基于2,6-吡啶酰胺及三嗪结构单元的[1+1]及[2+2]型Schiff碱大环的合成及表征

田 帅, 王嘉俊, 黄 超, 朱必学

(贵州大学 贵州省大环化学及超分子化学重点实验室,贵州 贵阳 550025)

Schiff碱大环在分子识别[1]、生物模拟[2]和功能材料等领域一直受到研究者的关注。自从Robson等[3]首次合成了Schiff碱大环以来,研究人员通过配位作用,使Schiff碱大环在超分子化学、催化[4]、医药[5]等方面得到了较深入的应用。含2,6-二甲酰亚胺吡啶结构单元的Schiff碱大环中,亚胺基易与有机小分子或阴离子进行氢键作用,使得类似结构的Schiff碱大环在分子识别方面的研究一直受到研究者的青睐[6-9]。立足三聚氯氰有很强的反应活性,便于合成得到含三嗪结构单元的二醛衍生物,在新型Schiff碱大环的合成及性质研究方面具有潜在的研究价值。

上述两项目标制订活动都是班级集体活动，在开展这些活动的过程中，我有意关注小亮的表现，并及时给予指导。在目标制订活动后，我还及时将对小亮的帮助穿插在班集体活动中，在一定程度上对小亮进行个性化教育。

目前,以二胺N,N′-(2-氨基苯基)-2,6-二甲酰亚胺吡啶、N,N′-(3-氨基苯基)-2,6-二甲酰亚胺吡啶为前体和不同的二醛合成的Schiff碱大环报道较多[10-16],但含三嗪功能基的Schiff碱大环合成稀缺。鉴于此,本文用前体二醛2-二乙胺基-4,6-二(2-甲氧基-4-醛基苯氧基)-1,3,5-三嗪分别与前体二胺N,N′-(2-氨基苯基)-2,6-二甲酰亚胺吡啶及N,N′-(3-氨基苯基)-2,6-二甲酰亚胺吡啶进行缩合反应表征得到了两个含2,6-吡啶酰胺及三嗪结构单元的Schiff碱大环(M1和M2, Scheme 1),并获得了大环的晶体结构。

（4）对于虾蟹养殖户，政府暂无相应补贴与鼓励政策，养殖户通过购买商业保险降低自身风险。养殖户自产自销，基本无滞销现象。土地承包商雇佣当地的闲置劳动力，闲置劳动力年龄一般为60周岁以上。

Scheme 1

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Ry-2型熔点仪(温度计未校正);JEOL ECX 400 MHz型核磁共振仪;Bio-Rad 型傅立叶变换红外光谱仪;UV-2700型紫外分光光度计;Thermo Scientific Q Exactive组合型四极杆质谱仪;Bruker Apex III X-射线衍射仪。

所用试剂均为分析纯。

实现中华民族伟大复兴是中华民族最伟大的梦想。实现中国梦必须弘扬中国精神，就是以爱国主义为核心的民族精神和以改革创新为核心的时代精神。爱国主义历来是我国各族人民团结奋进的强大精神支柱，在维护祖国统一和民族团结、抵御外来侵略和推动社会进步中，发挥了重大作用。红色文化可以概括为革命斗争中的“人、物、事、魂”，红色文化资源中每一处文物、每一堂传统课都折射着革命先辈崇高理想、坚定信念、爱国情操的光芒。用鲜活的历史告诉青年学子，老一辈革命家的丰功伟绩都建立在他们对祖国深厚的热爱之上。

1.2 合成

B1经真空干燥,称量,得黄色固体1.97 g,产率77%, m.p.203～205 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 10.68(s, 2H, CONH), 8.29～8.31(m, 3H, Py-H), 6.60～7.15(m, 8H, Ar-H), 5.10(s, 4H, NH2)。

