（化学工程专业论文）含咔唑基的酰腙类希夫碱的合成与光谱性能研究.pdf

硕上学位论文 摘要 酰腙是一类含有酰胺键( c o n h ) 的特殊希夫碱。由于其具有较强的配位能力、 多样的配位形式、广泛的医药生物活性和非线性光学性质等特点，引起了国内外 科技工作者的研究兴趣，其成果在分析、催化和光电材料等方面得到了广泛应用。 本文设计并合成了2 2 个新的含咔唑基的酰腙类希夫碱，其研究工作分为以下三个 部分： ( 1 ) 合成了4 ( 咔唑甲基) 苯甲酰肼和咔唑乙酰肼两种酰肼，再将其分别与 不同的取代苯甲醛缩合，制备出了18 个含咔唑基的酰腙类希夫碱，其中有1 4 个 未见文献报道。通过核磁氢谱、质谱、红外光谱和元素分析等方法对希夫碱及其 中间体的结构进行了表征。探索了合成4 ( 咔唑甲基) 苯甲酸和含咔唑基的酰腙类 希夫碱的最佳反应条件。实验表明：采用无水乙醇一冰醋酸溶剂体系合成希夫碱， 反应条件温和，产物易于提纯；当乙醇与冰醋酸的体积比为10 ：0 5 时，大部分希 夫碱的收率可达到最佳( 8 5 以上) 。 ( 2 ) 在第一部分工作的基础上，对所合成的l8 个酰腙类希夫碱进行了紫外光 谱、荧光光谱和荧光量子产率的研究。结果表明：供电子基团使希夫碱的最大紫 外吸收峰波长发生不同程度的红移，吸电子基团对其影响不大。吸电子基团与供 电子基团的引入均使希夫碱最大荧光发射波长发生不同程度的红移。引入供电子 基团( c h 3 ，o c h 3 ) ，使希夫碱荧光强度增大、荧光量子效率显著提高；4 位和2 位供电子基团( o h ) 的引入，使希夫碱最大荧光发射波长发生显著红移；2 位羟基 的引入使希夫碱8 f 和9 f 荧光强度增强，荧光量子效率显著提高；4 位羟基对希夫 碱9 h 的荧光光谱影响不大，却使希夫碱8 h 的荧光强度下降，荧光量子效率降为 无取代基希夫碱的1 3 左右。吸电子基团的引入易引起荧光淬灭，使希夫碱荧光量 子效率降低。在d m s o 和无水乙醇中，在极稀的浓度范围内希夫碱8 f 的荧光强度 与浓度呈线性关系，但当希夫碱8 f 的浓度较高时，其荧光强度随着浓度的增大而 下降。在无水乙醇中，c u 2 + 对希夫碱8 f 有较强的荧光增敏性。 ( 3 ) 合成了4 个5 ( 4 取代苯偶氮) 水杨醛偶氮化合物，再将其分别与第一部分 合成的两种酰肼反应，制备出了8 个新的偶氮型酰腙类希夫碱。各化合物结构通 过核磁氢谱、质谱、红外光谱和元素分析等方法进行了表征。对偶氮化合物的合 成条件进行了讨论，实验结果表明温度和酸度对该反应的影响很大。 关键词：希夫碱；酰腙；合成；荧光；咔唑；偶氮 l i 含咔唑基的酰腙类希夫碱的合成与光谱性能研究 a b s t r a c t a c y l h y d r a z o n e si sac l a s so fs p e c i a ls c h i f fb a s ew h i c hc o n t a i na c y l a m i d eb o n d ( - c o n h - ) t h ea c y l h y d r a z o n es c h i f fb a s ea r o u s e dt h ei n t e r e s to fs c h o l a r sb o t hh o m e a n da b r o a d ，b e c a u s eo fi t ss t r o n gc o o r d i n a t i o na b i l i t y , v a r i o u sf o r m so f c o o r d i n a t i o n ， g o o dm e d i c a lb i o l o g i c a la c t i v i t i e sa n dn o n - l i n e a ro p t i c a lp r o p e r t i e s s o m eo ft h e m h a v eb e e n w i d e l ya p p l i e di na n a l y s i s ，c a t a l y s i sa n d p h o t o e l e c t r i c m a t e r i a l s t w e n t y 。