84%之间,操作简便。
2006年徐洲[21]等报道了用2-羟基苯乙酮与取代苯甲醛在20%NaOH水溶液中,在四
丁基溴化铵(TB2AB)存在下,微波辐射3～7min,合成了13种羟基查尔酮及其衍生物,收
率良好,在57%～85%之间。反应路线为：
O
NO
2
CHO
R
KF-Al
2
O
3
微波
O
NO
2R
Scheme4
2007年刘兴利[22]等报道了以硝基苯乙酮和取代苯甲醛为原料,在微波辐射无溶剂条
件下,以理想的产率得到9个查尔酮。操作简单、反应速度快、产率高,是一种合成查尔
酮的好方法。合成路线为：
O
CHO
R
20%NaOH/TBTA
微波3-7min
O
R
OH
OH
Scheme5
微波干法与一般溶剂反应方法比较具有的优势是:(1)不受溶剂活性因素的影响,可
有效减少副反应;(2)不受溶剂沸点、挥发性等因素影响,反应可在较宽的温度范围内进
行；(3)反应速度增大1337～4114倍,大大地缩短了反应时间；(4)目标物的产率得到较大
的提高。微波干法反应的产率在90%～98%之间,而一般溶剂反应的产率在57%～82%之
间。因此微波干反应法是合成查尔酮的一种对环境友好、简便、高效、实用的好方法。
3.相转移催化剂合成
2006年蒋新宇[23]等报道了以聚乙二醇(PEG)为相转移催化剂进行了苯甲醛与苯乙酮
的克莱森·施密特缩合反应,在较优化的合成条件下,查耳酮产率可达80%。
4.绿色合成
2006年段宏昌[24]等报道了以苯甲醛衍生物和苯乙酮为原料,弱碱碳酸钾为催化剂,用十
六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)作相转移催化剂,以水作溶剂于回流条件下反应6h,产率
高达90%。工艺具有反应条件温和、化学选择性强、不用惰性气体保护、产物易分离、
合成方法简单等优点。合成路线为：
O
CHO
R
催化剂
加热回流
O
R
H
2
O
Scheme6
2006年吴浩[25]等报道了以离子液体1,3-二丁基-2-甲基四氟硼酸咪唑盐([dbmim]BF
4)为反应溶剂,以水滑石作催化剂的绿色无污染合成查尔酮的新方法。查尔酮产率可以
达到98.5%。反应体系易于产物分离,离子液体和水滑石可以循环使用,具有高效、环
境友好的特点,可实现绿色无污染合成。合成路线为:
O
CHO
水滑石
[dbmim]BF4
343K
O
Scheme7
5.室温下合成
2008年党珊[26]等报道了以未保护羟基的取代邻羟基查尔酮(1a～1e)和取代苯甲醛
(2f,2j,2l,2p,2t)为原料,在稀NaOH/乙醇溶液中,室温反应,合成了23种2′-羟基查尔
酮(3a～3w,其中3d～3w为新化合物),收率48%～90%。合成路线为：
OCHO
NaOH/EtOH
O
OH
R
2
R
1
OH
R
1
R
2
Scheme8
此外,2007年杨金会[27]等报道了以2,4,6-三羟基苯乙酮和对羟基苯甲醛为起始原
料,经选择性的甲基化,甲氧甲基化,羟醛缩合,还原,脱保护等反应首次完成了2,4-二
羟基-4',6'-二甲氧基2二氢查尔酮的全合成,总收率40%。目标产物具有抗氧化性。
6.采用酰基化、Fries重排和醇醛缩合反应合成方法
2008年石秀梅[28]等报道了利用间苯二酚作为起始原料,通过酰基化、Fries重排、醇醛
缩合反应合成中间体3,5-二羟基查尔酮,收率达80%。方法具有反应时间短操作简便、
收率较好等优点。合成路线为：
OH
OH
(CH
3
CO)
2
O
H
3
PO
4
OCOCH
3
OCOCH
3
NO
2
AlCl
3
OH
OHCOCH
3
CHO
OH
OH
O
OH
-
Scheme9
7.其他合成方法
2006年廖头根[29]等报道了以3,5-二羟基苯甲酸为原料,分别经酯化、甲氧甲基保护
或甲基化、酰肼化、氧化、醛酮缩合、脱保护基、O-基化或O-异戊烯基化等步骤,以5.6%～
46%的总收率合成了8个未见文献报道的查尔酮类化合物。
早在1955年就有关于氮杂查尔酮合成的研究[30].，
等人在研究氮杂查尔酮的合成中发现:苯乙酮与2-吡啶甲醛按照ll在文献中所
报道的制备亚节基乙酞苯的方法[31]没有制得氮杂查尔酮1，而分离得到了产物2和3。当溶
剂中以乙醇为主时，以麦克尔加成型产物为主;当溶剂中不含乙醇时，只得到了3。
N
O
N
H
C
H
2
CC
O
2
N
OHO
1
2
3
综上所述,对查尔酮类化合物合成方法的研究,人们已经开展了较为深入系统的工
作。随着越来越多查尔酮化合物的发现,化学工作者的合成工作也越来越重,继续深入研
究其构效关系,寻求简便易行的绿色合成方法,开发生理活性好、应用前景好的该类化合
物将是今后的研究方向[32]。
迈克尔加成反应[33]是指含活泼亚甲基的化合物与α，β-不饱和羰基化合物或α,β-
不饱和羰酸酯、α,β-不饱和腈在碱性催化剂作用下的共轭加成反应，它是一类重要的形
成C-C键的有机反应。迈克尔加成在有机合成中有着广泛的应用，传统上通常采用强碱
作为催化剂，一般需要控制好反应条件，如果碱的用量过大，反应温度较高、反应时间
较长，很容易产生供体的自缩合等副产物。
迈克尔加成的机理[33]：在有机化学中,碳负离子与α,β-不饱和共轭体系(醛、酮、酯、
腈和硝基化合物等)进行的共轭迈克尔加成。通常把能够形成亲核性碳负离子的化合物
叫做给予体,而把亲电的α,β-不饱和共轭体系称为接受体。一般用以下通式表示:
CCy
HR
B
-
(碱)
-HB
RCC
H
y
(接受体)
（给予体）
其中,y代表能和C=C共轭的吸电子基团,如-CHO,-COR,-COOR,-CN和-NO2等;HR代
表含有活泼氢的化合物,是给予体,包括Lewies质子酸,含α-H的醛、酮或酯以及1,3位
置上带有吸电子基团的物质(主要指后者),如：
二酮
-酮酸酯
丙二酸酯
氰基乙酸酯
硝基乙酸酯
COR
COR
COOR
COR
COOR
COOR
COOR
NO
2
COOR
CN
由于-COR,-COOR,-CN和-NO2的强吸电子性,致使活性亚甲基-CH2-中的碳原子
上的电子云密度较低,它们在碱的作用下,都容易失去质子而形成比较稳定的碳负离子
作为亲核试剂发生化学反应。在迈克尔加成反应中,常用的碱有氢氧化钠(钾)、乙醇钠、
叔丁醇钾、氨基钠等强碱和三乙胺、六氢吡啶等弱碱。
2003年Shimizu,K.I等尝试采用Lewis酸做催化剂，效果也不是很理想。文献中有关
