新型杯[4]芳烃酰肼基羰基羧酸衍生物的合成

刘志强， 洪碧琼， 杨发福,1b， 许冰婷， 谢剑伟

(1． 福建师范大学 a. 化学与材料学院; b. 福建省高分子材料重点实验室,福建 福州 350007；2． 中国人民武装警察部队 福州指挥学院教研部，福建 福州 350002)

杯芳烃是第三代人工合成的有机主体分子[1]。在杯芳烃上引入特殊的官能团后，由于官能团的特定电子效应与杯芳烃空腔的协同控制作用，往往能对客体分子或离子有良好的识别性能。其中，由于含氮官能团与羧基官能团对过渡金属离子有很好的配合能力，将氮杂官能团或羧基官能团引入到杯芳烃中的研究很多。一系列含酰胺基、胺基、席夫碱基等的杯芳烃衍生物的合成及性能研究已被广泛报道[1～4]。我们[5～7]也报道了含酰胺基、席夫碱基的一系列开链和桥联的杯[4]芳烃氮杂冠醚及相关衍生物的合成与性能。

但到目前为止，同时将酰肼基和羧基这两种官能团引入杯芳烃的研究并不多见。为此，本文在系列工作的基础上，设计并合成了两种同时含有酰肼基和羧基的杯[4]芳烃酰肼基羰基羧酸衍生物(3和4)：杯[4]芳烃经醚化引入酯基后再经水合肼肼解，进一步与丁二酸酐或顺丁烯二酸酐氨解开环合成了3和4(Scheme 1)，其结构经1H NMR， IR和ESI-MS表征。客体识别性能正在研究中。

Scheme 1

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

Reichert 7905型熔点仪(温度未校正)；Bruker-ARX500(500 MHz)型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；AVATAR 360 型红外光谱仪(KBr压片)；ESI-MS型质谱仪(甲醇作溶剂)。

杯[4]-1，3-二乙酸乙酯(1)参考文献[8]方法合成；水合肼重蒸后使用；其余所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1) 杯[4]二酰肼衍生物(2)的合成[6]

氮气保护，在两口瓶中加入甲苯15 mL和乙醇15 mL及1 820 mg(1 mmol)和80%水合肼1 mL，搅拌下回流反应10 h(TLC跟踪)。减压蒸出大部分溶剂，冷却后加蒸馏水,有白色沉淀析出，过滤，滤饼用30%甲醇重结晶两次得白色粉末2，产率64%， m.p．172 ℃～174 ℃(173 ℃～175 ℃[6])。

(2) 3和4的合成

在反应瓶中加入2300 mg(0.38 mmol)和丁二酸酐或顺丁烯二酸酐(1.0 mmol)的氯仿(20 mL)溶液,冰水浴冷却下搅拌反应25 h(TLC检测);搅拌至室温，加入10 mL热水搅拌，趁热分液，有机层于室温减压蒸去溶剂，残余物用50%甲醇(15 mL)重结晶两次得白色粉末3或4。

3： 产率85%， m.p.215 ℃～217 ℃;1H NMRδ: 1.07(s, 18H, CH3), 1.24(s, 18H, CH3), 2.61(s, 4H, COCH2), 2.72(s, 4H, COCH2), 3.42(d,J=15.0 Hz, 4H， ArCH2Ar), 4.19(d,J=15.0 Hz, 4H， ArCH2Ar), 4.71(s, 4H, OCH2), 6.95(s, 4H, ArH), 7.05(s, 4H, ArH), 8.05(s, 2H, OH), 9.65(bs, 4H, NH), 11.4(s, 2H, CO2H); IRν: 3 423(OH， NH), 1 714(C=O), 1 638(C=O) cm-1; ESI-MSm/z: 992.1(M+, 100%)。

4： 产率83%， m.p.226 ℃～229 ℃;1H NMRδ: 0.96(s, 18H, CH3), 1.25(s, 18H, CH3), 3.49(d,J=16.0 Hz, 4H， ArCH2Ar), 4.13(d,J=15.0 Hz, 4H， ArCH2Ar), 4.78(s, 4H, OCH2), 6.33(s, 2H, OH), 6.44(s, 2H, COCH), 6.70(s, 2H, COCH), 6.86(s, 4H, ArH), 6.93(s, 4H, ArH), 7.85(s, 4H, NH), 12.12(bs, 2H, CO2H); IRν: 3 433(OH， NH), 1 713(C=O), 1 631(C=O) cm-1; ESI-MSm/z: 988.6(M+, 100%)。

2 结果与讨论

含羧基的杯芳烃衍生物通常通过引入酯基然后水解得到。但如果体系中同时含有酯基、酰胺等易水解官能团，很难选择性控制酯基水解。为此，本文设计了另一条通过开环引入羧基的合成路线。先合成杯[4]二酯衍生物(1)，接着通过酯基肼解先引入酰肼基，然后酰肼基与酸酐进行开环反应，方便得到同时含酰肼基和羧基的杯芳烃衍生物3和4。为了避免酚羟基参与开环反应，应控制反应在冰浴下进行，同时加入过量的酸酐使酰肼基完全参与反应。后处理过程中尽量避免加热，以免过量的酸酐发生其它开环副反应。

在3和4的IR谱图中，1 500 cm-1～1 700 cm-1处出现两个酰胺羰基吸收峰，1 713 cm-1出现羧基的羰基吸收峰。在1H NMR谱图中，杯芳烃衍生物的叔丁基分裂成1 ∶1的两个单峰，Ar-CH2-Ar分裂为1 ∶1的一对双峰， ArH分裂为1 ∶1的两个单峰，这说明它们的结构为1,3-取代模式，且采取稳定的杯式构象。在ESI-MS谱中呈现丰度100%的分子离子基峰。以上分析表明3和4的结构与Scheme 1预期吻合。

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