t w on e wc a r b a z o l - c o n t a i n i n ga c y l h y d r a z o n es c h i f fb a s e sw e r es y n t h e s i z e di n t h i sp a p e r t h ew o r kc a nb ed i v i d e di n t ot h ef o l l o w i n gt h r e ep a r t s ： ( 1 ) e i g h t e e nc a r b a z o l c o n t a i n i n ga c y l h y d r a z o n es c h i f fb a s e sw e r es y n t h e s i z e db y t h ec o n d e n s a t i o nr e a c t i o no f4 - ( n - c a r b a z o l em e t h y l ) b e n z o y lh y d r a z i n eo rn - c a r b a z o l e a c e t y lh y d r a z i d ew i t hs u b s t i t u t e db e n z a l d e h y d e s ，r e s p e c t i v e l y f o u r t e e no ft h e mw e r e f i r s ts y n t h e s i z e d a l lc o m p o u n d sa r ec h a r a c t e r i z e db y 1h n m r ，m s ，i r ，a n de l e m e n t a l a n a l y s e s a n de x p l o r e dw e r et h eo p t i m a ls y n t h e s i sc o n d i t i o n sf o r4 ( n - c a r b a z o l e m e t h y l ) b e n z o i ca c i da n dc a r b a z o l c o n t a i n i n ga c y l h y d r a z o n es c h i f fb a s e s t h er e s u l t s o ft h ee x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h es y n t h e s i sc o n d i t i o n so fs c h i f fb a s e sa r em i l dw i t ht h e e t h a n o l 。g l a c i a la c e t i ca c i ds o l v e n ts y s t e m ，a n dt h ep r o d u c t sa r ee a s i l yp u r i f i e d w h e n t h ev o l u m er a t i oo fe t h a n o la n dg l a c i a la c e t i ca c i di s10 ：0 5 ，t h eb e s ty i e l d so fm o s t s c h i f fb a s ee x c e e d e d8 5 ( 2 ) uv ，f l u o r e s c e n c es p e c t r u ma n df l u o r e s c e n c eq u a n t u my i e l d so ft h ee i g h t e e n c a r b a z o l - c o n t a i n i n ga c y l h y d r a z o n es c h i f fb a s e sw e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o w ： t h ed o n a t i n ge l e c t r o ng r o u p sc a u s et h em a x i m u ma b s o r p t i o nw a v e l e n g t ho fs c h i f f b a s et oo c c u rv a r i o u sg r a d er e d s h i f t ，w h i l ea c c e p t i n ge l e c t r o ng r o u p sp r o d u c el i t t l e c h a n g e b o t ht h ed o n a t i n ga n da c c e p t i n ge l e c