按照合成路线(Scheme 1)将113 mg(0.25 mmol)前体二醛A与87 mg(0.25 mmol)前体二胺B1溶解在25 mL甲醇中,滴加10 μL浓硫酸,立刻出现白色沉淀并继续在室温下反应8 h,抽滤,滤饼用甲醇洗涤3～5次,经柱层析纯化[V(二氯甲烷)/V(乙酸乙酯)=10/1],收集第二带,减压旋蒸除去溶剂,得白色固体36 mg, 产率18.8%, m.p.138～139 ℃;1H NMR(CDCl3, 400 MHz)δ: 11.90(s, 2H, CONH), 8.72(m, 2H, CH=N), 8.49(d,J=7.2 Hz, 2H, Py-H), 8.14(t,J=7.6 Hz, 1H, Py-H), 7.01～7.46(m, 10H, Ph-H), 6.72(t,J=7.2 Hz, 2H, Ph-H), 6.59(d,J=8.0 Hz, 2H, Ph-H), 3.80(m, 4H, CH2), 3.62(m, 6H, OCH3), 1.35(m, 6H, CH3); FAB-MSm/z: 1527{[M+Na]+}; IR(KBr)ν: 3449(s), 2926(m), 2850(w), 2732(w), 2369(w), 2056(w), 1698(s), 1625(s), 1513(w), 1383(m), 1263(w), 1197(w), 856(w), 803(w), 731(w), 541(w), 469(w)cm-1。

分别称取2-二乙胺基-4,6-二氯-1,3,5-三嗪 2.20 g(0.01 mol)、香草醛3.04 g(0.02 mol)及无水碳酸钾2.76 g(0.02 mol)加入250 mL三口烧瓶中,加入130 mL 1,4-二氧六环,回流反应24 h,冷却至室温,抽滤,将滤液减压蒸馏得粗产品,粗产品用无水乙醇重结晶得白色固体A3.61 g,产率80%, m.p.150～152 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 9.94(d,J=5.1 Hz, 2H, CHO), 7.54(d,J=7.0 Hz, 4H, Ph-H), 7.38(d,J=8.4 Hz, 2H, Ph-H), 3.80(d,J=5.1 Hz, 6H, OCH3), 3.25(dd,J=13.8 Hz, 6.8 Hz, 4H, CH2), 0.89(t,J=6.9 Hz, 6H, CH3)。

(2)N,N′-(2-氨基苯基)-2,6-二甲酰亚胺吡啶的合成(B1)[16]

在这种社会中，个体显然无法凭自己的才智和机会满足需求、实现价值。然而，追求满足的本能冲动之火永不熄灭，只好随波逐流，处心积虑构建自己的关系网、人际圈。整个社会因此陷入一种恶性循环，成为一种可怕的“大染缸”、“大酱缸”。［17］在当下中国，如果“熟人社会”任其过分发育和延伸，必然导致对法制社会的腐蚀、市场经济的摧残、和谐社会的瓦解。所以，我们应当而且必须要实现从“熟人社会”向“陌生人社会”的转型。

取少量固体M1溶于二氯甲烷和甲醇混合溶剂中[V(二氯甲烷)/V(甲醇)=3/1],室温下静置3 d后析出白色块状晶体。取少量固体M2溶于DMF和甲醇的混合溶剂中[V(DMF)/V(甲醇)=1/4],室温下静置5 d后析出淡黄色块状晶体。选择尺寸合适的化合物M1及M2的晶体,用Bruker Apex III单晶衍射仪,经石墨单色器单色化的MoKα射线(λ=0.071073 nm),以φ-ω扫描方式收集单晶衍射数据,强度数据进行了经验吸收校正、LP校正。晶体结构由直接法解得,并对全部非氢原子坐标及其各向异性热参数进行了全矩阵最小二乘法修正,氢原子由理论加氢法得到,所有计算使用SHELX-2014程序完成[18]。晶体数据及结构精修参数列于表1 中。M1和M2的CCDC分别为2123187和2123188。

(1)2-二乙胺基-4,6-二(2-甲氧基-4-醛基苯氧基)-1,3,5-三嗪(A)的合成[17]

(3)N,N′-(3-氨基苯基)-2,6-二甲酰亚胺吡啶的合成(B2)[16]

B2经真空干燥,称量,得白色固体1.51 g,产率61%, m.p.281～283 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 10.77(s, 2H, NH), 8.21～8.37(m, 3H, Py-H), 6.38～7.20(m, 8H, Ar-H), 5.20(s, 4H, NH2)。

