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一、引言
（一）β-氨基酮Mannich反应简介
一直以来，Mannich反应都是合成含氮化合物的最为常用的反应之一。人们对Mannich反应的兴趣在于，Mannich反应产物（又叫Mannich碱）不仅在药物、农药、染料、调料、涂料、炸药等方面有着广泛的用途，而且还是有机化学中合成天然生物活性分子的重要中间体[1]。酮、醛、胺三组分合成β-氨基酮的反应是最为典型的一类Mannich反应
（二）合成β-氨基酮Mannich的方法
1. 浓HCl/EtOH作催化剂
采用HCl作催化剂所形成的盐酸盐极不稳定，易分解而变红，受热或暴露在空气中更会加速其分解[7]。同时，浓HCl等质子酸往往是有毒、有腐蚀性的，并且反应完成以后很难实现回收利用，这就必然导致酸性废物的排放和对环境的污染。
2. 新型催化剂
（1） Yb（OTf）3催化
王利民等取苯乙酮（2 mmol）、芳香醛（2 mmol）和芳香胺（2 mmol）加入到单口烧瓶中， 称取Yb（OTf）3 （0.062 g， 5 mol%）加入反应烧瓶中， 加入3 mL乙醇， 室温下搅拌8～14 h，有大量固体析出， 过滤得粗产物. 将滤液中乙醇真空旋出， 加入3 mL去离子水和3 mL乙酸乙酯溶解，分液，将水蒸干以回收催化剂。乙酸乙酯蒸干的粗产物，合并得到固体用乙醇重结晶， 得到相应的产物，其产率高达91%。
（2） 杂多酸催化
Najmodin Azizi等人用醛3（mmol），胺3.1（mmol），丁酮5（mmol），苯乙酮3（mmol）以及磷钨酸（0.02 g）进行反应.
（三）论文选题及方向
本论文讨论在50 mL反应瓶中加入11 mmol苯乙酮，10 mmol芳香醛，10 mmol芳胺，0.3 mmol Al（4-ABS）3·6H2O，5 mL乙醇，考察苯乙酮、芳香醛和芳香胺在在上述反应条件下的一锅法”Mannich”反应。
二、实验部分
（一）反应方程式
（二）实验仪器
熔点用RY-1型显微熔点仪测定;
红外光谱用美国VARIAN公司Scimitar 2000型光谱仪测定（KBr压片）;
核磁共振谱用Bruker ARX-600型核磁共振仪测定，DMSO-d6作溶剂，TMS作内标;
Agilent 1100系列LC/MSD VL ESI型质谱仪。
（三）合成反应
在50 mL反应瓶中加入11 mmol苯乙酮，10 mmol芳香醛，10 mmol芳香胺，0.3 mmol Al（4-ABS）3·6H2O，5 mL乙醇，在室温下搅拌反应（TLC跟踪反应进程），有大量固体析出。反应结束后，室温干燥（充分挥发乙醇和水），分两次加入60 mL热CH2Cl2溶解产物，趁热过滤，滤出的催化剂用CH2Cl2洗涤干燥后，直接用于下一次催化反应;有机相依次用10 mL饱和NaHCO3洗涤2次，再用无水Na2SO4干燥，蒸发溶剂得到粗产物。粗产物进一步用乙醇或乙醇-丙酮重结晶，得到的产品用IR， 1H NMR及质谱进行表征。
三、结果与讨论
（一）Al（4-ABS）3·6H2O催化的Mannich反应条件的优化
以苯乙酮、苯甲醛（10 mmol）、苯胺（10 mmol）三组分Mannich反应为例，考察苯乙酮、催化剂和乙醇用量对产率的影响，反应时间5 h，其结果见表1。随着苯乙酮用量的增加，产率逐渐升高，当苯乙酮用量高于11 mmol时，产率提高不明显，因此，苯乙酮用量为11 mmol适宜（反应序号1-3）。催化剂用量对产率的影响较大，当其用量低于3 mol%时（基于苯甲醛用量，下同），随着催化剂用量的增加，产率提高较大，当催化剂的用量高于3 mol%时，随着催化剂用量的继续增加，产率提高不明显，因此选择催化剂的用量为3 mol%（反应序号2， 4， 5）。此外，溶剂用量对反应有显著影响，乙醇用量为5 mL时，产率最高，减少或增加乙醇用量，产率反而降低（反应序号2， 6， 7）。因此，较佳反应条件为苯乙酮、苯甲醛、苯胺摩尔比为1.1：1：1，Al（4-ABS）3·6H2O 3 mol%，乙醇5 mL。实验中也考察了Al（4-ABS）3·6H2O的回收使用情况，将Al（4-ABS）3·6H2O重复使用4次，催化活性无明显下降（反应序号2）。