迈克尔加成反应的催化剂报道很多，主要有Al2O3、K2CO3、铑配合物、钌配合物、粘
土负载溴化镍等，但是许多反应存在产率低，反应时间长等缺点。
近年来，离子液体作为环境友好的溶剂和催化剂体系，其研究开发利用已越来越
受到世界各国催化界和石化行业界的密切关注，离子液体与传统溶剂相比，具有一系列
特性，如低蒸汽压、宽液态温区、与反应物具有良好的相溶性、操作处理方便、可循环
使用、分子具有可设计性、酸碱催化和相转移催化等特性。在许多的有机反应中，特别
是在催化反应当中，离子液体催化体系都表现出了很高的活性和选择性。在催化和有机
合成领域中，离子液体酸催化一直扮演着极为重要的角色,而且碱性离子的催化应用也
开始有了一定的研究。
基于上述：本文主要通过尝试在不同温度（如20、40、60、80、100）、不同溶剂（如
水、乙醇等）、不同碱（如Na
2
CO
3
、K
2
CO
3
、三乙胺等）及相转移催化剂（PTC）条件下
查尔酮的反应时间与转化率的关系，摸索出一种最佳的系列查尔酮的水相合成反应条
件。同时用所得到的查尔酮与丙二酸二乙酯、氰乙酸乙酯、丙二氰在20、40、60、80、
100时水相中用不同碱（如Na
2
CO
3
、K
2
CO
3
、三乙胺等）及相转移催化剂（PTC）进行
一系列不同的迈克尔加成，通过对比其反应时间与转化率曲线，得到最优的水相迈克尔
加成条件。分离出的各产物通过测定熔点、红外和紫外光谱加以表征；进一步考察取代
基的电子效应以及光谱学性质上的规律。
第1章查尔酮及氮杂查尔酮的合成
1.1实验部分
1.1.1实验药品
苯乙酮分析纯国药集团化学试剂有限公司
吡啶酮分析纯国药集团化学试剂有限公司
苯甲醛分析纯国药集团化学试剂有限公司
3-硝基苯甲醛分析纯国药集团化学试剂有限公司
4-硝基苯甲醛分析纯国药集团化学试剂有限公司
4-溴苯甲醛分析纯国药集团化学试剂有限公司
3，4-二氯苯甲醛分析纯中科院上海有机所化学研究院
3，4-二甲氧基苯甲醛分析纯中科院上海有机所化学研究院
碳酸钠分析纯上海大合化学品有限公司
碳酸钾分析纯上海大合化学品有限公司
氢氧化钠分析纯蚌埠化学试剂厂
乙酸乙酯分析纯无锡市亚盛化工有限公司
石油醚分析纯无锡市亚盛化工有限公司
无水乙醇分析纯无锡市亚盛化工有限公司
无水甲醇分析纯蚌埠化学试剂厂
1.1.2实验仪器
FC-104型电子天平上海精密科学仪器有限公司天平仪器厂
SHB-ⅢA型循环水式多用真空泵河南省太康科教器材厂
101-1型电热恒温鼓风干燥箱上海跃进医疗器械厂
85-1型磁力加热搅拌器上海志威电器有限公司
加热套建湖县卢沟电热器厂
接触调压器上海长江电气设备集团
B型玻璃仪器气流烘干器郑州市上街华科仪器厂
SY-1型旋转蒸发仪南京卫康科教器材厂
薄层色谱用硅胶GF254青岛海洋化工厂
ZF-2型三用紫外仪上海市安亭电子仪器厂
数字显微熔点测定仪北京福凯仪器有限公司
EQUINOX55型傅立叶变换红外光谱仪德国Bruker公司
JK-50B型超声波清洗器合肥金尼克机械制造有限公司
1.1.3实验原理
反应式：
R-CHO
A
B1(B2)
OH
-
P
X
CH
3
O
X
O
R
X=CH;X=N
R=C
6
H
5
,R=3-NO
2
C
6
H
4
,R=4-NO
2
C
6
H
4
,R=4-BrC
6
H
4
R=3.4-Cl
2
C
6
H
3
,R=3.4-CH
2
O
2
C
6
H
3
Scheme1-1
反应机理：
X
CH
3
O
X
OH
CH
2
-HCO
3
-
CO
3
2-
X
CH
2
O
X
O
CH
2
R
CH
O
X
OOH
R
X
OO
R
HCO
3
-
-CO
3
2-
-H
2
O
X
R
O
Scheme1-2
1.1.4实验方法
➢查尔酮的合成
向一250ml圆底烧瓶中依次加入20mmol的苯甲醛（或带有不同取代基的苯甲醛
如：3-硝基苯甲醛，4-硝基苯甲醛，4-溴苯甲醛，3，4-二氯苯甲醛，3，4-二甲氧
基苯甲醛等）和20mmol苯乙酮，用150ml的水作为介质，以8mmol的碳酸钠（或碳酸
钾及氢氧化钠）为催化剂，在加热搅拌下反应直至反应结束。（具体根据薄层色谱分析
/TLC来判断原料是否反应完全以及反应的转化率和选择性）。反应结束后静置加冰冷却
结晶至有产物析出，将静置液用抽滤瓶抽滤（在抽滤过程中可适当加水冲洗）得到查尔
酮产物，收集固体产品烘干。精品可通过柱层析进一步分离和提纯。
➢氮杂查尔酮的合成
氮杂查尔酮的合成与查尔酮的合成方式基本相似：
向一250ml圆底烧瓶中依次加入20mmol的苯甲醛（或带有不同取代基的苯甲醛
如：3-硝基苯甲醛，4-硝基苯甲醛，4-溴苯甲醛，3，4-二氯苯甲醛，3，4-二甲氧
基苯甲醛等）和20mmol吡啶酮，用150ml的水作为介质，以8mmol的碳酸钠（或碳酸
钾及氢氧化钠）为催化剂，在加热搅拌下反应直至反应结束。（具体根据薄层色谱分析
/TLC来判断原料氢化物是否反应完全以及反应的转化率和选择性）。反应结束后静置加
冰冷却结晶至有产物析出，将静置液用抽滤瓶抽滤（在抽滤过程中可适当加水冲洗）得
到氮杂查尔酮产物，收集固体产品烘干。精品可通过柱层析进一步分离和提纯。
1.1.5薄层色谱分析（TLC）
薄层色谱(ThinLayerChromatography)又叫薄板层析，常用TLC表示，是色谱法中
的一种，是快速分离和定性分析少量物质的一种很重要的实验技术，属固—液吸附色谱，
它兼备了柱色谱和纸色谱的优点，一方面适用于少量样品（几到几微克，甚至0.01微克）
的分离；另一方面在制作薄层板时，把吸附层加厚加大，因此，又可用来精制样品，此
法特别适用于挥发性较小或较高温度易发生变化而不能用气相色谱分析的质。此外，薄
层色谱法还可用来跟踪有机反应及进行柱色谱之前的一种“预试”。在进行化学反应时，
常利用薄层色谱观察原料斑点的逐步消失来判断反应是否完成。
A
P
Q
原料A的样品点板
反应液Q的样品点板
标准产品P的点板
展开剂：PE:EA=5:1
TLC点样说明图
TLC点样说明图1-1
不同反应时期TLC点板的现象：
AP
Q
反应初期
A
P
Q
反应前期
A
P
Q
反应中期
A
P
Q
反应后期
A
P
Q
反应结束
不同时期TLC点板现象图1-2
1.2反应影响因素分析
1.2.1反应影响因素确定
本实验的主要影响因素有：原料配比、催化剂种类、催化剂用量、反应溶剂、反应
温度、搅拌速度等。在催化剂种类方面我们选择碳酸钠（或碳酸钾）作为本实验的催化
