1-[6-(3,5-二甲基-1H-吡唑-1-基)-1,2,4,5-四嗪-3-基]酰肼及其衍生物的合成与表征

闫启东， 徐 俊， 徐 峰， 陈建军

(台州职业技术学院 生物与化工学院，浙江 台州 318000)

1,2,4,5-四嗪及其衍生物具有良好的生物活性，可作杀虫剂、除草剂，还有抗菌、抗肿瘤的作用。由于四嗪分子结构中含有大量的N-N和C-N键而具有很高的正生成焓，同时分子结构中的高氮低碳、氢含量，不仅使其具有较高的氮含量，而且更容易达到氧平衡，可在高能炸药和灭火剂等含能领域[1～5]广泛应用。近年来，国外又开展了四嗪类化合物的合成以及在生物活性方面的应用研究。

CompbcdefghijRMeEtPh -NO2 -Cl --OBz-OButPrn

Scheme1

近年来发现一些3-肼基-6-取代-1,2,4,5-四嗪可作为一类高氮杂环含能材料，具有高能量、低特征信号、燃烧无残渣、无污染等优点[6]，因而其合成研究日益受到重视。本文以水合肼和硝酸胍为原料合成了三氨基胍硝酸盐(1)； 1与乙酰丙酮经环合反应合成了3,6-双(3,5-二甲基吡唑)-1,2-二氢-1,2,4,5-四嗪(2)； 2经亚硝酸钠和醋酸氧化脱氢制得3,6-双(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪(3)[7～10]； 3与水合肼反应合成1-[6-(3,5-二甲基-1H-吡唑-1-基)-1,2,4,5-四嗪-3-基]酰肼(4)；4与对甲苯磺酰氯(5a)或酰氯(5b～5j)反应合成了一系列新型的1-[6-(3,5-二甲基-1H-吡唑-1-基)-1,2,4,5-四嗪-3-基]酰肼衍生物(6a～6j， Scheme 1),其结构经1H NMR， IR， MS和元素分析表征，并对N′-[6-(3,5-二甲基-1H-吡唑-1-基)-1,2,4,5-四嗪-3-基]丙酰肼(6c)作了X-射线单晶衍射分析。

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

X-4型熔点仪(温度未经校正)；Bruker AVANCE Ⅲ(500 MHz)型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；岛津FI-IR-8400S型红外光谱仪(KBr压片)；Agilent-1100-LCQ-Advantage型质谱仪；Perkin-Elmer EA 2400Ⅱ型元素分析仪；Rjgaku CCD Saturn 724+型X-射线单晶衍射仪。

薄层层析用硅胶GF254，烟台市芝罘黄务硅胶开发试验厂；其余所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1) 1的合成

在三颈瓶中加入蒸馏水100 mL和80%水合肼75 mL(1.32 mol)，搅拌下加入硝酸铵23 g(290 mmol)，完合溶解后加入硝酸胍34 g(280 mmol)，剧烈搅拌下回流(80 ℃)反应至110 ℃；反应约3 h(至不再产生气泡)。用冰水迅速冷却，有大量白色针状晶体产生，过滤，滤饼用冰水洗涤，干燥得白色固体1 32.2 g，产率69%， m.p.215 ℃～218 ℃(216 ℃～218 ℃[8])。

(2) 2的合成

在三颈瓶中加入1 32.0 g(200 mmol)和蒸馏水200 mL，搅拌下微热使其溶解；滴加乙酰丙酮43 mL(420 mmol)(30 min内)，于70 ℃反应4 h。冷却，析出沉淀,过滤，滤饼用水洗涤，干燥得土黄色固体2 21.0 g，产率81%， m.p.144 ℃～147 ℃(146 ℃～148 ℃[8])。

(3) 3的合成

在三颈瓶中加入NMP(1.035 mol)100 mL和2 21.0 g(772 mmol),搅拌使其溶解；加入20%醋酸90 mL(310 mmol)，缓慢滴加20%NaNO2溶液45 mL(0.15 mol)(温度低于25 ℃)，滴毕，剧烈搅拌下反应3 h～4 h。过滤，滤饼用水洗涤，干燥得红色粉末3 19.1 g，产率91.8%， m.p.222 ℃～225 ℃(96%， 225 ℃～227 ℃[11])。

