机械化学Knoevenagel缩合原位研究

使用串联方法原位研究了丙二腈与对硝基苯甲醛的机械化学Knoevenagel缩合。将X射线衍射和拉曼光谱组合以产生关于研磨过程的时间分辨信息。在无溶剂条件下，反应在50分钟内导致定量转化为对硝基亚苄基丙二腈。原位数据表明该过程很快并且在直接转换下进行。停止研磨过程后，反应继续进行直至完全转化。连续和停止的研磨过程都产生适合于单晶X射线衍射的结晶产物。

关键词： 球磨; C-C耦合; 原位; Knoevenagel凝结; 机械力

机械化学合成在材料科学，化学和药学等不同领域越来越受欢迎。特别是对于有机合成，机械化学目前是一种绿色，快速，高效的合成方法[1-3]。合成无溶剂或仅需要最少量的溶剂。因此，溶剂化和去溶剂化现象可以忽略[4-6]。有机体系的机械化学合成提供了例如共晶筛选的有效方法[7-9]，提高了产物选择性[2,10-12]，以及通过传统方法无法获得的新产品途径[3,13， 14]。通常，最终产品的定量产率的化学计量反应是可能的，这使得不必使用溶剂和后处理程序[3,15]。机械化学合成可以影响碳 - 碳和碳 - 杂原子共价键，协调金属和配体之间的键，以及非共价相互作用，如氢键，卤素键和π∙∙π相互作用[16-19]。例如，Toda等人。据报道，在没有任何溶剂的情况下，奥尔多尔缩合物的收率为97％[20]。Kaupp等人。描述了球磨机中的第一个Knoevenagel冷凝[21]。与使用碱或路易斯酸作为催化剂的常规合成相比，Kaupp等人。可以减少催化剂的用量[21]。对硝基苯甲醛与丙二腈的Knoevenagel缩合最初只能在150-170℃的熔体中或在催化剂如方解石或萤石的存在下进行[21,22]。在一项扩展研究中，包括不同的醛，Ondruschka等。报道了在振动研磨机中无对溶剂和催化剂的对硝基苯甲醛和丙二腈的Knoevenagel缩合反应[23]。在这里，我们报告了第一次直接原位研究Knoevenagel凝聚，然后联合X射线衍射和拉曼光谱测量串联方法。我们的研究表明，结晶产物的形成在36分钟后开始，并在50分钟后完成。该反应可描述为熔融介导的反应，因为丙二腈在研磨过程中熔化，而对硝基苯甲醛保持结晶直至产物形成开始。结晶产物具有足够的质量用于单晶X射线结构测定。

方案1说明了使用球磨机研究了对硝基苯甲醛（1）与丙二腈（2）的Knoevenagel缩合。将化学计量的反应混合物在50Hz下在常规球磨机中用不锈钢或有机玻璃研磨罐球磨60分钟。对于这两种罐子材料，产品的X射线衍射图与反应物的X射线衍射图谱相比，显示出完整的定量反应（见图1））。对于原位研究，在研磨反应期间记录时间分辨的X射线衍射图和拉曼光谱。拉曼激光和X射线束聚焦在有机玻璃研磨罐内壁的相同位置，允许同时监测反应过程。实验设置的详细描述可以在其他地方找到[24]。

图2显示了在60分钟的时间跨度内监测的X射线粉末衍射（XRPD）图谱和原位研究的拉曼光谱。在反应过程中没有观察到2的反射。最可能的是，在反应开始后直接熔化2次。根据之前的热成像研究[25]，我们可以假设研磨罐中的温度迅速升至35°C，高于熔点2（32°C）。1次反射的强度连续降低，并在45分钟后消失。36分钟后，可以在1的旁边检测到产品的反射。45分钟后，只能在时间分辨的XRPD模式中观察到产物反射（参见图S2的支持信息文件1，以获得XRPD数据的定量评估）。原位拉曼数据显示在1706cm -1处的C = O拉伸带的减小信号（参见图2，绿色框）和在1581cm -1处的C = C拉伸带的增加（参见图2，蓝色）。框）。由于π电子的较高共轭，C = C拉伸带移动到较低的波数。扩展的共轭也是C≡N拉伸带从2266移动到2233cm -1的原因（参见图2，黄色和红色框）。信号在2233厘米反应11分钟后可观察到-1，表明在缩合反应中形成了第一个对硝基亚苄基丙二腈分子。这也可以从在1706cm -1处的C = O拉伸带1的递减强度推断出来。在39分钟后首先观察到产物在1581cm -1处的C = C拉伸带。根据衍射数据，拉曼光谱的评估表明50分钟后反应完成。在下文中，拉曼带变窄，表示产品的结晶度增加。