剂。同时，搅拌速度在本实验中暂不做讨论。由此，本实验主要需摸索量为：①什么
样的原料配比最好、②怎样的催化剂用量最合适、③何种反应温度最佳、④何种反
应溶剂反应效果最好。
本实验的探索原则：
尽量以一种绿色、环境友好型的方法来合成产物，即
㈠能用弱碱的尽量不用强碱，
㈡能用低温的尽量不用高温，
㈢能用水溶剂就尽量不用有机溶剂。
反应因素确定的研究方法：本实验采用控制变量法。其中变量有：⑴原料配比、⑵
催化剂用量、⑶反应溶剂、⑷反应温度。通过控制其中三个变量改变一个变量的方法来
平行实验，最终选择最优方案。
1.2.1.1反应物料配比的确定
由该反应方程式可知：该反应原料的理论配比为A：B=1：1。但考虑到反应实际情
况，假设一种原料物过量，可能会提高该反应的反应速率和反应产率。
为验证假设是否成立，现设计探索方法如下：
由于苯甲醛，3-硝基苯甲醛，4-硝基苯甲醛，3.4-二硝基苯甲醛，4-溴苯甲醛，3.4-
二氯苯甲醛，3.4-二甲氧基苯甲醛均属于同一系列物质，我们选用具有代表性的苯甲醛
与苯乙酮反应。同时用氢氧化钠做催化剂，EtOH作为溶剂，加热反应8小时。
经实验，我们得到苯甲醛与苯乙酮在不同配比下的反应结果如表1-1：
实验项目
A(苯甲醛)
/mmol
B1(苯乙酮)
/mmol
产率
/%
1204084
2203081
3202087
4302083
5402086
以同样的方法得到苯甲醛与吡啶酮在不同配比下的反应结果如下表1-2：
实验项目
A(苯甲醛)
/mmol
B2(吡啶酮)
/mmol
产率
/%
1204081
2203085
3202084
4302082
5402084
由表1，表2实验1、2、3这三组实验数据我们可以知道当B1,B2反应原料过量
时反应的产率变化不大。因此，我们可以断定B1,B2过量不会明显改变反应产率。而由
表1，表2的实验3、4、5这三组实验数据我们又可知道当A反应原料过量时反应的产
率同样变化不大。因此，我们可以断定A过量同样不会明显改变反应产率。
综上所述，我们可以确定合成查尔酮和氮杂查尔酮的最佳原料配比为A:B=1:1。
另外：在实际实验中，由于查尔酮和氮杂查尔酮合成的系列反应中，原料苯乙酮和
吡啶酮为液态，而带有不同取代基的苯甲醛基本为固态。我们让苯乙酮过量5%。因为：
①当B过量时，我们可以用TLC检测A来判断反应进行的程度，并最终确定反应是否
完全。②A为固态，B为液态，在反应结束后，B过量在抽滤时可用适量水清洗滤液去
除，以得到更纯的产品。
1.2.1.2反应催化剂用量的确定
由于本实验旨在探索绿色，环境友好的查尔酮和氮杂查尔酮的合成方法。因此，在
催化剂方面，我们考虑用碳酸钠或碳酸钾等弱碱性类物质来替代传统的强碱性的氢氧化
钠。
为了确定合理的催化剂用量。我们选用原料A:B=1:1.05，不同摩尔量的碳酸钠（D），
在EtOH-H
2
O做溶剂中加热反应后，结果如下：
苯甲醛与苯乙酮反应情况如下表1-3：
实验项目
A(苯甲醛)
/mmol
B1(苯乙酮)
/mmol
碳酸钠
/mmol
反应时间
/h
12021420
22021615
32021812
420211012
520211211
苯甲醛与吡啶酮反应情况如下表1-4：
实验项目
A(苯甲醛)
/mmol
B2(吡啶酮)
/mmol
碳酸钠
/mmol
反应时间
/h
12021423
22021629
32021814
420211013
520211212
由表3中1，2，3项可知：催化剂从4mmol增加到8mmol时，反应完全所需要的
时间下降明显。3，4，5项表明：催化剂从8mmol增加到12mmol时，反应完全所需要
的时间仍在下降，但趋势明显减缓。考虑到催化剂的有效利用和经济性，在查尔酮合成
中催化剂碳酸钠在8mmol是最佳，即物料配比为A:B:D=1:1.05:0.4时最合理。
同样表4的变化趋势与表3相似。即：催化剂从4mmol增加到8mmol时，反应完全
所需要的时间下降明显。催化剂从8mmol增加到12mmol时，反应完全所需要的时间仍
在下降，但趋势明显减缓。因此：在氮杂查尔酮合成中催化剂碳酸钠在8mmol是最佳，
即物料配比为A:B:D=1:1.05:0.4时最合理。
1.2.1.3反应溶剂（介质）的确定
在反应中我们尝试用H
2
O或EtOH-H
2
O作为溶剂代替EtOH，以达到环境友好的目
标。
由于查尔酮和氮杂查尔酮合成的物料配比已确定。而且在物料配比和催化剂选择上
我们发现两个系列的物质合成有很大的相似性。因此：在溶剂的确定过程中氮杂查尔酮
可以参照查尔酮的实验结果来确定。
选用最佳的物料配比，采用H
2
O，EtOH-H
2
O，EtOH为溶剂做对比实验如下表1-5：
溶剂
A（苯甲醛）
/mmol
B1（苯乙酮）
/mmol
D（碳酸钠）
/mmol
产率
/%
反应时间
/h
H2O202188713
EtOH-H2O202188312
EtOH202188815
由表5可以看出:EtOH-H
2
O作为溶剂的产率最低，EtOH做溶剂的产率最高。EtOH
和H
2
O作溶剂的产率相差很小。但从反应完全所需时间看：EtOH-H
2
O作为溶剂时间最
短，EtOH最长，H
2
O和EtOH-H
2
O所需时间相差不明显。
综上：考虑到水是可再生，环境友好型物质，我们认为选择水作为查尔酮和氮杂查尔酮
合成的溶剂是最好的。
1.2.1.4反应温度的确定
由以上确定的最佳物料配比和最优溶剂，最后确定反应最佳温度。在温度的确定过
程中氮杂查尔酮可以参照查尔酮的实验结果来确定。
选择25oC（室温），60oC，100oC，150oC作为实验温度，在最佳物料配比和最佳溶
剂下做对比实验得表1-6：
实验项目
A（苯甲醛）
/mmol
B1（苯乙酮）
/mmol
D（碳酸钠）
/mmol
温度
/oC
产率
/%
反应时间
/h
12
22
32
42
由表6可知：温度为25oC时产率最高，但反应时间是150oC时的3倍。当温度为150oC
时，反应所需的时间最短，但产率明显下降。而在100oC时，产率接近最高产率，反应
所需时间也在合理范围内。因此：对比不同温度下的产率和反应时间后，取100oC作为
反应温度最为合理。
综上所述：查尔酮和氮杂查尔酮合成的最佳反应温度为100oC。
1.2.2反应条件最优化
有上述原料配比、催化剂原料、反应溶剂、反应温度的探索。我们可以确定最终的
