4-N-{2-[4-(2-巯基乙氧基)苯氧基]乙基}-1-N-对甲苯磺酰基哌嗪的合成*

陈冬梅, 孙小强, 孙益群, 席海涛

(常州大学 化学化工学院,江苏 常州 213164)

硫醇类分子通过巯基与金属之间产生化学吸附在金属界面上自发地形成一层稳定且有序的自组装单分子层[1～3]。由于其制备简单、成膜效果好、稳定性强及缺陷小等优点被广泛地用于电化学、分子器件等领域[4～8]。其中，硫醇在金基底上的自组装单分子层膜是目前最具代表性和研究最多的SAMs体系之一；又有研究发现由于含氮原子的化合物对金属离子、有机或无机阴离子具有较高的选择配位性因而被广泛应用于金属离子的分离与提取及离子选择性电极等方面[9～11]。

本文基于这两方面的研究成果，以哌嗪和对苄氧基苯酚为原料，设计合成了具有特殊功能的含巯基的哌嗪类衍生物——4-N-{2-[4-(2-巯基乙氧基)苯氧基]乙基}-1-N-对甲苯磺酰基哌嗪(8, Scheme 1),其结构经NMR, IR和MS表征。

Scheme 1

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

XT4-100X型显微熔点测定仪(温度计未校正)；Bruker ARX-500型核磁共振谱仪(CDC13为溶剂，TMS为内标)；Perkin-Elmer FT-IR 1730型红外光谱仪(KBr压片)；津岛GC-MS-QP 2010型气相色谱质谱仪；KQ-100B型超声波清洗仪。

柱层析用硅胶H，青岛海洋化工有限公司；其余所用试剂均为分析纯。

1．2 合成

(1) 1-对甲苯磺酰基哌嗪(4)的合成

在三口烧瓶中依次加入哌嗪1.5 g(17.4 mmol),二氯甲烷20 mL和三乙胺15 mL，搅拌使其完全溶解；于室温缓慢滴加对甲苯磺酰氯(TsCl) 1.92 g(10.1 mmol)的二氯甲烷(20 mL)溶液，滴毕,反应过夜。加水40 mL，静置分层，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸除二氯甲烷，残余物用甲醇重结晶得白色固体41.5 g，收率61.8%, m.p.150.5 ℃;1H NMRδ: 2.43(s, 3H, CH3), 2.91～2.93(t,J=4.0 Hz, 4H, d-H), 2.96～2.97(d,J=5.2 Hz, 4H, c-H), 7.32～7.33(d,J=8.1 Hz, 2H, a-H), 7.63～7.64(d,J=8.3 Hz, 2H, b-H); MSm/z: 240.95{[M+1]+}。

(2) 4-苄氧基-1-(2-羟乙氧基)苯(1)的合成

在三口烧瓶中加入对苄氧基苯酚30.0 g(150 mmol)和乙醇200 mL，搅拌使其完全溶解；加热至回流，滴加KOH 16.8 g(300 mmol)的乙醇(100 mL)溶液，滴毕，加入氯乙醇24.0 g(300 mmol)，回流反应至终点(TLC跟踪)。旋蒸脱除乙醇(200 mL)，加20%NaOH溶液(150 mL)析晶，抽滤，滤饼用乙醇重结晶得白色片状晶体127.4 g，收率74.9%， m.p.100.3 ℃～101.0 ℃;1H NMRδ: 3.92～3.95(m, 2H, j-H), 4.03～4.05(t, 2H, i-H), 5.02(s, 2H, PhCH2), 6.85～6.92(m, 4H, g,h-H), 7.26～7.43(m, 5H, PhH)。