t r o ng r o u p sc a u s et h ef l u o r e s c e n c ee m i s s i o n w a v e l e n g t ht oo c c u rv a r i o u sg r a d er e d s h i f t t h ei n t r o d u c t i o no fd o n a t i n gg r o u p s ( - c h 3 ，一o c h 3 ) s i g n i f i c a n t l yi n c r e a s et h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t ya n dt h ef l u o r e s c e n c e q u a n t u my i e l d so ft h es c h i f fb a s e t h r o u g ht h ei n t r o d u c t i o no fd o n a t i n ge l e c t r o ng r o u p ( - o h ) a tt h e4 - p o s i t i o no r2 - p o s i t i o n ，t h ef l u o r e s c e n c ee m i s s i o nw a v e l e n g t ho fs c h i f f b a s ea p p e a rs i g n i f i c a n tr e d - s h i f t t h ei n t r o d u c t i o no ft h ed o n a t i n ge l e c t r o ng r o u p ( 一o h ) a tt h e2 - p o s i t i o no ft h es c h i f fb a s e ( 8 f 9 0c a u s et h e i rf l u o r e s c e n c eq u a n t u my i e l dt o i n c r e a s e c o n s i d e r a b l y , a n d a l s ot h e i rf l u o r e s c e n c e i n t e n s i t y t oe n h a n c e t h e i n t r o d u c t i o no fh y d r o x y la tt h e4 - p o s i t i o no fs c h i f fb a s e9 hp r o d u c el i t t l ec h a n g e i n i i i 硕士学位论文 c o n t r a s t ，w i t ht h eh y d r o x y lg r o u pi n t r o d u c t i o na t4 - p o s i t i o n ，t h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t y o ft h es c h i f fb a s e ( s f ) d e c r e a s e ，a n dt h e i rf l u o r e s c e n c eq u a n t u my i e l d sr e d u c et oa b o u t o n e t h i r do ft h a to ft h es c h i f fb a s ew i t h o u ts u b s t i t u e n t a c c e p t i n ge l e c t r o ng r o u pe a s i l y c a u s ef l u o r e s c e n c eq u e n c h i n gt or e d u c et h ef l u o r e s c e n c eq u a n t u my i e l d so fs c h i f fb a s e i nd m s oo ra b s o l u t ea l c o h o l ，t h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yo fs c h i f fb a s ep r e s e n tl i n e a r r e l a t i o n s h i p sw i t ht h ec o n c e n t r a t i o