末端含香兰醛亚胺Schiff碱的1,3,5-三嗪核-聚酰胺树枝状化合物的合成*

孟 启, 吴桂勇, 陈娟娟, 李丹凤, 孙小强

(江苏工业学院 江苏省精细石油化工重点实验室,江苏 常州 213016)

树枝状化合物[1～4]具有高度几何对称性、精确的分子结构、大量的官能团、分子内存在空腔等特点，其独特的结构开创了一个新的超分子领域[5]。聚酰胺类树枝状化合物[6～10]已经在药物载体、纳米复合材料、纳米反应器、液晶、单分子膜、基因载体等多方面已显示出了广阔的应用前景。酚醛席夫碱及其金属配合物具有良好的抗菌、抗癌活性[11～13]，香兰醛是天然醛的一种。

Scheme1

本文以2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪为聚酰胺树枝状化合物的核，首先与亚胺基二(乙酸乙酯)进行亲核取代反应制得1,3,5-三嗪核-六酯基树枝状化合物(1);1经乙二胺胺解制得1,3,5-三嗪核-六乙二胺基树枝状化合物(2);2与丙烯酸甲酯进行迈克加成反应制得1,3,5-三嗪核-六胺基-十二酯基树枝状化合物(3);3再经乙二胺胺解制得1,3,5-三嗪核-六胺基-十二胺基树枝状化合物(4);4(或2)与香兰醛在乙醇中反应合成了新型聚酰胺树枝状化合物——末端含香兰醛亚胺Schiff碱的1,3,5-三嗪核-聚酰胺树枝状化合物(5)(或6)(Scheme 1),其结构经NMR和IR表征。

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

WRS-2型显微熔点仪(温度未经校正)；UV-1700型紫外可见分光光度计(EtOH)；Bruker 500 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；FT-IR 8400S型红外光谱仪(KBr压片)；三极杆TSQ 7000型质谱议。

所用试剂均为分析纯。

1．2 合成

(1) 1的合成

在圆底烧瓶中加入2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪1.9 g(103.0 mmol)和碳酸钾4.4 g(0.31 mmol) 的乙腈(20 mL)溶液,搅拌下于0 ℃滴加亚胺基二(乙酸乙酯)6.0 g(320 mmol)的乙腈( 10 mL )溶液，滴毕，反应30 min;于室温反应4 h;回流反应6 h(TLC跟踪)。减压过滤，滤液减压脱溶，冷却至室温，加入蒸馏水析晶，过滤，滤饼用水洗涤，干燥得白色固体1 6.1 g，产率89%, m.p.80.0 ℃;1H NMRδ: 4.28(s, 12H, a-H), 4.19～4.15(q,J=7.0 Hz, 12H, CH2), 1.28～1.25(t,J=7.0 Hz, 18H, CH3);13C NMRδ: 170.19(C of triazine), 165.38(CO2Me), 60.99(Ca), 49.55(CH2), 14.27(CH3); IRν: 3 472, 3 104, 2 985, 2 942, 1 746, 1 552, 1 492, 1 194, 1 024 cm-1; ESI-MSm/z: 602.2{[M+H]+}。

(2)2的合成

在圆底烧瓶中加入无水乙二胺16.8 g(280 mmol)和甲醇40 mL,搅拌下于15 ℃缓慢滴加1 2.0 g(3.1 mmol)的甲醇(30 mL)溶液(约2 h),于室温反应12 h;于60 ℃反应24 h。减压蒸除甲醇和过量的乙二胺，残余物用甲醇溶解，于80 ℃快速减压除去少量残留乙二胺.重复溶解-除溶剂数次得黄绿色固体22.2 g，产率99%;1H NMR(D2O)δ: 4.10(s, 12H, a-H), 3.17(q,J=5.5 Hz, 12H, b-H), 2.62(t,J=5.5 Hz, 12H, c-H);13C NMR(D2O)δ: 175.38(C of triazine), 167.77(CONH), 55.04(Ca), 44.42(Cb), 42.50(Cc); IRν: 3 361, 3 086, 2 938, 1 657, 1 545, 1 488 cm-1; ESI-MSm/z: 727.4{[M+H]+}。