反应最优方案为：物料配比-原料A：原料B：催化剂D=1:1.05:0.40，同时，碳酸钠为
催化剂，水作溶剂在100oC条件下反应。其过程既绿色，环保，无毒，无害，又能在较
短的反应时间内得到较高的产率。
1.3系列查尔酮和氮杂查尔酮的合成
由以上探索的最优反应条件，运用1.1.4的实验方法进行查尔酮和氮杂查尔酮系列
产品的合成（通过TLC判断反应进度和完成情况）。
查尔酮系列产品的合成的反应方程式如下：
O
CH
3+
R-CHO
O
R
R=C
6
H
5
,R=3-NO
2
C
6
H
4
,R=4-NO
2
C
6
H
4
,R=4-BrC
6
H
4
R=3.4-Cl
2
C
6
H
3
,R=3.4-CH
2
O
2
C
6
H
3
A
BP
Na
2
CO
3
H
2
O
Scheme1-3
氮杂查尔酮系列产品的合成的反应方程式如下：
N
O
CH
3+
R-CHO
N
O
R
R=C
6
H
5
,R=3-NO
2
C
6
H
4
,R=4-NO
2
C
6
H
4
,R=4-BrC
6
H
4
R=3.4-Cl
2
C
6
H
3
,R=3.4-CH
2
O
2
C
6
H
3
A
BP
Na
2
CO
3
H
2
O
Scheme1-4
1.4查尔酮和氮杂查尔酮系列产品的合成结果
在水中，100oC下由最优化条件查尔酮的合成结果如下表1-7：
产物
（1）a
R
产率
/%
时间
/h
1aC
6
H
5
8713
1b3-NO
2
C
6
H
4
8511
1c4-NO
2
C
6
H
4
8814
1d4-BrC
6
H
4
8413
1e3.4-Cl
2
C
6
H
3
858
1f3.4-CH
2
O
2
C
6
H
3
8910
在水中，100oC下由最优化条件氮杂查尔酮的合成结果如下表1-8：
产物
（2）a
R
产率
/%
时间
/h
2b3-NO
2
C
6
H
4
8212
2c4-NO
2
C
6
H
4
8014
2d4-BrC
6
H
4
8411
2e4-OMeC
6
H
4
8313
2f3.4-CH
2
O
2
C
6
H
3
7614
1.5产物结构与性质表征
1.5.1产物的物理性质
查尔酮系列产品的物理性质如下表1-9：
产物产品名称结构式颜色状态气味熔点
1a查尔酮
O
淡黄色固体粉末无55-57
1b
3-硝基查
尔酮
O
NO
2黄色固体粉末无147-149
1c
4-硝基查
尔酮
O
NO
2
淡黄色固体粉末无165-166
1d
4-溴查尔
酮
O
Br
淡黄色固体粉末无160-161
1e
3.4-二氯
查尔酮
O
Cl
Cl
淡黄色固体粉末无115-117
1f
3.4-二甲
氧基查尔
酮
O
OCH
3
OCH
3黄色固体粉末无149-150
氮杂查尔酮系列产品的物理性质如下表1-10：
产
物
产品名称结构式颜色状态气味熔点
2b
3-硝基氮杂查
尔酮N
O
NO
2淡黄色固体粉末无
182-183
2c
4-硝基氮杂查
尔酮N
O
NO
2
淡黄色固体粉末无
157-159
2d
4-溴氮杂查尔
酮N
O
Br
淡黄色固体粉末无
154-155
2e
4-甲氧基杂查
尔酮N
O
OCH
3
淡黄色固体粉末无
123-124
2f
3.4-二甲氧基氮
杂查尔酮N
O
OCH
3
OCH
3淡黄色固体粉末无
156-157
1.5.2产物的红外表征
以对硝基查尔酮为例进行红外谱图分析：
对硝基查尔酮红外光谱图1-3
吸收峰/cm-1吸收峰的归属振动形式
3077，3106C-H芳香碳氢伸缩振动
2925烯烃基（-C=C-H）烯烃碳氢伸缩振动
1660酮基（-C=O）碳氧双键对称伸缩振动
1608烯烃基（C=C）烯烃碳碳双键伸缩振动
1514硝基(C-NO
2
)硝基碳氮单键伸缩振动
1412硝基（C-NO
2
）硝基碳氮单键伸缩振动
746和684苯环芳香碳氢单键伸缩振动
其它各取代查尔酮的C=O吸收波数总结如下
化合物C=O吸收峰/cm-1
1a1664
1b1662
1d1654
1e1664
1f1654
o
NO
2
C=O因与苯环共轭而使C=O得力学常数减少，振动频率减低。因为共轭效应使共
轭体系中的电子云密度平均化，结果使原来的双键略有伸长（电子云密度降低）、力常
数减少，使其吸收频率往往向低波数方向移动。
以3.4-二甲氧基氮杂查尔酮为例进行分析：
3.4-二甲氧基氮杂查尔酮红外光谱图1-4
吸收峰/cm-1吸收峰的归属振动形式
3007烯烃基（-C=C-）烯烃碳氢单键伸缩振动
2825甲氧基（-OCH
3
）甲氧基碳氧单键伸缩振动
1664酮基（-C=O）碳氧双键对称伸缩振动
1577烯烃基（-C=C-）烯烃碳碳双键伸缩振动
1523吡啶（C=C,C=N）吡啶碳碳,碳氮双键伸缩振动
其他氮杂查尔酮产品红外谱图分析：
化合物C=O吸收峰/cm-1振动形式
吡啶（C=C,C=N）
吸收峰/cm-1
振动形式
2b1674
碳氧双键对称伸
缩振动
1525
吡啶碳碳,碳氮双
键伸缩振动
2c1678
碳氧双键对称伸
缩振动
1512
吡啶碳碳,碳氮双
键伸缩振动
2d1674碳氧双键对称伸1583吡啶碳碳,碳氮双
N
o
OCH
3
OCH
3
缩振动键伸缩振动
2e1668
碳氧双键对称伸
缩振动
1597,1512
吡啶碳碳,碳氮双
键伸缩振动
C=O因与苯环共轭而使C=O得力学常数减少，振动频率减低。因为共轭效应使共
轭体系中的电子云密度平均化，结果使原来的双键略有伸长（电子云密度降低）、力常
数减少，使其吸收频率往往向低波数方向移动。
1.5.3产物的紫外表征
以3-硝基查尔酮为例，其紫外吸收谱图分析如下（不同浓度叠加）：
3-硝基查尔酮紫外光谱图1-5
由上图可知：3-硝基查尔酮的最大吸收波长为285nm，其吸光系数为2.870
❖其他查尔酮系列产品的紫外数据如下：
产品
最大吸收波长
(
max
/nm)
吸光系数
1a3082.442
1c3143.054
1d3162.248
1e3052.474
1f3561.775
以3.4-二甲氧基氮杂查尔酮为例，其紫外吸收谱图分析如下（不同浓度叠加）：
o
NO
2
3.4-二甲氧基氮杂查尔酮紫外光谱图1-6
由上图可知：3.4-二甲氧基氮杂查尔酮的最大吸收波长为378nm，其吸光系数为1.824
❖其他氮杂查尔酮系列产品的紫外数据如下：
产品
最大吸收波长
/nm
吸光系数
2b2972.255
2c3232.446
2d3241.792
2e3781.824