（二）Al（4-ABS）3·6H2O对不同底物Mannich反应的催化效果
在较佳反应条件下，考察Al（4-ABS）3·6H2O对苯乙酮、芳香醛和芳香胺三组分“一锅法”Mannich反应的催化效果，实验结果见表2。可以看出，苯乙酮、苯甲醛与间、对位连有弱供电子基的芳香胺反应时，时间短，产率较高（4c， 4d）;而与间、对位上连有强吸电子基或强供电子基的芳香胺反应时，反应时间相对较长（4e-4i）。同时，芳香胺上取代基位置对产率有影响。苯乙酮、苯甲醛与邻氯苯胺的反应，由于邻位取代时，空间位阻较强，经过较长时间，只获得中等产率（4b）;间、对位取代，对产率影响不大。
此外，苯乙酮、苯胺与取代芳香醛的反应，无论芳香醛的芳环上连有供电子基还是吸电子基，反应都可以顺利进行（4j-4m）。当底物醛为4-OHC6H4CHO时，经过30小时，产率仅为15%（4n）。这可能是由于对羟基苯甲醛存在着醌式结构和醛式结构的平衡，羟基的强供电子作用导致醛基钝化。
（三）催化反应机理
关于Mannich反应机理，一般认为，首先是芳香醛与芳香胺生成亚胺盐中间体I，该中间体作为亲电试剂去进攻酮的烯醇式II[23]。对本实验Al（4-ABS）3·6H2O中的S=O有较强的双键性质，在苯环的电子诱导和电子离域作用下，Al（4-ABS）3·6H2O具有强Lewis酸性，可使第一步生成的亚胺中间体更稳定，有利于I进攻酮的烯醇式II，使反应顺利进行。另外，Al（4-ABS）3·6H2O分子中具有芳环结构，使催化剂与底物接触更充分，有利于反应的进行。
四、结论
与已报道的文献合成方法相比，Al（4-ABS）3·6H2O催化的苯乙酮、芳香醛、芳香胺三组分“一锅法”Mannich反应，具有反应条件温和、产率高、催化剂催化活性好、操作简单等优点，避免了传统合成方法使用强酸作催化剂的不足。为β-氨基酮衍生物的合成提供了新途徑，符合绿色化学要求，有潜在的应用前景。
（一）β-氨基酮Mannich反应简介
一直以来，Mannich反应都是合成含氮化合物的最为常用的反应之一。人们对Mannich反应的兴趣在于，Mannich反应产物（又叫Mannich碱）不仅在药物、农药、染料、调料、涂料、炸药等方面有着广泛的用途，而且还是有机化学中合成天然生物活性分子的重要中间体[1]。酮、醛、胺三组分合成β-氨基酮的反应是最为典型的一类Mannich反应
（二）合成β-氨基酮Mannich的方法
1. 浓HCl/EtOH作催化剂
采用HCl作催化剂所形成的盐酸盐极不稳定，易分解而变红，受热或暴露在空气中更会加速其分解[7]。同时，浓HCl等质子酸往往是有毒、有腐蚀性的，并且反应完成以后很难实现回收利用，这就必然导致酸性废物的排放和对环境的污染。
2. 新型催化剂
（1） Yb（OTf）3催化
王利民等取苯乙酮（2 mmol）、芳香醛（2 mmol）和芳香胺（2 mmol）加入到单口烧瓶中， 称取Yb（OTf）3 （0.062 g， 5 mol%）加入反应烧瓶中， 加入3 mL乙醇， 室温下搅拌8～14 h，有大量固体析出， 过滤得粗产物. 将滤液中乙醇真空旋出， 加入3 mL去离子水和3 mL乙酸乙酯溶解，分液，将水蒸干以回收催化剂。乙酸乙酯蒸干的粗产物，合并得到固体用乙醇重结晶， 得到相应的产物，其产率高达91%。
（2） 杂多酸催化
Najmodin Azizi等人用醛3（mmol），胺3.1（mmol），丁酮5（mmol），苯乙酮3（mmol）以及磷钨酸（0.02 g）进行反应.
