一、引言几乎每一种化学合成过程都能从微波加热中受益,其优势包括缩短反应时间、减少废物产生和提升产品纯度。在小分子合成领域,微波辐射技术取得了显著的成就;无论是重排反应还是过渡金属催化,微波都证明了自己是一种高效且有效的合成工具。进行氢化、羰基化等需要气态反应物的转变虽然可行,但这依赖于通常过量的试剂来现场生成气体,这种做法降低了原子利用率,使产品纯化过程变得复杂,并且会导致容器内压力迅速上升。然而,Discover SP™ 微波的气体添加套件(图1)使得能够安全、简便且直接地使用气态试剂进行微波辐照。图1:配备气体添加套件的CEM Discover SP微波反应器为了展现微波辅助合成中添加气态试剂的简便性,研究人员开发了一种以4-硝基苯酚为原料,通过两个步骤合成常见止痛药乙酰氨基酚的方法(图2)。利用气体添加套件,完成了4-硝基苯酚的氢化反应,随后通过对所得4-氨基苯酚进行乙酰化,成功制备了乙酰氨基酚。图2:从4-硝基苯酚合成乙酰氨基酚的过程二、材料和方法试剂实验所需的醋酸酐、乙酸乙酯、己烷、4-硝基苯酚以及碳载钯(10 wt. %)均购自西格玛奥德里奇公司(美国密苏里州圣路易斯市)。 实验步骤首先,在一个经过烘箱干燥(180 °C)的10毫升反应容器中,配备搅拌磁子,依次加入4-硝基苯酚(140毫克,相当于1.0毫摩尔,1.0当量)、碳载钯(10 wt. %,10毫克,相当于0.01毫摩尔,1.0 mol %)和乙酸乙酯(2.0毫升)。紧接着,将该容器置于Discover SP微波反应器的腔体内,并安装气体添加套件的衰减器盖组件。容器经过三次H2(5 bar)吹扫后,加压至5 bar,在150瓦特的功率下加热至80 °C。十分钟之后,再次向容器内充入H2(5 bar),并在80 °C下继续加热十分钟。待反应液冷却至室温后,将其转移到一个新的10毫升反应容器中,此容器同样配备了搅拌磁子,并用乙酸乙酯(1.0毫升)洗涤原容器。 转移完毕后,向新容器中加入醋酸酐(0.19毫升,相当于2.0毫摩尔,2.0当量),并使用聚四氟乙烯衬里的硅胶帽将容器密封。然后将该容器再次放入Discover SP微波反应器的腔体中,在100瓦特的功率下将反应液加热至60 °C,并持续5分钟。待反应液冷却至室温后,直接将其加载到硅胶柱上,使用乙酸乙酯与己烷(2:1)的混合溶剂进行洗脱,最后通过旋转蒸发进行浓缩。三、结果通过这种合成方法,我们成功获得了白色固体状的乙酰氨基酚,产率达到了63%(95毫克,0.63毫摩尔)。四、结论利用配备了气体添加套件的 Discover SP 微波反应器,我们顺利地通过氢化/乙酰化两步合成法制备了乙酰氨基酚。首先,在微波辅助下,通过加入 H2 气体进行了钯催化的4-硝基苯酚还原反应,得到了4-氨基苯酚。随后,使用醋酸酐对所得到的自由胺实施了乙酰化,并在微波辐照条件下生成了乙酰氨基酚。经过一个简单的提纯步骤后,我们以 63% 的产率将其分离出来。从4-硝基苯酚的初次氢化到乙酰氨基酚的最终提纯,整个合成过程仅用了不到90分钟就完成了,相比传统的硝基芳烃氢化反应,节省了70%的时间。此外,配备了气体添加套件的 Discover SP 为用户提供了一种安全简便的气态试剂添加手段,避免了与传统合成方法关联的潜在危险,如使用 H2 球等,同时也证明了这是一种快速、高效、安全的化学合成实用工具。五、引用(1) Hayes, B. L. Aldrichimica ACTA 2004, 37, 66–76.(2) Lahred, M.; Moberg, C.; Hallberg, A. Acc. Chem. Res. 2002, 35, 717–727.(3) Vanier, G. Synlett 2007, 1, 0131–0135.(4) Menard, D.; Niculescu-Duvaz, I.; Dijkstra, H. P.; Niculescu Duvaz, D.; Suijkerbuijk, B. M. J. M.; Zambon, A. Nourry, A.; Roman, E.; Davies, L.; Manne, H. A.; Friedlos, F.; Kirk, R.; Whittaker, S.; Gill, A.; Taylor, R. D.; Marais, R.; Springer, C. J. J. Med. Chem. 2009, 52, 3881–3891.