说明：吸电子基会减低最大吸收波长和消光系数，并使得羰基（C=O）的红外吸
收波数蓝移；
吸电子基会增高最大吸收波长和消光系数，并使得羰基（C=O）的红外吸收波数红
移。
N
o
OCH
3
OCH
3
1.6小结
本章实验中，我们分别通过查尔酮（氮杂查尔酮）合成原料配比，催化剂类型，催
化剂用量、反应温度和溶剂的使用等五个方面变化来探讨不同条件影响下的合成反应效
果。并试图以此寻找出一条绿色，环保，无污染的查尔酮（氮杂查尔酮）的合成方法。
同时，在最优反应条件下，通过比较系列查尔酮（氮杂查尔酮）的合成效果，来对比供
电子基团取代基与吸电子基团取代基在此合成反应的影响。并对这一系列合成产物进行
光谱学分析。
（1）反应条件
通过以上探索，我们得到最佳的绿色合成条件为，物料配比-原料A：原料B：催化
剂D=1:1.05:0.40，同时，碳酸钠为催化剂，水作溶剂在100oC条件下反应。
（2）取代基
取代基对这些查尔酮及氮杂查尔酮生成的反应有一定的影响：供电子基团取代基苯
甲醛不利于合成反应的进行；吸电子基团取代基苯甲醛有利于合成反应的进行。
（3）光谱学性质
取代基对这些查尔酮及氮杂查尔酮的光谱学性质有较大影响：带有不饱和键的发色
基团由于增加了共轭程度，会使得紫外的消光系数降低，最大吸收波长发生红移，并使
得羰基（C=O）的红外吸收波数降低；中心原子带有孤对电子的生色基团（如甲氧基、
卤素等）会在一定程度增加紫外的消光系数，使得紫外发生蓝移，对羰基（C=O）的红
外吸收波数的降低作用更为明显。
第2章查尔酮的迈克尔加成反应
由第一章我们知道查尔酮及氮杂查尔酮的合成完全可以用碳酸钠做催化剂、水作溶
剂来替代传统的氢氧化钠和EtOH得到较高的产率。从而达到反应绿色、环保、无毒、
无害的要求。为了保证实验的系统性和完整性。在第二章，我们将继续使用第一章所得
到的查尔酮系列产品，尝试以碳酸钠（或碳酸钾）为催化剂，水为溶剂或无溶剂条件下
查尔酮的迈克尔加成反应。
2.1实验部分
2.1.1实验药品
丙二酸二乙酯分析纯上海凌峰化学试剂有限公司
氰乙酸乙酯分析纯国药集团化学试剂有限公司
丙二腈分析纯国药集团化学试剂有限公司
查尔酮分析纯第一章合成产品
3-硝基查尔酮分析纯第一章合成产品
4-硝基查尔酮分析纯第一章合成产品
4-溴查尔酮分析纯第一章合成产品
3.4-二氯查尔酮分析纯第一章合成产品
3.4-二甲氧基查尔酮分析纯第一章合成产品
碳酸钠分析纯上海大合化学品有限公司
碳酸钾分析纯上海大合化学品有限公司
相转移催化剂分析纯国药集团化学试剂有限公司
氢氧化钠分析纯蚌埠化学试剂厂
乙酸乙酯分析纯无锡市亚盛化工有限公司
石油醚分析纯无锡市亚盛化工有限公司
无水乙醇分析纯无锡市亚盛化工有限公司
无水甲醇分析纯蚌埠化学试剂厂
2.1.2实验仪器
FC-104型电子天平上海精密科学仪器有限公司天平仪器厂
SHB-ⅢA型循环水式多用真空泵河南省太康科教器材厂
101-1型电热恒温鼓风干燥箱上海跃进医疗器械厂
85-1型磁力加热搅拌器上海志威电器有限公司
加热套建湖县卢沟电热器厂
接触调压器上海长江电气设备集团
B型玻璃仪器气流烘干器郑州市上街华科仪器厂
SY-1型旋转蒸发仪南京卫康科教器材厂
薄层色谱用硅胶GF254青岛海洋化工厂
ZF-2型三用紫外仪上海市安亭电子仪器厂
数字显微熔点测定仪北京福凯仪器有限公司
EQUINOX55型傅立叶变换红外光谱仪德国Bruker公司
JK-50B型超声波清洗器合肥金尼克机械制造有限公司
2.1.3实验原理
迈克尔加成反应是指含活泼亚甲基的化合物与α，β-不饱和羰基化合物或α,β-不
饱和羰酸酯、α,β-不饱和腈在碱性催化剂作用下的共轭加成反应，它是一类重要的形成
C-C键的有机反应。
迈克尔加成反应实验机理表示如下：
C
H
2
COOC
2
H
5
C
2
H
5
OOC
CO
3
2-
C
H
COOC
2
H
5
C
2
H
5
OOC
O
R
R
O
COOC
2
H
5C
2
H
5
OOC
-HCO
3
-
R
OH
COOC
2
H
5C
2
H
5
OOC
R
O
COOC
2
H
5C
2
H
5
OOC
Scheme2-1
2.1.4实验方法
大多数有机反应是在有机溶液中进行的。然而，有机溶剂的性质及溶液的浓度不同，
反应结果往往不同。而且，在常规有机反应中溶剂用量一般为原料50～100倍，有机
溶剂的毒性、强挥发性和难以回收又成为对环境污染的主要因素；有机溶剂的易燃易爆
又可能造成反应的不安全；同时，有机溶剂一般较为昂贵，由于反应中的大量使用，提
高了反应的合成成本。
本实验选用三种物质（丙二酸二乙酯、氰乙酸乙酯、丙二氰）与查尔酮进行加成反
应。通过两种不同温度：25oC（室温）、80oC,不同催化剂用量和组成下在水或无溶剂条
件下进行系列对比反应。并试图通过优化实验寻找到一种绿色有效的查尔酮迈克尔加成
反应条件。
其反应总的方程式为：
R
1
=COOC
2
H
5
;R
1
=CN
R
2
=COOC
2
H
5
;R
2
=CN
P
+
催化剂
H
2
O
Y
G
O
O
R
1
R
2
R
1
R
2
Scheme2-2
。
2.2反应条件优化
在优化实验中，我们选用无取代基查尔酮为例进行系列对比反应
2.2.1丙二酸二乙酯与查尔酮的加成反应条件优化
该反应的反应方程式如下：
O
+
催化剂
H
2
O
O
EtOOC
COOEt
COOEt
COOEt
PY
G
Scheme2-3
不同条件下丙二酸二乙酯与查尔酮的加成反应及结果如下表2-1：
根据上表，由Exp1、Exp2、Exp3可以看出：H
2
O作溶剂在25oC时，Na
2
CO
3
无法
催化丙二酸二乙酯与查尔酮进行迈克尔加成反应。
实验项目
温度
/oC
溶剂催化剂组分
催化剂用量
/mol%
4小时产率
/%
Exp125H
2
ONa
2
CO
3
0.250
Exp225H
2
ONa
2
CO
3
0.450
Exp325H
2
ONa
2
CO
3
+PTC0.25+0.04g0
Exp425H
2
OK
2
CO
3
+PTC0.25+0.04g0
Exp525H
2
OK
2
CO
3
0.450
Exp625H
2
OK
2
CO
3
0.250
Exp780H
2
ONa
2
CO
3
0.250
Exp880H
2
ONa
2
CO
3
0.450
Exp980H
2
ONa
2
CO
3
+PTC0.25+0.04g0
Exp1080H
2
OK
2
CO
3