na tt h er a n g eo f t h ev e r yd i l u t ec o n c e n t r a t i o n b u t t h i r ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yd e c r e a s ew i t ht h ei n c r e m e n to fc o n c e n t r a t i o na tt h er a n g e o ft h eh i g hc o n c e n t r a t i o n t h ep r e s e n c eo fc u 2 + e n h a n c e st h ef l u o r e s c e n ti n t e n s i t yo f s c h i f fb a s e8 fi nt h ea b s o l u t ea l c o h 0 1s o l u t i o n ( 3 ) e g i h tn o v e la z o t y p ea c y l h y d r a z o n es c h i f fb a s e sw e r es y n t h e s i z e db yt h e r e a c t i o no f5 ( 4 - s u b s t i t u t e db e n z e n e a z o ) s a l i c y l a d e l h y d ew i t h4 - ( n - c a r b a z o l em e t h y l ) b e n z o y lh y d r a z i n ea n dn - c a r b a z o l ea c e t y lh y d r a z i d e ，r e s p e c t i v e l y t h es y n t h e s i z e d c o m p o u n d sa r e c h a r a c t e r i z e db y lh n m r ，m s ，i r ，a n de l e m e n t a la n a l y s e s t h e s y n t h e s i s c o n d i t i o no f5 ( 4 s u b s t i t u t e db e n z e n e a z o ) s a l i c y l a d e l h y d e h a v e b e e n d i s c u s s e d t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt e m p e r a t u r ea n da c i d i t yh a v eg r e a ti n f l u e n c eo nt h e r e a c t i o n k e yw o r d s ：s c h i f fb a s e ；a c y l h y d r a z o n e ；s y n t h e s i s ；f l u o r e s c e n c e ；c a r b a z o l e ；a z o i v 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： 嘭分吼呼参月彩日 学位论文版权使用授权书 黧黝篡留糍篷 硕十学位论文 1 1 希夫碱的研究动态 第1 章绪论 希夫碱主要是指含有亚胺或甲亚胺( c = n ) 特征基团的一类有机化合物，通常 是由胺和羰基化合物缩合而成，实际上有时人们也把含有酰胺基团的有机化合物 归为希夫碱。h u g os c h i l 】在1 8 6 4 年首次报道了通过伯胺和羰基化合物发生缩合， 生成具有甲亚胺基的产物r ( r 2 ) c = n r 3 ( r 。，r 2 ，r 3 可分别为烷基，h ，环己基，芳 香基或杂环) ，后人称之为希夫碱( s c h i f f b a s e ) 。r 1 ，r 2 ，r 3 均可被各种基团所取代， 其最核心的c = n 基团，杂化轨道上的n 原子具有孤对电子，赋予了它重要的化学 和生物学上的意义。经过对其母体化合物进行适当修饰，可衍生出从单齿到多齿， 从链状到环合，性能各异、结构独特的希夫碱。如单希夫碱、双希夫碱及不对称 希夫碱等，它们可以通过c = n 上的氮原子与之相邻的具有孤对电子的氧( o ) 、硫( s ) 、 磷( p ) 原子作为给体( 供体) 与大多数金属原子( 或离子) 配位形成稳定性不同的配合 物【2 ，3 1 ，是一类非常重要的配体。