1、 實驗設計的構想

1.1 設計背景

要培養新型軍事人才，能力素質的培養是重中之重。而在傳統的化學實驗過程中，學員按照教員所講、教材所寫進行實驗，實驗內容枯燥，實驗過程按部就班，最終提交的實驗報告也是大同小異。沒有了展示自我的舞臺，學員的動手積極性自然不高。本次實驗讓學員做教學過程中的主角，自行組成創新小組，發揮相互協作的團隊精神，通過查閱文獻資料，自主設計實驗流程，在教員的指導下確定合理的實驗方案。

1.2 實驗的理論依據和研究背景

吡唑類衍生物是天然產物的結構單元，具有廣泛的生物活性和藥理活性，對各種吡唑類衍生物的合成已成為有機合成的熱點之一。而取代的吡唑和稠合吡唑也是重要的藥物制品和生物可降解的農用化學品。該類化合物傳統的合成方法一般實驗過程復雜、實驗時間長、后處理不便、產品產率低。本實驗嘗試將 KF-蒙脫土作為催化劑應用于該類雜環化合物的合成，取得了較好的效果。

蒙脫土結構蓬松，遇熱膨脹，可以進行層間離子交換，層與層之間可以插入多種金屬配合物，也可以吸附多種化學試劑，對取代、加成、氧化、重排、和還原等反應具有良好的催化性能。目前大多數蒙脫土類催化劑催化的化學反應，一般都在酸性條件下進行，本文探討將蒙脫土與 KF 交換制成KF-蒙脫土，并將其作為堿性催化劑應用于有機合成，為吡唑類衍生物的合成提供了一種新的快速、簡便的方法。

2、 實驗設計

2.1 儀器和試劑

XT-5 型顯微熔點儀（溫度計未校正）；雙光束紅外光譜儀，KBr 壓片；Inova-400 MHz 核磁共振儀，DMSO-d6為溶劑，TMS 為內標；所用試劑均為分析純試劑，KF-蒙脫土按文獻制備。

2.2 實驗過程

在 50 mL 單口燒瓶中加入取代肉桂腈（1）（2mmol），3-甲基-1-苯基-2-吡唑啉-5-酮（2）（2mmol），KF-蒙脫土（0.25 g）和 DMF（15 mL），在80 ℃下，攪拌 4~6 h，用薄層色譜法跟蹤反應，反應結束后，趁熱將反應液倒出，過濾，濾液倒入冷水中，沉降，抽濾。濾餅自然風干后，用濃度 95%乙醇重結晶，即得產品 3。吡唑類衍生物的合成過程見圖 1。

2.3 實驗結果與討論

該反應以 DMF 為溶劑，在溫度 80 ℃下，恒溫攪拌 4~6 h，生成一系列 1,4-二氫吡喃[2,3-c]吡唑衍生物，產物通過簡單的減壓抽濾即可分離，反應時間、產率和熔點見表 1。該方法操作簡便、產品收率高，為吡唑衍生物的合成提供了一條新的合成途徑。

產物的結構經紅外光譜、核磁共振氫譜確證。

在紅外光譜中在 3 400 cm-1和 3 300 cm-1附近出現NH2的特征吸收峰，同時在 2 200 cm-1附近出現尖而強的特征吸收峰，推測為 CN 吸收峰。在1HNMR 中，在 4.6~5.2 范圍內出現共振信號，推測為 C4-H 的特征峰，在 7.20 左右出現特征峰，推測為-NH2的吸收峰，其它核磁共振吸收峰也與產物的結構相符。

產物3a: m.p.: 174-176 °C \\(Lit.: 173~175 °C\\);1HNMR \\(DMSO-d6, δ, 10-6\\): 1.78 \\(3H, s, CH3\\), 3.74 \\(3H, s,CH3O\\), 4.63 \\(1H, s, C4-H\\), 6.90 \\(2H, d, J = 8.4 Hz,ArH\\), 7.16~7.17 \\(4H, m, NH2+ArH\\), 7.30~7.34 \\(1H, m,ArH\\), 7.47~7.51 \\(2H, m, ArH\\), 7.78 \\(2H, d, J = 8.8 Hz,ArH\\); IR \\(KBr, ν, cm-1\\): 3391, 3322, 2192, 1660, 1596,1514, 1456, 1394, 1250, 1173, 1128, 1073, 1027, 813,759, 692。

產物 3b: m.p.: 199~200 °C \\(Lit.:198~201°C\\);1HNMR \\(DMSO-d6, δ, 10-6\\): 1.81 \\(3H, s, CH3\\), 4.98 \\(1H, s,C4-H\\), 7.32~7.52 \\(5H, m, NH2+ArH\\), 7.66~7.70 \\(1H, m,ArH\\), 7.77~7.81 \\(3H, m, ArH\\), 8.15 \\(2H, d, J = 4.0 Hz,ArH\\); IR \\(KBr, ν, cm-1\\): 3460, 3350, 2194, 1665, 1640,1591, 1580, 1495, 1452, 1387, 1354, 839, 820, 776,746。