(3) 4-(2-羟乙氧基)苯酚(2)的合成

在单口烧瓶中加入1 24.4 g(100 mmol)的甲醇(500 mL)溶液,Pd/C 4.0 g,常温常压下通入H2，搅拌下反应至不再吸H2。过滤，滤液旋蒸浓缩，残余物用混合溶剂[V(丙酮) ∶V(石油醚)=1 ∶3]重结晶得淡黄色固体2 12.4 g，收率80.5%, m.p.88.5 ℃～90.2 ℃;1H NMRδ: 2.01～2.03(t, 1H, j-OH), 3.93～3.96(m, 2H, j-H), 4.02～4.04(t, 2H, i-H), 4.49(s, 1H, OH), 6.76～6.83(m, 4H, g,h-H)。

(4) 2-[4-(2-溴乙氧基)苯氧基]乙醇(3)的合成

在三口烧瓶中依次加入2 15.4 g(100 mmol), 1,2-二溴乙烷56.4 g(300 mmol)和乙腈120 mL，搅拌使其完全溶解；加入K2CO3粉末27.6 g(200 mmol)，于80 ℃反应10 h。抽滤，滤液旋蒸脱除溶剂，残余物用无水乙醇重结晶得白色固体315.5 g，收率59.4%, m.p.79.4 ℃～80.2 ℃;1H NMRδ: 1.99～2.02(t, 1H, j-OH)， 3.61～3.63(t, 2H, e-H), 3.93～3.96(m, 2H, j-H), 4.03～4.05(t, 2H, i-H), 4.24～4.26(t, 2H, f-H), 6.86～6.87(d, 4H, g,h-H)。

(5) 4-N-{2-[4-(2-羟乙氧基)苯氧基]乙基}-1-N-对甲苯磺酰基哌嗪(5)的合成

在三口烧瓶中依次加入4 1.4 g(5.83 mmol), 3 1.0 g(3.83 mmol) 和乙腈60mL，搅拌使其完全溶解；加入粉末K2CO32.0 g(14.49 mmol)，回流反应至终点(TLC跟踪)。过滤，滤液旋转蒸发后得黄色固体，用无水乙醇重结晶得白色固体50.9 g，收率55.9%, m.p.128.6 ℃～129.6 ℃;1H NMRδ: 2.42(s, 3H, CH3), 2.65～2.67(t,J=4.6 Hz, 4H, d-H), 2.76～2.78(t,J=5.5 Hz, 2H, e-H), 3.04(s, 4H, c-H), 3.93(s, 2H, j-H), 3.97～3.99(t,J=5.5 Hz, 2H, f-H), 4.01～4.03(t,J=4.6 Hz, 2H, i-H), 6.80～6.84(m, 4H, g,h-H), 7.31～7.32(d,J=8.0 Hz, 2H, a-H), 7.62～7.64(d,J=8.1 Hz, 2H, b-H); MSm/z: 443.15{[M+23]+}。

(6) 4-N-{2-[4-(2-甲磺酰基乙氧基)苯氧基]乙基}-1-N-对甲苯磺酰基哌嗪(6)的合成

在三口烧瓶中依次加入5 0.9 g(2.14 mmol),三乙胺10 mL和THF 15 mL,冰盐浴冷却至-5 ℃以下，搅拌下缓慢滴加甲磺酰氯(MsCl) 0.7 g(6.11 mmol)的THF(10 mL)溶液，滴毕，反应至终点(TLC跟踪)。加冰水10 mL，用二氯甲烷(3×10 mL)萃取，合并有机相，用无水硫酸钠干燥,除去溶剂得淡黄色油状液体，经硅胶柱层析[洗脱剂：A=V(乙酸乙酯) ∶V(石油醚)=1 ∶1]分离得淡黄色油状液体60.9 g，收率84.3%;1H NMR(氘代甲醇)δ: 2.44(s, 3H, CH3), 2.64～2.66(t,J=4.5 Hz, 4H, d-H), 2.75～2.77(t,J=5.3 Hz, 2H, e-H), 3.01(s, 4H, c-H), 3.11(s, 3H, OSO2CH3), 3.99～4.01(m, 2H, j-H), 4.16～4.18(m, 2H, f-H), 4.50～4.52(m, 2H, i-H), 6.80～6.90(m, 4H, g,h-H), 7.42～7.43(d,J=8.1 Hz, 2H, a-H), 7.64～7.66(d,J=8.2 Hz, 2H, b-H); MSm/z: 499.15{[M+1]+}。