因此，希夫碱在配位化学发展过程中起着重要的 作用。 2 0 世纪6 0 年代，有文献报道，某些含有n 、o 或n 、s 原子给体的希夫碱金 属配合物显示了较好的抗癌活性【4 】。7 0 年代初，h o d n e t t 曾报道含有希夫碱双键 ( c = n ) 的有机化合物具有一定的抗癌活性”】，且其金属配合物较希夫碱单体的抗肿 瘤效果更为明显，推动了人们对寻找具有更高更好抗菌、抗癌效果的希夫碱及其 配合物的研究。f o f s b e r gjh 对1 9 8 1 年以前有关希夫碱研究的工作进行了较全面 的综述f 6 】。2 0 世纪8 0 年代以来，人们在希夫碱化合物抗癌活性方面的研究，取得 了非常可喜的成绩【7 。10 1 。另外希夫碱在催化、医药、分析化学及光、电、磁功能材 料等【l l - 1 4 】方面具有的诱人的应用前景，引起了人们广泛、系统、深入的理论与应 用研究。近年来，随着有机合成手段和检测技术的不断发展，对希夫碱及其配合 物的研究也越来越受到重视，各国化学工作者合成了大量的带有各种官能团的希 夫碱配体及其配合物，并对此类化合物进行了表征和性质研究，并得到广泛应用。 1 2 希夫碱的分类 1 2 1 缩胺类希夫碱 缩胺类希夫碱为研究较早的一类希夫碱，主要有如下几种：单胺类、二胺类 和其他胺类希夫碱。 含咔唑基的酰腙类希犬碱的含成j 光谱性能研究 ( 1 ) 单胺类 这类希夫碱通常作为阴离子型二齿配体和中性的单齿或二齿配体与过渡金属 配位。有关该类水杨醛希夫碱的变色性能研究报道较多。其变色原理【l5 j 是：水杨 醛缩苯胺分子中，酚羟基为酸性，邻近的n 原子为碱性。分子吸收光辐射被激发后， 酚羟基的酸性大大增强，因此酚羟基中的质子很容易借助分子内氢键转移到呈碱 性的邻近n 原子上，从而引起分子价键结构的变化，导致发生光致变色。陈晓霞【1 6 】 等合成了3 种非两亲性的水杨醛希夫碱，实验表明：在不同的溶剂中各希夫碱均有 光致变色性，对光有较快的宏观响应速度。 ( 2 ) 二胺类 由酮、醛与二胺化合物发生双缩合反应生成的希夫碱属于二胺类希夫碱。杨 树平等【1 7 】以取代苯甲醛和二胺类为原料缩合制得8 个希夫碱。对希夫碱进行抗菌活 性测试表明，该类希夫碱对大肠杆菌、痢疾杆菌、变形杆菌、白色葡萄球菌和金 黄色葡萄球菌均表现出不同程度的抑菌活性。p i e rgc 报道【1 8 】了手性取代水杨醛 缩环己烷二胺希夫碱在催化领域实际应用的研究。v i n o dkg 等【”】将双 2 一( 氨基亚水杨基) 乙基】乙烷1 ，2 二胺作为载体引入p v c 膜传感器中，研究表明该 传感器对碱金属、碱土金属和重金属离子显示了很好的选择性。二胺类希夫碱由 于具有双官能团的功效性，增强了其配合物的稳定性，有利于其性能的优化。刘 波等【2 0 j 合成了希夫碱( ，双( 2 亚甲基吡啶) - - 甘醇二胺) 稀土配合物，对其进行表 征并研究了其荧光性能发现t b 、e u 具有较好的荧光。 ( 3 ) 其他胺类 这类希夫碱由于本身带环的刚性( 不可扭转性) ，在形成配合物时，其化学光谱、 氧化还原性及本身的l e w i s 酸度均与其他缩胺类相比有明显的差别。 二茂铁基的希夫碱化合物具有很强的抗菌消炎、抗肿瘤和较强的电化学性能。 刘流等【2 i 】对合成的水溶性高分子担载二茂铁希夫碱与d n a 的作用进行了初步研 究，实验表明：两者作用过程中，存在有静电作用和嵌入模式，由于水性基团的 引入和高分子链的协同效应，促进了配合物同d n a 之间的作用。刘卫军等【2 2 】以二 茂铁甲醛和对苯二胺为原料，合成并研究了二茂铁基希夫碱及其f e ”、a 1 3 + 和t i 3 + 盐的导电性能，结果表明了它们均具有较好的半导体性能。 1 2 2 腙类希夫碱 本文主要研究的是含咔唑基的酰腙类希夫碱。 腙类希夫碱具有广泛的生物和药物活性，消炎，杀菌、抗结核病和抗肿瘤【2 3 ，2 4 】 等。腙类化合物的这些特殊的性质，激发了人们对其研究的高度热情。腙类希夫 碱与各种金属配合生成的腙类希夫碱金属配合物，也具有较好的抗癌活性【25 1 ，甚 至是比其配体更强的生物活性。 硕f j 学位论文 贾永金【26 】利用3 , 4 亚甲基二氧基苯甲醛缩苯甲酰腙合成了铜( i i ) 、钴( i i ) 、镍 ( i i ) 、锌( i i ) 和锰( i i ) 配合物，得到了四种c u o b 配合物的晶体结构，并采用单片纸碟 法，测定了8 种配体和4 种金属配合物对革蓝氏阴性和阳性菌的抑菌活性，结果表 明钴( i i ) 配合物的抑菌活性最大。