在化学反应中, 溶剂是反应的基本组成部分, 其中水作为反应溶剂已经广泛地应用在有机化学反应中^[1~3].水是一种清洁、便宜的溶剂, 具有广泛易得、方便和环保的特性.在水中进行的有机反应的例子有很多, 例如: C—C键的构建反应^[4]、重排反应^[5]、消除反应^[6]、不对称环氧化反应^[7]、氰基化反应^[8]、亚甲基双酰胺的构建反应^[9].然而, 水作为反应溶剂的缺点也非常明显, 比如由于水具有很高的介电常数, 导致其对有机化合物的溶剂性不佳.然而, 高温水相比常温常压下的水, 具有较低的介电常数、更弱的氢键等性质, 且随着温度的升高, 对于有机化合物的溶解性也随之增大, 在超临界水中可以完全溶解^[10].随着温度和压力的增加, 水的物理常数也随之有规律的变化^{[11, 12]}, 这些变化都有可能用来促进有机反应的发生.

氮杂芳烃衍生物具有广泛的药物活性, 例如抗艾滋病毒、抗炎和抗肿瘤等^[13~15].在有机合成反应中, 通过sp³碳氢键的活化构建C—C键是一种方便和符合原子经济学的方法^[16~19].但是对于C(sp³)－H活化生成氮杂芳烃化合物是一个很大的挑战, 例如, 为了实现羰基β位的C(sp³)－H活化芳基化反应, 罗飞华等^[20]使用醋酸钯为催化剂, 在特戊酸银存在的条件下, 首次实现了8-氨基喹啉导向的羰基β位的芳基化反应.为了将烷基链部分引入到甲基喹啉上, Wang^[21]使用CuFe₂O₄作为催化剂, 并在乙二醇中, 在100 ℃条件下反应24 h得到产物.这个反应对于一些化合物的产率较高.但是, 金属催化剂的使用及较长的反应时间会造成反应效率低下和能源的浪费. Rao等^[22]报道了一种使甲基喹啉C(sp³)－H键活化的方法, 该方法在微波辐射条件下, 在水中反应, 合成得到了2-烷基-氮杂芳烃化合物, 收率良好.然而, 微波辅助合成的大规模应用是十分困难的.

本文, 在不加催化剂的条件下, 使用高温水作为反应溶剂, 在高温高压水热反应釜中利用2-甲基喹啉及2-甲基吡啶和各种芳香醛成功合成了烷基氮杂芳烃衍生物(Scheme 1), 并对反应温度、反应时间、反应物比例和水的用量对反应的影响进行了研究.

图式1  烷基氮杂芳烃衍生物的合成 图式1.  Synthesis of alkyl aza-arene derivatives