（三）论文选题及方向
本论文讨论在50 mL反应瓶中加入11 mmol苯乙酮，10 mmol芳香醛，10 mmol芳胺，0.3 mmol Al（4-ABS）3·6H2O，5 mL乙醇，考察苯乙酮、芳香醛和芳香胺在在上述反应条件下的一锅法”Mannich”反应。
二、实验部分
（一）反应方程式
（二）实验仪器
熔点用RY-1型显微熔点仪测定;
红外光谱用美国VARIAN公司Scimitar 2000型光谱仪测定（KBr压片）;
核磁共振谱用Bruker ARX-600型核磁共振仪测定，DMSO-d6作溶剂，TMS作内标;
Agilent 1100系列LC/MSD VL ESI型质谱仪。
（三）合成反应
在50 mL反应瓶中加入11 mmol苯乙酮，10 mmol芳香醛，10 mmol芳香胺，0.3 mmol Al（4-ABS）3·6H2O，5 mL乙醇，在室温下搅拌反应（TLC跟踪反应进程），有大量固体析出。反应结束后，室温干燥（充分挥发乙醇和水），分两次加入60 mL热CH2Cl2溶解产物，趁热过滤，滤出的催化剂用CH2Cl2洗涤干燥后，直接用于下一次催化反应;有机相依次用10 mL饱和NaHCO3洗涤2次，再用无水Na2SO4干燥，蒸发溶剂得到粗产物。粗产物进一步用乙醇或乙醇-丙酮重结晶，得到的产品用IR， 1H NMR及质谱进行表征。
三、结果与讨论
（一）Al（4-ABS）3·6H2O催化的Mannich反应条件的优化
以苯乙酮、苯甲醛（10 mmol）、苯胺（10 mmol）三组分Mannich反应为例，考察苯乙酮、催化剂和乙醇用量对产率的影响，反应时间5 h，其结果见表1。随着苯乙酮用量的增加，产率逐渐升高，当苯乙酮用量高于11 mmol时，产率提高不明显，因此，苯乙酮用量为11 mmol适宜（反应序号1-3）。催化剂用量对产率的影响较大，当其用量低于3 mol%时（基于苯甲醛用量，下同），随着催化剂用量的增加，产率提高较大，当催化剂的用量高于3 mol%时，随着催化剂用量的继续增加，产率提高不明显，因此选择催化剂的用量为3 mol%（反应序号2， 4， 5）。此外，溶剂用量对反应有显著影响，乙醇用量为5 mL时，产率最高，减少或增加乙醇用量，产率反而降低（反应序号2， 6， 7）。因此，较佳反应条件为苯乙酮、苯甲醛、苯胺摩尔比为1.1：1：1，Al（4-ABS）3·6H2O 3 mol%，乙醇5 mL。实验中也考察了Al（4-ABS）3·6H2O的回收使用情况，将Al（4-ABS）3·6H2O重复使用4次，催化活性无明显下降（反应序号2）。
（二）Al（4-ABS）3·6H2O对不同底物Mannich反应的催化效果
在较佳反应条件下，考察Al（4-ABS）3·6H2O对苯乙酮、芳香醛和芳香胺三组分“一锅法”Mannich反应的催化效果，实验结果见表2。可以看出，苯乙酮、苯甲醛与间、对位连有弱供电子基的芳香胺反应时，时间短，产率较高（4c， 4d）;而与间、对位上连有强吸电子基或强供电子基的芳香胺反应时，反应时间相对较长（4e-4i）。同时，芳香胺上取代基位置对产率有影响。苯乙酮、苯甲醛与邻氯苯胺的反应，由于邻位取代时，空间位阻较强，经过较长时间，只获得中等产率（4b）;间、对位取代，对产率影响不大。
此外，苯乙酮、苯胺与取代芳香醛的反应，无论芳香醛的芳环上连有供电子基还是吸电子基，反应都可以顺利进行（4j-4m）。当底物醛为4-OHC6H4CHO时，经过30小时，产率仅为15%（4n）。这可能是由于对羟基苯甲醛存在着醌式结构和醛式结构的平衡，羟基的强供电子作用导致醛基钝化。
（三）催化反应机理
关于Mannich反应机理，一般认为，首先是芳香醛与芳香胺生成亚胺盐中间体I，该中间体作为亲电试剂去进攻酮的烯醇式II[23]。对本实验Al（4-ABS）3·6H2O中的S=O有较强的双键性质，在苯环的电子诱导和电子离域作用下，Al（4-ABS）3·6H2O具有强Lewis酸性，可使第一步生成的亚胺中间体更稳定，有利于I进攻酮的烯醇式II，使反应顺利进行。另外，Al（4-ABS）3·6H2O分子中具有芳环结构，使催化剂与底物接触更充分，有利于反应的进行。
四、结论
与已报道的文献合成方法相比，Al（4-ABS）3·6H2O催化的苯乙酮、芳香醛、芳香胺三组分“一锅法”Mannich反应，具有反应条件温和、产率高、催化剂催化活性好、操作简单等优点，避免了传统合成方法使用强酸作催化剂的不足。为β-氨基酮衍生物的合成提供了新途徑，符合绿色化学要求，有潜在的应用前景。