全 文 ：农 药
AGROCHEMICALS
第51卷第6期
2012年6月
Vol. 51, No. 6
Jun. 2012
氨基磺酸催化吲哚Mannich反应绿色合成芦竹碱
李济澜，吴有刚，陈定梅
(六盘水师范学院 化学与化工系， 贵州 六盘水 553004)
摘要：[目的]介绍芦竹碱的一种绿色合成方法。 [方法]固体酸氨基磺酸作催化剂，吲哚、甲醛、二甲胺3组分在水
溶液中发生Mannich反应，30~40 ℃下合成芦竹碱。 [结果]经过实验优化了反应条件，产物经MS和1H NMR得到
确认，产率达82%。 [结论]该方法绿色环保，成本低，产率高，条件温和，工艺简单，适合工业化生产。
关键词：氨基磺酸；吲哚；Mannich反应；芦竹碱
中图分类号：TQ460.3 文献标志码：A 文章编号：1006-0413(2012)06-0422-02
Effi cient Sulfamic Acid Catalyzed Synthesis of Gramine from
Indole by Mannich Reaction
LI Ji-lan, WU You-gang, CHEN Ding-mei
(Chemistry and Chemical Engineer Department of Liupanshui Normal University, Liupanshui 553004, Guizhou, China)
Abstract: [Aims] The paper presented a green synthetic method to obtain gramine. [Methods] The mixture of
indole, formaldehyde and dimethylamine were stirred in water using sulfamic acid as catalyst at 30-40 °C to afford
gramine through Mannich reaction. [Results] The conditions of reaction were optimized by experiments, and their
structures were confirmed by MS and 1H NMR. The yield is up to 82%. [Conclusions] The process has advantages
of high yield, low cost, moderate condition, simple operation, green chemical technology and is suitable for
industrialized production.
Key words: sulfamic acid; indole; Mannich reaction; gramine
芦竹碱(gramine)，又名禾草碱、3-二甲胺基甲基吲哚，
是大麦等植物在进化过程中产生的具有化感作用的一种
生物碱[1-2]，由于它的低毒、高效、低抗性，正在成为一类
有开发潜力的生物农药源[3]。 同时它是合成色氨酸的关
键中间体，也是合成很多吲哚类药物的中间体 [4]。 芦竹
碱的合成一般采用酸催化吲哚、甲醛、二甲胺3组分发生
Mannich反应得到 [2,5-6]，但是存在催化剂用量大、成本高、
工艺复杂、对设备腐蚀严重等缺陷。 氨基磺酸是价廉易
得和稳定性好的有机固体酸，绿色环保，不腐蚀设备，因
而近年来它在有机合成的许多领域取代常规的酸催化剂
得到了大量的研究[7]。 氨基磺酸催化Mannich反应已有报
道 [8]，可是氨基磺酸催化吲哚Mannich反应还未见报道。
本文采用氨基磺酸作催化剂，吲哚、甲醛、二甲胺3组分发
生Mannich反应合成芦竹碱。 反应式如下。
有限公司]、HDM-250恒温磁力电热套、WFH-2O3三用
紫外分析仪、RE-52AA旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂
生产)、SHB-B95型循环水式多用真空泵(郑州长城工贸
科技有限公司)、XT-4双目显微熔点测定仪、Agilent LC-
MSD(离子阱VC)液质联用仪、JEOL ECX-500超导核磁共
