EESI-MS监测ZrOCl2·8H2O催化的Paal-Knorr反应

吡咯及其衍生物是一类重要的五元氮杂环化合物，在医药[1]、食品[2]、感光材料[3]和生物芯片[4]等领域有广泛应用。Paal-Knorr反应是合成含吡咯环化合物的重要方法，其机理研究具有重要意义。

“非遗”传承保护的关键因素是人的因素，这是物质文化遗产与“非遗”传承保护的根本区别所在。就“非遗”而言，人在技在，人亡技亡，培养“人才”与“非遗”传承保护同等重要。江苏既要加大“非遗”传承人的培养力度，提高他们传承“非遗”的尊严感和幸福感，又要加强“非遗”管理人才的培养，指导他们用专业的思路、专业的眼光、专业的技能从事“非遗”管理工作。“非遗”人才培养要注重理论和实践相结合，注重国际交流与国内研讨相结合，注重高校培养和专业培训相结合，以先进的文化理论培养适应新时代江苏文化发展的专业化“非遗”传承保护人才。

研究反应中间体的传统光谱方法为紫外-可见吸收[5]、核磁共振[6]、拉曼[7]、电子自旋共振[8]和红外[9]等，但光谱法存在一定的缺陷，如底物，中间体和产物不能被同时区分和监测，不能明确识别和准确定量等。质谱具有灵敏度高，选择性好等优点，已成为分析方法中最有前途的技术之一。电喷雾电离质谱(ESI-MS)技术具有将液相离子完整转化为气相离子的能力(“软电离”)，适合监测反应过程中的活性中间体，是研究反应机理的有效方法。Gryko等[10]用ESI-MS监测了丙酮与L-脯氨酸硫代酰胺间的Aldol反应，推断出反应机理并且指出，使用质子化的L-脯氨酸硫代酰胺作为催化剂，对反应的收率和立体选择性都有可观的影响，4-硝基苯甲醛与丙酮反应，产率高达98%，而ee高达98%。

Philip等[11]用ESI-MS在线监测离子液体催化Knoevenagel反应，捕捉到反应中间体，推测出反应机理。Milagre等[12]用ESI-MS在线监测了Mannich型的α-酮酯亚甲基化反应，捕捉到了反应中间体，根据对中间体的分析得到反应机理，并根据提供的谱图信息对反应条件进行优化，从而提高产率(80%～95%)和产物纯度。

电喷雾萃取电离质谱(EESI-MS)[13]是一种新兴的质谱技术，该技术无需对分析物进行前处理，分析速度快，灵敏度高，是一种比ESI更软的电离方法[14]。Zhu等[15]用EESI-MS对在亲核催化剂作用下4-二甲氨基吡啶的乙酰化反应进行了实时在线监测，捕捉到中间体与产物，得到了反应机理，此外根据EESI-MS提供的质谱信息，确定了最佳反应时间，及时停止反应，使反应成本最小化。由文献可知ZrOCl2·8H2O可催化Paal-Knorr反应[15]，本文用EESI-MS离线监测甲醇为溶剂，ZrOCl2·8H2O催化的苯胺和2,5-己二酮的Paal-Knorr反应(Scheme 1)，监测了中间体和产物的准分子离子信号，并对其进行了结构分析。

  

Scheme 1

  

Scheme 2

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Finnigan LTQ-XL型线性离子阱质谱仪[Xcalibur数据处理系统；正离子检测模式，喷雾电压：1.0 kV，扫描范围：m/z 50～400，离子传输管温度：150 ℃，载气为N2，压力为1.0 MPa，萃取剂为甲醇，流速为5 μL·min-1,电喷雾萃取电离源(EESI)]。

EESI两路通道的夹角约38°，离质谱口距离约5 mm。在反应瓶中加入苯胺0.2 mmol, 2,5-已二酮0.2 mmol, ZrOCl2·8H2O 0.1 mmol和甲醇5 mL，于室温进行反应。每隔5 min取样检测。

图1为反应过程中取样的MS谱图。由图1(a)可见，首先检测到m/z 94(C6H7N+H+), m/z 137(C6H10O2+Na+)，m/z 132(C6H10O2+H++NH3)， m/z 251(2C6H10O2+Na+)。由图1(b)可见，随着反应的进行，检测到m/z 208(中间产物的准分子离子峰)，m/z 204(中间体失去H所得离子峰)，m/z 172为产物2,5-二甲基-1-苯基吡咯的准分子离子峰。由图1(c)可见，到反应后期，出现了m/z 343信号峰，这是产物二聚体的准分子离子峰。