源于安托瓦纳·贝尔曼的启示——翻译过程中文本变形的系统解析 ………………… 梅阳春 王 宏（5.68）

(4)大环化合物M1的合成

将3.68 g(0.02 mol)三聚氰氯和2.76 g(0.02 mol)无水碳酸钾加入40 mL的THF中,冰水浴条件下搅拌使其溶解;将含1.46 g(0.02 mol)二乙胺的THF溶液缓慢滴加至上述溶液中,滴毕(30 min),反应至终点。抽滤除去沉淀,将无色澄清滤液倒入水中,静置过夜,析出晶状固体,抽滤,滤饼自然晾干得白色固体2-二乙胺基-4,6-二氯-1,3,5-三嗪。

分析大环M1的1H NMR谱图(图略)可知,在δ11.90处出现了甲酰胺(CONH)的质子峰,在δ8.72处出现了Schiff碱CH=N质子峰,吡啶环上处于取代基邻位的质子在δ8.49处,呈现双重峰。处于取代基间位的质子在δ8.14处,呈现三重峰。在δ3.80处出现了与氮相连的乙基质子峰,在δ3.62处出现了苯环上的甲氧基质子峰,在δ1.35处出现了和乙基相连的甲基质子峰。分析大环M2的1H NMR谱图(图略)可知,在δ11.11处出现了甲酰胺(CONH)的质子峰,在δ8.51处出现了Schiff碱CH=N质子峰,吡啶环上处于取代基邻位的质子在δ8.42处,呈现双重峰。处于取代基间位的质子在δ8.37处,呈现三重峰。在δ3.74处出现了苯环上的甲氧基质子峰,在δ3.60处出现了和氮相连的乙基质子峰,在δ1.17处出现了和乙基相连的甲基质子峰。

按照合成路线(Scheme 1)称取226 mg(0.5 mmol)前体二醛A与174 mg(0.5 mmol)前体二胺B2溶解在200 mL甲醇中,滴加20 μL浓硫酸,立刻出现白色沉淀并继续在室温下反应8 h,抽滤,滤饼用甲醇洗涤3～5次,真空干燥,得白色固体300 mg,产率78.6%, m.p.261～262 ℃;1H NMR(DMSO-d6, 400 MHz)δ: 11.11(s, 2H, CONH), 8.51(s, 2H, CH=N), 8.42(d,J=7.6 Hz, 2H, Py-H), 8.37(d,J=8.9 Hz, 2H, Py-H), 8.33～8.28(m, 1H, Py-H), 7.55(d,J=1.5 Hz, 2H, Ph-H), 7.43(t,J=8.0 Hz, 2H, Ph-H), 7.39～7.34(m, 4H, Ph-H), 7.21(d,J=8.2 Hz, 2H, Ph-H), 6.96(d,J=7.7 Hz, 2H, Ph-H), 3.74(s, 6H, OCH3), 3.60(q,J=6.9 Hz, 4H, CH2), 1.17(t,J=7.0 Hz, 6H, CH3); FAB-MSm/z: 786.2747{[M+Na]+}; IR(KBr)ν: 2973(w), 1683(s), 1596(s), 1509(s), 1376(s), 1270(m), 1214(m), 1122(s), 868(w), 682(w), 617(w)cm-1。

1.3 大环晶体结构的测定

农业灌溉用水占世界总供水量的70%，每年约为28 500亿m3。此外，雨养农业每年用水量为64 000亿m3。农业用水被认为是造成世界水资源短缺的主要因素。在20世纪世界用水量增长的速度是人口增长速度的两倍。一方面，世界上粮食不安全人口不断增加，另一方面，随着工业化、城市化进程加快，不同行业之间对水资源的竞争日趋激烈，灌溉用水常常会受到严重挤压。