振谱仪(日本电子株式会社生产)。 试剂：吲哚，氨基磺酸，
二甲胺，甲醛，以上试剂均为市售分析纯。
1.2 合成方法
将烧瓶置于冰水浴中，加入氨基磺酸194 mg(2 mmol)、
30%二甲氨405 mg(3 mmol)，然后滴加37%甲醛225 mg
(3 mmol)，再加入水20 mL，最后分批加入吲哚236 mg
(2 mmol)，在30~40 ℃下搅拌反应3 h，将反应物倒入一定
量冰水中，以20%氢氧化钠调pH值13以上，冰浴冷却，过
滤固体，用蒸馏水洗涤至中性，得芦竹碱粗制品，经石
油醚 /乙酸乙酯混合溶剂重结晶，得纯品芦竹碱。 产物
为白色针状晶体，测得熔点：139~140 ℃。 经1H NMR和
MS验证正确。
1H NMR(CDCl3，500 MHz) δ：2.29(s，6H)，3.64(s，2H)，
7.06~7.32(m，4H)，7.70(d，J =7.40 Hz，1H)，8.53(s,1H)；
MS(EI)：175(M+1)，130。
收稿日期：2011-12-20，修返日期：2012-02-15
基金项目：六盘水师范学院自然科学资金资助项目(200910)
作者简介：李济澜(1976—)，男，湖南邵阳人，硕士研究生，讲师，主要从事药物合成及有机化学教学。 E-mail：lihaiqing998@163.com。
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
仪器：AL204电子天平[梅特勒-托利多仪器厂(上海)
·科研与开发·
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2 结果与讨论
对原料不同配比进行了考察，结果见表1。
表1 原料不同配比对产率的影响
序号 吲哚∶甲醛∶二甲胺(摩尔比) 反应时间/h 芦竹碱产率/%
1 1∶1∶1 6 62
2 1∶1.5∶1.5 3 82
3 2∶1∶1 3 30
注：氨基磺酸与吲哚摩尔比为1∶1，水作溶剂，温度为30~40 ℃。
从表1可以看出：当吲哚、甲醛、二甲胺按1∶1∶1的量
同时加入时，芦竹碱的产率只有62%，TLC(薄层色谱法)跟
踪发现有副产物生成。 当吲哚、甲醛、二甲胺摩尔比调为
1∶1.5∶1.5时，且吲哚分批加入，芦竹碱产率提高到82%，
TLC跟踪发现副产物只有微量。 而当吲哚、甲醛、二甲胺
按2∶1∶1的量同时加入时，芦竹碱的产率降到30%，TLC
跟踪发现有大量副产物生成。
试验还考察了不同温度下的反应，结果见表2。 室温
15~25 ℃也能反应，但在室温下反应18 h产率只有58%，升
温到30~40 ℃时反应3 h产率达82%，再升高温度产率却反
而下降。
表2 不同温度对产率的影响
序号 温度/℃ 反应时间/h 芦竹碱产率/%
1 15~25 18 58
2 30~40 3 82
3 50~60 3 65
注：氨基磺酸与吲哚摩尔比为1∶1，水作溶剂。
对催化剂的用量也进行了考察，吲哚、甲醛、二甲胺摩
尔比为1∶1.5∶1.5，水作溶剂，温度在30~40 ℃，结果见表3。
当催化剂氨基磺酸与吲哚的量之比为0.1∶1时，产率较低，
提高到0.5∶1时产率明显提高，达1∶1时产率升高82%，而提
升到2∶1时，产率升高不明显，只有85%。
表3 不同催化剂量对产率的影响
序号 氨基磺酸与吲哚摩尔比 反应时间/h 芦竹碱产率/%
1 0.1∶1 6 48
2 0.5∶1 6 72
3 1∶1 3 82
4 2∶1 3 85
3 结论
通过实验得到了一种绿色环保的芦竹碱合成方法，该
方法成本低，产率高，条件温和，工艺简单，适合工业化生
产。 优化条件：反应温度30~40 ℃，甲醛、二甲胺与吲哚的
摩尔比为1.5∶1.5∶1，氨基磺酸与吲哚摩尔比为1∶1，反应
时间3 h，在水溶液中反应，芦竹碱的产率达到82%。
参考文献：
[1] 孔垂华, 胡飞, 陈雄辉, 等. 作物化感品种资源的评价利用[J]. 中
国农业科学, 2002, 35(9): 1159-1164.
[2] 许前会, 韦萍. 新型植物源农药芦竹碱的应用与合成研究[J]. 农
药, 2004, 43(2): 76-77.
[3] 罗万春, 慕立义, 李云寿. 植物源生物碱的杀虫作用[J]. 农药,
1997, 36(7): 11-15.