(3)3的合成

在圆底烧瓶中加入丙烯酸甲酯9.0 g(210 mmol)的甲醇(20 mL)溶液,搅拌下于室温滴加2 1.6 g(2.2 mmol)的甲醇(20 mL)溶液，滴毕，反应2 h;于50 ℃反应12 h。减压除去甲醇与过量的丙烯酸甲酯，残余物经柱层析[梯度洗脱:V(甲醇) ∶V(氯仿)=1 ∶20～1 ∶12]分离得淡黄色液体33.3 g,产率86%;1H NMRδ: 8.58 (s, 6H, NH), 3.98(s, 12H, a-H), 3.66(s, 36H, OCH3), 3.31～3.28(q,J=1.5 Hz, 12H, b-H), 2.79 (t,J=7.0 Hz, 24H, d-H), 2.63(t,J=6.5 Hz, 24H, c-H), 2.45(t,J=7.0 Hz, 24H, e-H);13C NMRδ: 173.02(C of triazine), 171.41(CO2Me), 164.53(CONH), 54.59(Ca), 52.49(Cc), 51.52(OCH3), 49.45(Cd), 37.66(Cb), 32.72(Ce); IRν: 3 248, 3 075, 2 952, 2 840, 1 736, 1 664, 1 545, 1 486, 1 198, 1 010 cm-1; ESI-MSm/z: 1 759.7{[M+H]+}。

(4)4的合成

在圆底烧瓶中加入乙二胺6.1 g(102 mmol)和甲醇20 mL,搅拌下于0 ℃缓慢滴加3 1.0 g(0.57 mmol)的甲醇(20 mL)溶液(约4 h)，于室温反应12 h，于60 ℃反应24 h。后处理同1.2(2)得黄绿色黏稠液体41.2 g，产率98%;1H NMR(CD3OD)δ: 4.15(s, 12H, a-H), 3.30(d,J=3.0 Hz, 12H, b-H), 3.24(t,J=6.0 Hz, 24H, f-H), 2.79(s, 24H, g-H), 2.72～2.70(t,J=7.5 Hz, 24H, d-H), 2.64～2.63(d,J=7.2 Hz, 12H, c-H), 2.37～2.35(t,J=5.0 Hz, 24H, e-H);13C NMR(CD3OD)δ: 175.09(C of triazine), 172.80(CONH), 166.40(CONH), 53.30(Ca), 51.22(Cc), 44.69(Cd), 43.05(Cf), 42.08(Cg), 38.62(Cb), 34.85(Ce); IRν: 3 280, 3 081, 2 935, 2 871, 1 645, 1 548, 1 486 cm-1; ESI-MSm/z: 2097.4{[M+H]+}。

(5)5的合成

氮气保护，在圆底烧瓶中加入香兰醛0.35 g(0.23 mmol)的无水乙醇(40 mL)溶液，搅拌下回流，缓慢滴加4 0.2 g(95.3 μmol)的无水乙醇(20 mL)溶液,滴毕，反应12 h。减压除去大部分乙醇，冷却析晶，加入乙酸乙酯10 mL，超声15 min，过滤，滤饼用乙酸乙酯(3×10 mL)洗涤，干燥得橙黄色粉末50.28 g,产率75%, m.p.83.3 ℃～85.5 ℃; Uv-Visλ: 402, 303, 270, 234 nm;1H NMR(CD3OD)δ: 8.09(s, 12H, h-H), 7.36(s, 12H, ArH), 7.10(d,J=7.3 Hz, 12H, ArH), 6.77(d,J=7.3 Hz, 12H, ArH), 4.01(s, 12H, a-H), 3.81(s, 36H, OCH3), 3.62(t,J=6.5 Hz, 24H, g-H), 3.45(t,J=4.5 Hz, 24H, f-H), 3.16(t,J=6.0 Hz, 12H, b-H), 2.64～2.48(m b, 36H, c,d-H), 2.24(t,J=4.1 Hz, 24H, e-H);13C NMR(DMSO-d6)δ: 171.4(C of triazine), 170.2(CONH), 161.4(Ch), 149.2(C of Ar), 147.8(C of Ar), 127.8(C of Ar), 122.0(C of Ar), 115.1(C of Ar), 110.0(C of Ar), 59.7(Ca), 59.5(OCH3), 55.5(Cg), 51.9(Cc), 49.62(Cd), 36.97(Cb), 33.2(Ce), 51.9(Cf); IRν: 3 419, 3 076, 2 937, 1 645, 1 592, 1 546, 1 518, 1 430, 1 285 cm-1; ESI-MSm/z: 3677.9{[M+H]+}。