(4) 4的合成

在三颈烧瓶中加入乙腈200 mL(3.849 mol)和3 19.1 g(70．7 mmol)，搅拌下于室温滴加水合肼4.3 mL(70.7 mmol)，滴毕，反应1 h。过滤，滤饼风干;滤液低于50 ℃减压蒸馏至干，残余物用甲苯淋洗，过滤，滤饼风干。合并固体得红褐色固体4 14.4 g，产率99%， m.p.132 ℃～134 ℃(135 ℃～136 ℃[12])。

(5) 6的合成通法

在三颈瓶中加入4 0.52 g(2.5 mmol)，氯仿15 mL和K2CO30.18 g(1.3 mmol)，冰水浴冷却，搅拌下滴加5a～5j2.5 mmol的CHCl3(10 mL)溶液，滴毕，反应1 h～2 h[TLC检测，展开剂：V(乙酸乙酯) ∶V(甲醇)=9 ∶1]。反应液用水或溶剂(2×10 mL)洗涤，减压抽取溶剂得粗品，经硅胶薄板层析[展开剂：V(二氯甲烷) ∶V(石油醚)=1 ∶1]提纯得红色固体6a～6h,6j和黏稠液体6i。

1．3 6c的晶体结构测定

将6c溶于乙酸乙酯中，在室温下慢慢挥发得方块状红色晶体。选取0.43 mm×0.44mm×0.40 mm单晶用于结构分析。于室温下，在射线衍射仪上,用石墨单色器单色化Mo Kα射线(λ=0.071 073 nm)，以ψ-ω扫描方式,在3.2°≤θ≤27.5°内共收集11 006个衍射点，其中2 449个(Rint=0.026)为独立衍射强度数据。非氢原子坐标用直接法解出，用最小二乘法对非氢原子进行各向异性温度因子修正。

2 结果与讨论

2．1 合成

合成3时，用NaNO2溶液和AcOH代替文献[8]方法中通入NO2气体的方法，使反应操作更加简单方便，而且反应时间不变、产率相近。利用3和水合肼反应，制备了4，反应时间短，产率高(>98%)。在6的合成中，对反应条件进行了优化，分别选用吡啶、三乙胺和K2CO3作为缚酸剂。结果发现K2CO3效果最好。在此基础上，又选用不同溶剂反应(二氯甲烷、甲苯、四氢呋喃、乙腈以及CHCl3)，发现非极性溶剂反应缓慢，而CHCl3产率最高。据此，反应中采用K2CO3作为缚酸剂，CHCl3为溶剂。

6a～6j的实验结果和元素分析数据见表1，光谱数据见表2。

2．2 6c的晶体结构

图1和图2分别为6c分子结构和分子堆积图，部分键长和键角见表3，表4则为其分子间的氢键数据。分子结构解析表明，6c(C10H14N8O, Mr=262.29)属单斜晶系，P21/c空间群，晶胞参数a=1.089 6(3) nm,b=0.803 54(18) nm,c=1.480 5(3) nm，α=γ=90°，β=101.243(6)°，V=1.271 3(5) nm3，Dm=Dc=1.276 Mg·m-3,Z=4，F(000)=552，μ=0.10 mm-1，R1=0.036,wR2=0.097。

表1 6的实验结果和元素分析数据Table 1 Experimental results and elemental analysis data of 6

表2 6的1H NMR和IR数据Table 2 1H NMR and IR data of 6

图1 6c的分子结构图Figure 1 Molecule structure of 6c

从图1可见,在四嗪环中四个氮原子[N(1), N(2), N(4)， N(5)]处于同一平面上,C(6)和C(3)分别偏离此平面0.007 0(2) nm和0.004 7(2) nm,与吡唑环，N(14)/N(15)/C(16)/O(17)和C(16)/C(18)/C(19)形成的二面角分别为48.8°， 79.1(2)°和53.5(2)°。

从图2可以发现6c存在分子间的氢键[N(14)-H(14N)┈O(1)和N(15)-H(15N)┈N(8)]有助于提高其晶体结构的稳定性。

表3 6c的部分键长和键角Table 3 Selected bond lengths and angles of 6c

图2 6c的分子堆集图Figure 2 Packing diagram of 6c

表4 6c的分子间氢键Table 4 Hydrogen bond of intermolecular of 6c

i-x+3/2, y-1/2, -z+3/2;ii-x+1, -y+1,-z+1

3 结论

用简单的方法合成了一系列新型的1-[6-(3,5-二甲基-1H-吡唑-1-基)-1,2,4,5-四嗪-3-基]酰肼衍生物，其结构经1H NMR， IR， MS和元素分析表征。新化合物的合成为该类化合物的合成提供了一个好的方法。

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