+PTC0.25+0.04g0
Exp1180H
2
OK
2
CO
3
0.450
Exp1280H
2
OK
2
CO
3
0.250
Exp1325/NaOH0.2593
Exp1425/Na
2
CO
3
0.2585
Exp1525/K
2
CO
3
0.2590
由Exp4、Exp5、Exp6可以看出：H
2
O作溶剂在25oC时，K
2
CO
3
同样无法催化丙
二酸二乙酯与查尔酮进行迈克尔加成反应。
Exp7、Exp8、Exp9表明：H
2
O作溶剂在80oC时，Na
2
CO
3
无法催化丙二酸二乙酯
与查尔酮进行迈克尔加成反应。
Exp10、Exp11、Exp12表明：H
2
O作溶剂在80oC时，K
2
CO
3
也无法催化丙二酸二
乙酯与查尔酮进行迈克尔加成反应。
而Exp13、Exp14、Exp15表明：在无溶剂（即固相研磨）条件下，25oC时NaOH、
Na
2
CO
3
、K
2
CO
3
均能催化丙二酸二乙酯与查尔酮进行迈克尔加成反应，且4小时产率较
高。其中NaOH产率最高，K
2
CO
3
次之。
综上：由上述实验可知，在溶剂H
2
O中无论是25oC或80oC，Na
2
CO
3
和K
2
CO
3
均无
法催化丙二酸二乙酯与查尔酮进行迈克尔加成反应。
在无溶剂固相研磨条件下，NaOH、Na
2
CO
3
、K
2
CO
3
均能催化丙二酸二乙酯与查尔
酮进行迈克尔加成反应。且4小时反应产率均较高，其中NaOH产率最高，K
2
CO
3
次之。
2.2.2氰乙酸乙酯与查尔酮的加成反应条件优化
该反应的反应方程式如下：
O
+
催化剂
H
2
O
O
NC
COOEt
CN
COOEt
PY
G
Scheme2-4
不同条件下氰乙酸乙酯与查尔酮的加成反应及结果如下表2-2：
根据上表，由Exp1、Exp2、Exp3可以看出：H
2
O作溶剂在25oC时，Na
2
CO
3
无法
催化氰乙酸乙酯与查尔酮进行迈克尔加成反应。
实验项目
温度
/oC
溶剂催化剂组分
催化剂用量
/mol%
4小时产率
/%
Exp125H
2
ONa
2
CO
3
0.250
Exp225H
2
ONa
2
CO
3
0.450
Exp325H
2
ONa
2
CO
3
+PTC0.25+0.04g0
Exp425H
2
OK
2
CO
3
+PTC0.25+0.04g0
Exp525H
2
OK
2
CO
3
0.450
Exp625H
2
OK
2
CO
3
0.250
Exp780H
2
ONa
2
CO
3
0.2522
Exp880H
2
ONa
2
CO
3
0.4530
Exp980H
2
ONa
2
CO
3
+PTC0.25+0.04g26
Exp1080H
2
OK
2
CO
3
+PTC0.25+0.04g38
Exp1180H
2
OK
2
CO
3
0.4537
Exp1280H
2
OK
2
CO
3
0.2529
Exp1325/NaOH0.2595
Exp1425/Na
2
CO
3
0.2590
Exp1525/K
2
CO
3
0.2592
由Exp4、Exp5、Exp6可以看出：H
2
O作溶剂在25oC时，K
2
CO
3
同样无法催化氰
乙酸乙酯与查尔酮进行迈克尔加成反应。
Exp7、Exp8、Exp9表明：H
2
O作溶剂在80oC时，Na
2
CO
3
能催化氰乙酸乙酯与查
尔酮进行迈克尔加成反应。但产率较低，随催化剂用量的增加催化效果增强。且在加入
相转移催化剂（PTC）后，Na
2
CO
3
催化效果有一定程度的提高。
Exp10、Exp11、Exp12表明：H
2
O作溶剂在80OC时，K
2
CO
3
也能催化氰乙酸乙酯
与查尔酮进行迈克尔加成反应。但产率较低，随催化剂用量的增加催化效果增强。且在
加入相转移催化剂（PTC）后，Na
2
CO
3
催化效果有一定程度的提高。
而Exp13、Exp14、Exp15表明：在无溶剂（即固相研磨）条件下，25oC时NaOH、
Na
2
CO
3
、K
2
CO
3
均能催化氰乙酸乙酯与查尔酮进行迈克尔加成反应，且4小时产率较高。
其中NaOH产率最高，K
2
CO
3
次之。
由Ex7和Exp12、Exp8和Exp11、Exp9和Exp10对比我们可以看出：80oC下，
K
2
CO
3
在H
2
O中的催化效果好于Na
2
CO
3
。
综上：由上实验可知，在溶剂H
2
O中25oC，Na
2
CO
3
和K
2
CO
3
均无法催化氰乙酸乙
酯与查尔酮进行迈克尔加成反应。
在溶剂H
2
O中80oC，Na
2
CO
3
和K
2
CO
3
均能催化氰乙酸乙酯与查尔酮进行迈克尔加
成反应。随催化剂用量的增加催化效果增强。且K
2
CO
3
的催化效果好于Na
2
CO
3
。同时，
相转移催化剂（PTC）在一定程度上能提高催化剂效率。但两者在H
2
O中25oC条件下
4小时产率都相对较低。
在无溶剂固相研磨条件下，NaOH、Na
2
CO
3
、K
2
CO
3
均能催化氰乙酸乙酯与查尔酮
进行迈克尔加成反应。且4小时反应产率均较高，其中NaOH产率最高，K
2
CO
3
次之。
2.2.3丙二腈与查尔酮加成反应条件优化
该反应的反应方程式如下：
O
+
催化剂
H
2
O
O
NC
CN
CN
CN
P
Y
G
Scheme2-5
不同条件下丙二腈与查尔酮的加成反应及结果如下表2-3：
实验项目
温度
/oC
溶剂催化剂组分
催化剂用量
/mol%
4小时产率
/%
Exp125H
2
ONa
2
CO
3
0.2532
Exp225H
2
ONa
2
CO
3
0.4537
Exp325H
2
ONa
2
CO
3
+PTC0.25+0.04g36
Exp425H
2
OK
2
CO
3
+PTC0.25+0.04g40
Exp525H
2
OK
2
CO
3
0.4542
Exp625H
2
OK
2
CO
3
0.2534
Exp780H
2
ONa
2
CO
3
0.2541
Exp880H
2
ONa
2
CO
3
0.4548
Exp980H
2
ONa
2
CO
3
+PTC0.25+0.04g46
Exp1080H
2
OK
2
CO
3
+PTC0.25+0.04g51
Exp1180H
2
OK
2
CO
3
0.4550
Exp1280H
2
OK
2
CO
3
0.2542
Exp1325/NaOH0.2595
Exp1425/Na
2
CO
3