[4] 李记太, 代红光, 蔺志平. 3-取代吲哚衍生物的合成[J]. 化学进
展, 2007, 19(5): 751-761.
[5] 屈彬, 赵德丰. 利用煤焦油中的吲哚制取芦竹碱[J]. 燃料与化
工, 2005, 36(2): 46-47.
[6] DAI Hong-guang, LI Ji-tai, LI Tong-shuang. Efficient and Practical
Synthesis of Mannich Bases Related to Gramine Mediated by Zinc
Chloride[J]. Synthetic Communications, 2006, 36: 1829-1835.
[7] WANG Bo. Sulfamic Acid: a Very Useful Catalyst[J]. Synlett,
2005(8): 1342-1343.
[8] 吴璇, 李维思, 李振江. 氨基磺酸催化的Mannich反应合成β氨基
酮[J]. 化学试剂, 2008, 30(4): 277-279.
责任编辑：赵平
[18] 庞明好, 刘顺, 张利辉, 等. 新型玉米田除草剂甲基磺草酮在土
壤中残留的高效液相色谱分析[J]. 河北农业大学学报, 2007,
30(5): 75-78.
[19] 王梅, 段劲生, 孙明娜, 等. 硝磺草酮在玉米上的残留研究[J]. 现
代农药, 2011, 10(1): 38-40.
[20] STRACHAN G, MOLLOY P, LAMONT J. Anti-mesotrione Single
Chain Antibody Fragments Derived Using Either Phage Display
or via Hybridomia Technology: Selection, Characterization and
Stabilization[J]. Food and Agriculture Immunology, 2003, 15(2):
404-415.
[21] MASTICHIADIS C, CHRISTOFIDIS I, KOUPPARIS M.
A Solid-phase Fluoroimmunoassay for the Determination of
Mesotrione-a Novel Triketone Herbicide-in Water with Direct
Measurement of the Fluorescence onto the Solid Support[J].
Analyst, 2003, 128(4): 404-410.
[22] DYSON J S, BEULKE S, BROWN C D, et al . Adsorption
and Degradation of the Weak Acid Mesotrione in Soil and
Environmental Fate Implications[J]. Environmental Quality, 2002,
31(2): 613-618.
[23] 孔德洋, 石利利, 单正军, 等. 除草剂甲基磺草酮在土壤中的吸
附及淋溶特性[J]. 中国环境科学, 2008, 28(8): 753-757.
[24] 范友虎. 莠去津和硝磺草酮在环境中的迁移行为与光催化降解
研究(硕士论文)[D]. 天津: 天津大学, 2008.
[25] PIONKEER H B, GLOTFELTY D E, LUCAS A D. Pesticide
Contamination of Groundwater in the Mahatango Greek
Watershed[J]. Environmental Quality, 1988, 17(1): 76-84.
[26] HALLE A T, RICHARD C. Simulated Solar light Irradiation
of Mesotrione in Natural Waters[J]. Environmental Science and
Technology, 2006, 40(12): 3842-3847.
[27] RICHARD C, HALLE A T, BRAHMIA O, et al . Auto-
Remediation of Surface Waters by Solar-light: Photolysis of
1-Naphthol and Two Herbicides in Pure and Synthetic Waters[J].
Catalysis Today, 2007, 124(3/4): 82-87.
[28] DURAND S, AMATO P, SANCELME M, et al . First Isolation
and Characterization of a Bacterial Strain that Biotransforms the
Herbicide Mesotrione[J]. Letters in Applied Microbiology, 2006,
43(2): 222-228.
[29] DURAND S, SANCELME M, BESSE-HOGGAN P, et al .
Biodegradation Pathway of Mesotrione: Complementarities of
NMR, LC-NMR and LC-MS for Qualitative and Quantitative
Metabolic Profiling[J]. Chemosphere, 2010, 81(3): 372-380.
责任编辑：李新
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李济澜，等：氨基磺酸催化吲哚Mannich反应绿色合成芦竹碱