1.2 实验步骤

所用试剂均为分析纯。

2 结果与讨论

2.1 反应监测

控制器有“低水位”“点检”“电源”“补水”“燃烧/运行”等5个功能。其具体操作过程如下：① 确认电源后，连接电源；② 确定补充水箱内是否充满水，如无水时要填满水；③ 将控制上的电源开关移至ON位置；④ 系统自检；⑤ 水泵开始运行时，通过水位计观察水位，水位达到高水位后水泵自动停止；⑥ 水位正常后，燃烧器自动点火燃烧，蒸汽发生器启动运行；⑦ 燃烧器初次点火后，燃烧器观察烟道的排烟情况；⑧ 发生不点火或其他故障时，解除故障后按复位按钮；⑨ 在正常运行状态下利用压力控制开关(压力调节器)上的压力调节螺栓调节压力。燃油蒸汽发生器工作流程图如图4所示。

那时的我们没有光鲜亮丽的外表，隐匿在人群中偷偷臭美，青春乏善可陈，却梦想着在未来把超市开遍全城，少年意气直冲云天。

此外，我们还发现，与乙酸[16]作催化剂不同，在ZrOCl2·8H2O催化下，反应除了生成m/z 208外，还会生成m/z 204，这可能是因为锆具有较高的Z2/r值(22.22 e2m-10)和强配位能力[17]，使中间体m/z 208脱氢形成m/z 204(Scheme 2)。由于自由基在质子化溶剂中不稳定，所以推测该转化过程是可逆的。

 

 

  

图1 反应过程中各物质的MS谱图*

 

Figure1 MS spectra of substance in process

 

*a: 加入反应物; b: 产物及中间体; c: 产物二聚体。

为进一步明确中间体和产物的结构，进行了串联质谱分析(谱图略)。由图可知，对m/z 343进行碰撞诱导解离(CID)分析，其主要特征峰为m/z 250和m/z 172, m/z 250为母离子m/z 343丢失一个2,5-二甲基-1-吡咯基得到的碎片离子，m/z 172为2,5-二甲基-1-苯基吡咯离子峰。对m/z 172进行三级质谱分析，失去甲基得到m/z 157。为了确定m/z 172为2,5-二甲基-1-苯基吡咯，对其进行反推，2,5-二甲基-1-苯基吡咯中吡咯环上的甲基不稳定，容易在加电条件下断裂，得到较稳定的2-甲基-1-苯基吡咯自由基正离子(m/z 157)，同时容易发生部分断裂得到产物苯胺正离子(m/z 94)，因此可以确认m/z 172为2,5-二甲基-1-基吡咯。对中间体m/z 208进行CID分析，得到m/z 190， m/z 115， m/z 94离子峰。m/z 190为母离子失去一个水分子得到的碎片离子峰。对m/z 190进行CID分析，得到m/z 172， m/z 157， m/z 132， m/z 97和m/z 94离子峰，m/z 97是母离子失去一个苯基得到的碎片离子。对m/z 204进行CID分析，得到m/z 172， m/z 132， m/z 111和m/z 94离子峰。在加电条件下母离子容易脱掉氧原子生成稳定的双键(m/z 172)。对m/z 204的特征峰m/z 172作CID分析，发现其特征峰与二聚体m/z 343的特征峰m/z 172的CID图基本一致，说明两者均含有产物m/z 172结构，证明m/z 204也是反应中间体。

2.2 机理推测

结合文献[18]推测了反应机理：催化剂ZrOCl2·8H2O使得反应物2,5-己二酮上的羰基碳上的正电荷更集中，容易与苯胺发生亲核加成反应生成半缩胺中间体m/z 208，接着有两种反应路径，路径A：半缩胺的环化和脱水成吡咯环m/z 190。路径B：烯胺的环化和脱水成吡咯环m/z 190。在反应过程中催化剂ZrOCl2·8H2O有较强的配位能力使得出现中间体2,5-二甲基双氧-1-苯基吡咯(m/z 204，由一部分中间体m/z 208失去四个氢得到)，最后吡咯环失去水后成产物m/z 172，当产物增加到一定量时形成产物二聚体m/z 343。

利用EESI-MS监测了ZrOCl2·8H2O催化苯胺和2,5-已二酮的Paal-Knorr反应，分析了反应物、中间体和产物的结构，并推测了可能的反应机理。本方法有助于更好的理解有机化学反应机制，指导特定产物的获取以及产率的提高。

因此，改变广大民营中小企业管理者对待和控制风险的观念，根本改变他们对内控制度的偏见，强化科学管理的内控意识，提高企业内部管控的效率，才能促使中小企业加快科学管理的进程并延续企业的发展壮大。内控制度在执行的过程中，会要求企业各级管控人员明晰各自职能及责任，全面落实责任追究制。并将采集的各项指标落实到部门甚至落实到个人，并赋予所有人员与之岗位相对等的权限，然后依据履职程度的考查结果进行考量，给予相应的精神及物质奖惩。

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