0.2591
Exp1525/K
2
CO
3
0.2593
根据上表，由Exp1、Exp2、Exp3和Exp7、Exp8、Exp9可以看出：H
2
O作溶剂在
25OC或80OC时，Na
2
CO
3
均能催化丙二腈与查尔酮进行迈克尔加成反应。但产率较低，
随催化剂用量的增加催化效果增强。且在加入相转移催化剂（PTC）后，Na
2
CO
3
催化效
果有一定程度的提高。同时，加热有利于反应的进行。
由Exp4、Exp5、Exp6和Exp10、Exp11、Exp12可以看出：H
2
O作溶剂在25OC
或80OC时，K
2
CO
3
均能催化丙二腈与查尔酮进行迈克尔加成反应。但产率较低，随催
化剂用量的增加催化效果增强。且在加入相转移催化剂（PTC）后，Na
2
CO
3
催化效果有
一定程度的提高。同时，加热有利于反应的进行。
而Exp13、Exp14、Exp15表明：在无溶剂（即固相研磨）条件下，25oC时NaOH、
Na
2
CO
3
、K
2
CO
3
均能催化丙二腈与查尔酮进行迈克尔加成反应，且4小时产率较高。其
中NaOH产率最高，K
2
CO
3
次之。
由Exp1和Exp6、Exp2和Exp5、Exp3和Exp4对比我们可以看出：25oC下，K
2
CO
3
在H
2
O中的催化效果好于Na
2
CO
3
。
由Exp7和Exp12、Exp8和Exp11、Exp9和Exp10对比我们可以看出：80oC下，
K
2
CO
3
在H
2
O中的催化效果好于Na
2
CO
3
。
综上：由上实验可知，
在溶剂H
2
O中25oC或80oC，Na
2
CO
3
和K
2
CO
3
均能催化丙二腈与查尔酮进行迈克
尔加成反应。随催化剂用量的增加催化效果增强。同时，相转移催化剂（PTC）在一定
程度上能提高催化剂效率。且K
2
CO
3
的催化效果好于Na
2
CO
3
。但两者在H
2
O中25oC
条件下4小时产率都相对较低。
加热更有利于丙二腈与查尔酮进行迈克尔加成反应进行。
在无溶剂固相研磨条件下，NaOH、Na
2
CO
3
、K
2
CO
3
均能催化丙二腈与查尔酮进行
迈克尔加成反应。且4小时反应产率均较高，其中NaOH产率最高，K
2
CO
3
次之。
2.3结果和讨论
由上2.2.1、2.2.2、2.2.3实验我们可以得到以下结果：
1.无论室温或加热条件下，碳酸钠、碳酸钾均不能催化丙二酸二乙酯和查尔酮发生迈
克尔加成反应；
2.在加热条件下，碳酸钠、碳酸钾均能催化氰乙酸乙酯和查尔酮进行迈克尔加成反应，
且碳酸钾催化效果好于碳酸钠，但两者反应效果均有限。而在室温下该迈克尔加成
反应却无法发生；
3.无论室温、加热条件下，碳酸钠、碳酸钾均能催化丙二腈和查尔酮进行迈克尔加成
反应。且加热更有利反应进行；
4.碳酸钠和相转移催化剂组合或碳酸钾和相转移催化剂组合对氰乙酸乙酯、丙二腈和
查尔酮进行迈克尔加成反应效果更好；
5.无论室温或加热条件下，碳酸钠、碳酸钾催化氰乙酸乙酯、丙二腈与查尔酮迈克尔
加成反应的产率都相对较低，不适合用于产品的合成。
这些结果表明，室温、无溶剂固相研磨条件下，碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠均能催
化丙二酸二乙酯、氰乙酸乙酯、丙二腈与查尔酮进行迈克尔加成反应，且产率均较高。
考虑到氢氧化钠是强碱，因此，在室温固相研磨时，碳酸钾作催化剂最佳。
2.4迈克尔加成系列产品的合成
由2.2的探索和分析我们知道：水作溶剂时，碳酸钠、碳酸钾在特定条件下才能催
化氰乙酸乙酯、丙二腈与查尔酮进行迈克尔加成反应，且反应效果均不理想。而固相研
磨条件下，碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠均能催化丙二酸二乙酯、氰乙酸乙酯、丙二腈与
查尔酮迈克尔加成反应，且效果较为理想。因此，在合成迈克尔加成系列产品时，我们
选用碳酸钾为催化剂固相研磨的方法来进行。
反应称取20mmol查尔酮(a)（或带有不同取代基的查尔酮如：3-硝基查尔酮，4-
硝基查尔酮，4-溴查尔酮，3，4-二甲氧基查尔酮等）和20.15mmol的丙二酸二乙酯放
入研钵中,同时加入3mmol/0.6g的碳酸钾作为催化剂，研磨反应直至反应结束。（具体根
据薄层色谱分析/TLC来判断原料氢化物是否反应完全以及反应的转化率和选择性）。反
应结束后分离产物，用适量水清洗产品，用抽滤瓶抽滤（在抽滤过程中适当加水冲洗）
得到纯净的查尔酮加成产物，收集固体产品烘干。精品可通过柱层析进一步分离和提纯。
其反应方程式为：
R
O
COOC
2
H
5
COOC
2
H
5
R
CH(COOC
2
H
5
)
2
O
K
2
CO
3
固相研磨
R=C
6
H
5
,R=3-NO
2
C
6
H
4
,R=4-NO
2
C
6
H
4
R=4-BrC
6
H
4
,R=3.4-CH
2
O
2
C
6
H
3
Scheme2-6
2.5产物结构与性质表征
2.5.1产物的物理性质
迈克尔加成系列产品的物理性质如下表2-4：
产物结构式颜色状态熔点（oC）
3a
CH(COOC
2
H
5
)
2
O
白色固体粉末64--65
3b
CH(COOC
2
H
5
)
2
O
NO
2
淡黄色固体粉末101-102
3c
CH(COOC
2
H
5
)
2
O
NO
2
黄色固体粉末94--95
3d
CH(COOC
2
H
5
)
2
O
Br
白色固体粉末101--103
3e
OCH
3
OCH
3
CH(COOC
2
H
5
)
2
O
白色固体粉末90--92
2.5.2产物的红外表征
以4-NO
2
查尔酮加成产物为例进行红外谱图分析：
4-NO
2
查尔酮加成产物红外光谱图2-1
吸收峰/cm-1吸收峰的归属振动形式
3061C-H烯烃碳氢伸缩振动
2978C-H芳烃碳氢伸缩振动
1743酯羰基（-C=O）酯羰基中碳氧双键对称伸缩振动
1678酮羰基（-C=O）酮羰基中碳氧双键对称伸缩振动
1521硝基（Ar-NO
2
）芳香硝基氮氧双键伸缩振动
一般说来，振动时偶极矩变化较大的振动产生较强的红外吸收，所以C=O等的极
性基团都显示较强的吸收峰。
其他查尔酮加成物的羰基（C=O）红外吸收波数总结如下：
OCH(COOC
2
H
5
)
2
NO
2
化合物酯羰基（COOEt）/酮羰基（COCH2）吸收峰/cm-1
3a1728/1675
3b1724/1675