(7) 4-N-{2-[4-(2-乙酰巯基乙氧基)苯氧基]乙基}-1-N-对甲苯磺酰基哌嗪(7)的合成

在单口烧瓶中依次加入6 1.2 g(2.41 mmol), 硫代乙酸钾0.5 g(4.37 mmol)和DMF 30 mL,搅拌下于室温过夜(TLC跟踪)。加冰水50 mL，用无水乙醚(3×10 mL)萃取，合并乙醚层，旋除溶剂得淡黄色油状液体，经硅胶柱层析(洗脱剂：A=1 ∶2)分离得淡黄色固体7 0.7 g，收率60.8%, m.p.78.2 ℃～78.6 ℃;1H NMRδ: 2.36(s, 3H, SCOCH3), 2.42(s, 3H, CH3), 2.65～2.66(d,J=4.5 Hz, 4H, d-H), 2.75～2.77(t,J=5.4 Hz, 2H, e-H), 3.04(s, 4H, c-H), 3.22～3.25(t,J=6.5 Hz, 2H, j-H), 3.96～3.98(t,J=5.5 Hz, 2H, f-H), 4.01～4.04(t,J=6.5 Hz, 2H, i-H), 6.76～6.82(m, 4H, g,h-H), 7.30～7.32(d,J=8.0 Hz, 2H, a-H), 7.62～7.64(d,J=8.2 Hz, 2H, b-H);13C NMRδ: 195.35(1C), 153.14(1C),152.75(1C),143.65(1C), 132.44(1C), 129.62(2C), 127.93(2C), 115.73(4C), 67.26(1C), 66.53(1C), 56.94(1C), 52.66(2C), 46.03(2C), 30.55(1C), 28.58(1C), 21.48(1C); MSm/z: 479.15{[M+1]+}。

(8)8的合成

在单口烧瓶中依次加入70.1 g(0.21 mmol),甲醇4 mL和氯仿6 mL，搅拌使其完全溶解，加入KOH 0.2 g(3.57 mmol)，N2保护，于室温反应至终点(TLC跟踪)。加水2 mL，用氯仿(3×5 mL)萃取，合并氯仿层，旋除溶剂得淡黄色油状液体，经硅胶柱层析[V(丙酮) ∶V(石油醚)=1 ∶3]分离得淡黄色油状液体860 mg，收率63.6%;1H NMRδ: 2.41(s, 3H, CH3), 2.64(s, 4H, d-H), 2.74～2.76(t,J=5.2 Hz, 2H, e-H), 2.87～2.89(t,J=6.8 Hz, 2H, j-H), 3.03(s, 4H, c-H), 3.95～3.97(t,J= 5.2 Hz, 2H, f-H), 4.05～4.11(m, 2H, i-H), 6.76～6.84(m, 4H, g,h-H), 7.30～7.32(d,J=7.9 Hz, 2H, a-H), 7.61～7.63(d,J=8.0 Hz, 2H, b-H);13C NMRδ: 153.06(1C),152.77 (1C), 143.63(1C), 132.44(1C), 129.61(2C), 127.85(2C), 115.75(4C), 68.57(1C), 66.48(1C), 56.87(1C), 52.58(2C), 45.99(2C), 27.65(1C), 21.44(1C); IRν: 2 564.6 cm-1; MSm/z: 437.15{[M +1]+}。

2 结果与讨论

3的收率比较低，经过多次探索发现，增加1,2-二溴乙烷与2的投料比能提高收率。

合成8时，由于巯基在空气中容易被氧化，需在N2保护下反应。起初在酸性(HCl)条件下水解，发现醚键断了，产物为4-N-[2-(4-对羟基苯氧基)乙基]-1-N-对甲苯磺酰基哌嗪。改用碱性(KOH)条件水解成功地制得新化合物8。

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