表1 化合物M1和M2的晶体学及结构修正数据

2 结果与讨论

2.1 大环化合物M1和M2的1H NMR表征

(5)大环化合物M2的合成

2.2 大环化合物M1和M2的MS表征

将Schiff碱大环M1固体粉末溶于色谱纯CH2Cl2中,进行高分辨质谱表征,结果如图1所示。从图1可以看出,m/z1527.57处特征峰对应Schiff碱大环M1分子离子峰{[M+H]+},说明前体二醛A和前体二胺B1通过缩合形成了[2+2]Schiff碱大环M1。

m/z

将Schiff碱大环M2固体粉末溶于色谱纯DMSO中,进行高分辨质谱表征,结果如图2所示。从图2可以看出,m/z786.27处特征峰对应Schiff碱大环M2分子离子峰{[M+Na]+},说明前体二醛A和前体二胺B2和通过缩合形成了[1+1]Schiff碱大环M2。

m/z

2.3 大环化合物M1和M2的紫外-可见吸收光谱

在DMF溶剂中分别测定了大环M1、M2的紫外-可见吸收谱图(室温下浓度为2×10-5mol/L)，结果如图3所示。M1在260～270 nm出现最强吸收峰及M2在 280 nm附近出现最强吸收峰,可能是由于芳香环π→π*跃迁造成的。M1在300～320 nm出现强吸收峰,M2在300～320 nm出现强吸收峰,可能是由于Schiff碱大环M1、M2上的亚胺基团n→π*跃迁造成的[19-21]。

λ/nm

2.4 大环化合物M1和M2的晶体结构

晶体结构解析结果表明,大环化合物M1属于单斜晶系,具有中心对称的P21/c空间群。两个二胺结构单元交替与两个二醛单元通过脱水缩合形成了一个[2+2]型56-元环状结构(图4a)。亚胺结构中,C13—N3及C35—N8的键长分别为0.1276(8)nm和 0.1299(7)nm,为典型的碳氮双键键长。前体二胺结构单元中,吡啶环与相邻两臂的苯环的二面角分别为157.39°和142.65°。前体二醛结构单元中,中心三嗪环与相邻两臂的苯环的二面角分别为110.77°和90.60°。位于亚胺结构两侧的两个苯环的二面角分别为128.73°和153.94°。从空间结构上看,整个Schiff 碱大环分子呈现为一个扭曲螺旋的“8”字构型,形成了一个不规则环腔(图4b)。该大环结构进一步沿ac面拓展形成具有孔道的超分子结构(图4c)。

图 4 (a)大环化合物M1的晶体结构(椭球几率为25%);(b)大环化合物M1的侧视图;(c)M1沿ac平面形成的2D堆积图

大环化合物M2为属于单斜晶系,具有中心对称的P21/n空间群。前体二胺结构单元与二醛单元缩合形成了一个[1+1]型30-元环状结构(图略)。吡啶环与其相邻的两个苯环之间的二面角分别为173.64°和162.14°,三嗪环与相邻两臂的苯环的二面角分别为123.28°和94.74°,吡啶环与三嗪环之间的二面角为154.58°。与大环M1分子不同的是,大环M2分子呈现为一个近似平面的构型(图略)。吡啶酰胺质子(N1H、N3H)与位于大环空腔中的一个DMF分子中氧原子(O7)之间形成了两对分子内N—H…O氢键。该大环结构进一步通过分子间弱相互作用沿ab面拓展形成具有孔道的超分子结构(图略)。

以三聚氯氰为原料,经取代合成了前体二醛2-二乙胺基-4,6-二(2-甲氧基-4-醛基苯氧基)-1,3,5-三嗪(A)。以2,6-吡啶二酰氯为原料,分别与邻硝基苯胺和间硝基苯胺经取代、还原合成了前体二胺N,N′-(2-氨基苯基)-2,6-二甲酰亚胺吡啶(B1)和N,N′-(3-氨基苯基)-2,6-二甲酰亚胺吡啶(B2)。前体二醛A与前体二胺B1经脱水缩合合成了Schiff碱大环M1,前体二醛(A)和前体二胺B2经脱水缩合合成Schiff碱大环M2。通过X-射线单晶衍射技术分别测得了Schiff碱大环M1和M2的晶体结构。结果表明,Schiff碱化合物M1为[2+2]型56-元大环结构,晶体结构呈现为扭曲的“8”字构型;Schiff碱化合物M2为[1+1]型30-元大环结构,晶体结构呈现为不规则的平面构型。两个Schiff碱大环化合物的性能研究正在进行中。