3d1738/1681
3e1739/1676
2.5.3产物的紫外表征
以对硝基查尔酮加成产物为例，其紫外吸收谱图分析如下（不同浓度叠加）：
对硝基查尔酮加成产物紫外光谱图2-2
由上图可知：对硝基查尔酮加成产物的最大吸收波长为246nm，其吸光系数为1.782
其他迈克尔加成系列产品的紫外数据如下：
产品
最大吸收波长
(
max
/nm)
吸光系数
2a2431486
2b2462001
2d2312045
o
NO
2
CH
COOC
2
H
5
COOC
2
H
5
2e2341964
说明：吸电子基会减低最大吸收波长和消光系数，并使得羰基（C=O）的红外吸
收波数蓝移；
吸电子基会增高最大吸收波长和消光系数，并使得羰基（C=O）的红外吸收波数红
移。
2.6小结
在本章中，我们研究了在尽量绿色、环境友好的条件下进行查尔酮迈克尔加成反应。
并在优化反应条件的基础上，合成一系列的迈克尔加成产物。同时，对这一系列产物进
行了光谱学分析。对比了不同条件下，各不同取代基查尔酮和不同活泼亚甲基类化合物
对迈克尔加成反应的影响。
（1）反应条件
通过一系列实验表明：室温下，K
2
CO
3
为催化剂、无溶剂固相研磨是一种较为理想
的绿色合成方法。且产率较高，反应速率较快。
（2）活泼亚甲基作用
丙二酸二乙酯、氰乙酸乙酯、丙二腈与同种查尔酮迈克尔加成由易到难分别是：丙
二腈、氰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯。这是因为从吸电子能力来看，氰基（CN）>酯基
（COOEt），相应的亚甲基上氢的活性依次为：丙二腈>氰乙酸乙酯>丙二酸二乙酯。
（3）取代基
取代基对这些查尔酮及氮杂查尔酮生成的反应有一定的影响：供电子基团取代基苯
甲醛不利于合成反应的进行；吸电子基团取代基苯甲醛有利于合成反应的进行。
（4）光谱学性质
对其产物光谱学性质分析表明：取代基对这些查尔酮及氮杂查尔酮的光谱学性质有
较大影响：带有不饱和键的发色基团由于增加了共轭程度，会使得紫外的消光系数降低，
最大吸收波长发生红移，并使得羰基（C=O）的红外吸收波数降低；中心原子带有孤对
电子的生色基团（如甲氧基、卤素等）会在一定程度增加紫外的消光系数，使得紫外发
生蓝移，对羰基（C=O）的红外吸收波数的降低作用更为明显。
结论与展望
查尔酮是黄酮类化合物的一种，许多文献中都有从天然产物中分离提取查尔酮的报
道。大量的文献曾报道过查尔酮或带有查尔酮片断的衍生物具有抗炎症、抗细菌、除草
等功效，有关它的研究也成为生物医药学、农学与食品学的一个重要课题。查尔酮类化
合物分子具有较大的柔性，能与不同的生物受体结合。是植物体内合成黄酮的前体，其
本身也有重要的药理作用，如抗肿瘤、抗炎、镇痛、抗溃疡、抗病毒、抗菌、抗真菌、
抗疟疾作用等是多种药用植物有效成分之一。查尔酮衍生物还是一种新类型的有机非线
性光学材料，具有大的非线性光学效应和比较宽的透光范围，有可能在半导体激光器和
半导体泵浦的固体激光器得到应用。由于其显著的生物药理活性及独特的可塑性结构，
近百年来引起了化学工作者浓厚的研究兴趣。因此，查尔酮类化合物的合成及从天然产
物中的分离提取一直是生物医药、农业、食品等方面研究的重要领域。其中查尔酮的麦
克尔加成反应是其特征反应之一。
同时，关于查尔酮及其衍生物合成的报道已经很多，但有关氮杂查尔酮的报道却为
数不多。本论文旨在寻求一种绿色，环境友好的有机合成方式，研究了在查尔酮、氮杂
查尔酮的合成及查尔酮为底物进行的麦克尔加成反应。通过系列反应对其条件及机理进
行了探讨，优化其反应条件，在最优化反应条件下合成系列查尔酮、氮杂查尔酮及其加
成产物，并对产物进行光谱学分析。
反应条件方面：通过以上探索，我们得到最佳的查尔酮、氮杂查尔酮的绿色合成条
件为，物料配比-原料A：原料B：催化剂D=1:1.05:0.40，碳酸钠为催化剂，水作溶剂
在100oC条件下反应。同时，室温下，K
2
CO
3
为催化剂、无溶剂固相研磨是一种较为理
想的查尔酮迈克尔加成绿色合成方法。且产率较高，反应速率较快。
取代基对这些反应有一定的影响：
供电子基团取代基苯甲醛不利于合成反应的进行；
吸电子基团取代基苯甲醛有利于合成反应的进行。
取代基对这些的光谱学性质有较大影响：
中心原子带有双键的硝基等吸电子基会增加紫外最大吸收波长（红移），并使得羰
基（C=O）的红外吸收波数降低；中心原子带有孤对电子的生色基团（如甲氧基、卤素
等）会增加紫外的消光系数，对羰基（C=O）的红外吸收波数的降低作用更为明显。
同时，丙二酸二乙酯、氰乙酸乙酯、丙二腈与同种查尔酮迈克尔加成由易到难分别
是：丙二腈、氰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯。这是因为从吸电子能力来看，氰基（CN）>
酯基（COOEt），相应的亚甲基上氢的活性依次为：丙二腈>氰乙酸乙酯>丙二酸二乙酯。
以前查尔酮的合成方法存在缺点较多,如产率不高、反应比较困难、原材料昂贵等。
现在多采取简便新型方法,如微波辐射与经典的强碱下醛酮缩合相结合,这样不仅反应
速度大大加快,而产率也有很大提高。此外一些绿色无污染的催化剂的发现也为合成查
尔酮化合物提供了新思路。随着越来越多查尔酮化合物的发现,化学工作者的合成工作
也越来越重,继续深入研究其构效关系,寻求简便易行的绿色合成方法,开发生理活性
好、应用前景好的该类化合物将是今后的研究方向。
由此可见，加强对此方面的研究对于一个国家的经济及社会效益都具有着重要的影
响意义。
致谢
在本篇论文即将完成之际，首先向我的导师张泽老师表示诚挚的谢意！张泽老师多
年从事有机合成特别是医药中间体的合成方面的研究，在学术上大胆的创新、拼搏进取。
不仅如此，张老师在工作中亦不辞辛劳、无私的奉献，生活中宽厚待人、简朴节约。在
半年多时间的接触中，给我留下了极为深刻的印象，时刻教育着我鼓舞着我。他不仅教
会了我从事科研工作的科学方法，也教会了我许多生活和做人的道理。昔日当我的实验
遇到困难而愁眉不展时，他的开导鼓励至今仍在我耳畔响起，难以忘却。师泽绵绵，恩
深情长，远非一言两语所能表达，在此只能略表心意。
同时，在实验期间，本人也得到了包括高建刚老师、宋庆平老师在内的高分子教研
室全体老师的指导与帮助，在此一并表示诚挚的感谢。
作者：彭志威
2010年6月13日
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