產物3c: m.p.: 191~192 °C；1H NMR \\(DMSO-d6, δ,10-6\\): 1.79 \\(3H, s, CH3\\), 4.73 \\(1H, s, C4-H\\), 7.15~7.20\\(2H, m, ArH\\), 7.22 \\(2H, s, NH2\\), 7.29~7.35 \\(3H, m,ArH\\), 7.48~7.52\\(2H, m, ArH\\), 7.77~7.80\\(2H, m, ArH\\);IR \\(KBr, ν, cm-1\\): 3454, 3329, 2203, 1665, 1596, 1518,1494, 1444, 1390, 1264, 1226, 1126, 1068, 1027, 812,753, 685。

產物 3d: m.p.: 193~194 °C\\(Lit.: 193~195 °C\\);1H NMR \\(DMSO-d6, δ, 10-6\\): 1.83 \\(3H, s, CH3\\), 3.73\\(6H, s, 2×CH3\\), 4.64 \\(1H, s, C4-H\\), 6.75~6.93 \\(3H, m,ArH\\), 7.15 \\(2H, s, NH2\\), 7.31~7.33 \\(1H, m, ArH\\),7.47~7.51 \\(2H, m, ArH\\), 7.80 \\(2H, d, J = 8.0 Hz, ArH\\);IR \\(KBr, ν, cm-1\\): 3450, 3320, 3200, 2965, 2200, 1660,1598, 1510, 1450, 1390, 1261, 1150, 1135, 1035, 810,795, 760。

產物 3e: m.p.: 170~172 ℃ \\(Lit.: 167~168 ℃\\);1H NMR\\(DMSO-d6\\) δ: 1.78\\(s, 3H, CH3\\), 4.72\\(s, 1H,C4-H\\), 7.15~7.19\\(m, 2H, ArH\\), 7.22\\(s, 2H, NH2\\),7.29~7.34\\(m, 3H, ArH\\), 7.47~7.51\\(m, 2H, ArH\\), 7.78\\(d,J=8Hz, 2H, ArH\\); IR\\(KBr\\) ν: 3454, 3329, 2203, 1666,1597, 1519, 1445, 1390, 1264, 1226, 1158, 1126, 1096,1068, 1027, 812, 753, 685cm-1。

產物 3f: m.p.: 207~208 °C;1H NMR \\(DMSO-d6, δ,10-6\\): 1.80 \\(3H, s, CH3\\), 4.72 \\(1H, s, C4-H\\), 7.23~7.25\\(4H, m, NH2+ArH\\), 7.31~7.35 \\(1H, m, ArH\\), 7.48~7.56\\(4H, m, ArH\\), 7.78~7.80 \\(2H, m, ArH\\); IR \\(KBr, ν,cm-1\\): 3450, 3324, 2199, 1660, 1594, 1518, 1488, 1391,1127, 1126, 1070, 1010, 752。

產物 3g: m.p.: 185~186 °C \\(Lit.: 182~184℃\\);1HNMR \\(DMSO-d6, δ, 10-6\\): 1.78 \\(3H, s, CH3\\), 5.16 \\(1H, s,C4-H\\), 7.31~7.44 \\(5H, m, NH2+ArH\\), 7.48~7.52 \\(2H, m,ArH\\), 7.62 \\(1H, s, ArH\\), 7.78 \\(2H, d, J = 8.0 Hz, ArH\\);IR \\(KBr, ν, cm-1\\): 3458, 3325, 2198, 1660, 1583, 1560,1520, 1493, 1470, 1457, 1392, 1269, 1182, 1126, 1102,1072, 906, 836, 815, 758, 691。

產物 3h: m.p. 180~181 °C \\(Lit.177~178 °C\\);1HNMR \\(DMSO-d6, δ, 10-6\\): 1.79 \\(3H, s, CH3\\), 4.73 \\(1H, s,C4-H\\), 7.25 \\(2H, s, NH2\\), 7.29~7.34 \\(3H, m, ArH\\), 7.41\\(2H, d, J = 8.0 Hz, ArH\\), 7.47~7.51\\(2H, m, ArH\\),7.78\\(2H, d, J = 8.0 Hz, ArH\\); IR \\(KBr, ν, cm-1\\): 3459,3325, 2202, 1661, 1594, 1518, 1491, 1444, 1391, 1262,1127, 1089, 1066, 1015, 831, 804, 751, 686。

3、 實驗小結

本次實驗設計打破傳統的純粹驗證型、演示型的實驗模式，引導學員展開研究性學習和創造性實驗研究。

在實驗的設計環節，學員收獲的不僅僅是實驗結果，還有學習的態度和方法的轉變。在確定實驗設計方案的過程中，需要查閱大量文獻，了解該方向的最新發展動態，學員們不滿足于國內的研究成果，利用各種數據庫，接觸到大量的外文文獻，極大的激發了他們的求知欲，調動了他們的動手積極性。充分為學員創造提供良好的實驗環境、條件，讓他們自主的發揮他們的創造力，最大限度的培養學員創新精神和創新能力，充分實現人的發展。

參考文獻：
［1］劉曉宇，明霞，王洪來. 淺論大學化學教學中的創新教育[J]. 教學研究與改革，2004\\(5\\): 66-67.