(6)6的合成

氮气保护。在圆底烧瓶中加入香兰醛0.36 g(0.235 mmol)的无水乙醇(50 mL)溶液，搅拌下回流，缓慢滴加20.2 g(0.26 mmol)的无水乙醇(20 mL)溶液,滴毕，反应12 h。后处理同1.2(5)得土黄色粉末60.4 g,产率88.9%, m.p.191.1 ℃～193.2 ℃; Uv-Visλ: 403.5, 304.4, 273.2, 223.0 nm;1H NMR(DMSO-d6)δ: 8.72(s, 6H, CONH), 8.05(s, 6H, h-H) 7.30(s, 6H, ArH), 7.02(d,J=7.3 Hz, 6H, ArH), 6.78(d,J=7.3 Hz, 6H, ArH), 3.98(s, 12H, a-H), 3.83(s, 18H, OCH3), 3.75(t,J=6.5 Hz, 12H, c-H), 3.30(t,J=4.5 Hz, 12H, b-H);13C NMR(DMSO-d6)δ: 170(C of triazine), 164.2(CONH), 161.7(Ch), 149.1(C of Ar), 147.7(C of Ar), 127.8(C of Ar), 122.7(C of Ar), 115.0(C of Ar), 110.0(C of Ar), 59.7(Ca), 59.5(OCH3), 55.4(Cc), 52.4(Cb); IRν: 3 421, 3 251, 3 073, 2 936, 1 646, 1 592, 1 546, 1 517, 1 485, 1 284 cm-1; ESI-MSm/z: 1531.4{[M+H]+}。

2 结果与讨论

2.1 树枝状化合物核的合成

以2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪为枝状化合物的中心核，其氯原子在不同温度具有不同的反应活性。通常在0 ℃发生第一取代，20 ℃～40 ℃时发生第二取代，60 ℃以上发生第三取代[14]。通过TLC跟踪反应，初步考查了不同阶段反应温度对取代的影响。采用一锅法制备三取代产物2时发现,第三个氯原子并不能完全被亚胺基二乙酸二乙酯完全取代，得到的是二取代和三取代的混合产物，它们的物化性质相差很小，通过一般的纯化方法难以分离。本文通过缓慢升温逐步取代的方式合成2， TLC跟踪结果显示二取代产物点消失，只有三取代产物点。后处理只需通过简单的过滤和洗涤便能得到2，这为制备2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪三取代化合物提供了一种简便方法。

2.2 末端含伯胺基树枝状化合物的制备

为了保证含伯胺基的树枝状化合物具有单一性，乙二胺必须大大过量，保证乙二胺仅有一个胺基参与反应，减少桥连或环合等副产物。为了除尽过量的乙二胺，反应结束后先减压除去过量的乙二胺后，得到的粗产品再加入甲醇将粗产品溶解，然后再减压将甲醇和少量的乙二胺除去，重复几次后可将乙二胺除尽。胺基末端的2和4具有相似的IR谱图，在1 657 cm-1左右呈现很强的酰胺C=O伸缩振动吸收峰，对比酯基末端的1和3在1 735 cm-1左右呈现强的酯C=O伸缩振动吸收峰，表明酯基转化为酰胺。此外2和4在3 300 cm-1～3 500 cm-1出现NH或NH2的振动吸收峰，表明分子中含有游离的氨基;而且其1H NMR谱图中的甲氧基质子峰(4.19～4.15和3.66)消失，这表明1和3胺解完全。

2.3 末端含香兰醛亚胺席夫碱树枝状化合物的合成及其波谱分析

合成5或6时，为了确保4或2末端的胺基与香兰醛反应完全，香兰醛必须过量，在回流状态下缓慢地向香兰醛的无水乙醇溶液中滴加4或2的无水乙醇溶液，反应结束后，减压除去大部分乙醇，冷却后加入乙酸乙酯，过滤除去未反应的香兰醛，黄色粉末反复用乙酸乙酯洗涤，干燥后得到5或6。

5和6的UV谱图出现4个吸收峰，在272 nm～304 nm出现了甲亚胺的n→π*跃迁形成的吸收带和在402 nm处出现了C=N双键的π-π*跃迁产生的吸收峰。另一方面，1H NMR分析表明,5和6分别在3.75和3.62处出现了CH2CHN的质子峰，在2.62和2.80处未见CH2NH2的质子峰；13C NMR分析表明，5和6在55.40处出现了明显的CH2C=N的碳峰，而在42.49和42.08处未见CH2C=N的碳峰，这表明2和4的伯胺基完全与香兰醛进行了反应，5和6末端分别含有6个和12个香兰醛亚胺席夫碱。

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