w a n gbd 等【2 7 】合成了新型的4 ，5 ，7 三羟黄烷酮类 希夫碱，并证明了其l a ( i i i ) 配合物具有抗细胞毒素活性。m i c h a e ljh 等【2 8 】研究了 异烟肼类希夫碱抗结核活性，结果表明：该类化合物具有较高的抗结核活性、低 毒性，并且具有优越的生物药效率。m o s t a f aeb 等【2 9 】采用7 氯一4 肼基喹啉和邻羟 基苯甲醛缩合了一种新型腙类希夫碱，对其抗菌性进行了研究，实验表明：该腙 类希夫碱和其金属配合物对革兰氏阳性菌( 金黄色葡萄球菌) 、革兰氏阴性菌( 大肠 杆菌) 和真菌( 白色念珠菌) 均具有较高的测试抗菌活性。 1 2 3 缩酮类希夫碱 1 3 二酮类羰基化合物与胺类化合物形成缩酮类希夫碱。近年来也有一些文献 采用六氟乙酰丙酮、噻吩甲酰三氟丙酮、呋喃甲酰三氟丙酮以及1 苯基3 甲基苯 甲酸基吡唑啉5 酮与各种伯胺缩合形成缩酮类希夫碱f 3 0 ，3 1 1 。 钟霞p z j 合成了8 种2 ，3 丁二酮双希夫碱配体及其过渡金属、稀土金属的配合物， 研究了部分配合物的抗肿瘤生物活性和荧光性能。结果表明：配体及其配合物对 癌细胞都有一定的杀伤作用，尤其是c u ( i i ) 的配合物显示了很好的抗肿瘤活性，其 抗癌活性明显好于其它各种配合物。 1 2 4 缩氨基脲类希夫碱 缩氨基脲( 硫脲) 类希夫碱化合物和希夫碱均具有抗癌、抗菌、抗结核等 3 3 - 3 5 】 生物活性，主要是由于该类希夫碱结构中含有s 、n 原子具有较强的配位能力，可 与c u ”，f e ”，c 0 2 十和n i 2 + 等金属离子形成稳定的配合物。 曹小红等1 3 6 j 合成了双p m b p 缩l ，3 二氨基硫脲希夫碱及其钴、镍、铜配合物， 并以其为载体制作电极。实验结果表明，在p h = 2 0 ，以邻硝基苯基十二烷基醚为 增塑剂，载体用量为3 0 的条件下，电极对亚硝酸根呈现较好的响应特性，并且 响应速度快，电极寿命长，可望在食品中亚硝酸根的快速检测方面有良好的应用 前景。a b o um 等【37 j 合成了新型缩氨脲的钴和镍配合物，得到了其晶体结构，并 且研究了其对各种致病真菌和细菌的抗菌活性。b a d w a i kvb 等 3 8 】合成了配体2 ，4 一 二羟基一5 一乙酰基苯乙酮缩氨基脲以其t i ( i i i ) 、v 0 0 v ) 、c r ( i i i ) 、m n ( i i i ) 、f e ( i i i ) 、 z r ( i v ) 、m 0 0 2 ( v i ) 和u 0 2 ( v i ) 配合物，实验表明：该配体和配合物均具有抗菌性和 抗微生物活性。潘春跃等1 39 】以查尔酮和对二甲氨基查尔酮与氨基硫脲为原料，在 弱酸性条件下经过羟醛缩合反应合成了查尔酮缩氨基硫脲希夫碱和对二甲氨基查 尔酮缩氨基硫脲希夫碱并对其进行了表征。谈春霞等【4 0 】由芳香醛、酮和1 ，3 二氨基 硫脲合成了双缩二氨基硫脲类希夫碱，采用循环伏安法对其电化学性能进行测试， 含咔唑基的酰腙类希夫碱的合成与光谱性能研究 结果表明：该类希夫碱电子亲和势高于常用电子传输材料，具有较好的电子传输 性能。 1 2 5 胍类希夫碱 胍类希夫碱由于含有多个氮原子，生成的杂环希夫碱有特殊的生理活性。美 国人k i m b a l ld 等【4 l 】曾在这类希夫碱的抗病毒和细胞素的活性方面申请了专利。 1 2 6 缩氨基酸类及氨基酸酯类希夫碱 氨基酸希夫碱是一种具有多个o 和n 原子的生物配体，其分子中含有的氨基酸 基团较活泼，可通过反应引入其它不同的结构和活性的基团。氨基酸类希夫碱及 其配合物多应用于抗菌、抗癌、生物化学反应如氨基转移或脱缩反应中。c h o h a nz h 等【4 2 1 研究了氨基酸希夫碱及其配合物的抗细菌和抗真菌活性。s i n h ad 等m 用 吲哚3 一甲醛分别与不同的l 氨基酸( 组氨酸，谷氨酸，天门冬氨酸，亮氨酸，缬氨 酸) 缩合反应得到一类新型的杂环希夫碱，研究了该类希夫碱对下列各种菌类的抗 菌活性：枯草芽孢杆菌，金黄色葡萄球菌，黑曲霉，白色念珠菌和红色毛癣菌。 氨基酸与一些异羰基化合物( 例如吡哆醛、水杨醛丙酮酸、乙酰丙酮等) 生成的希夫 碱也已报道，它们在生化反应中有很大作用。由于氨基酸是构成蛋白质的基石， 几乎所有的细菌和病毒都是由蛋白质构成的。因此，络合能力强的氨基酸衍生物 具有很强的抗菌、抗癌活性，利用荧光探针、电化学行为等方法从分子水平研究 其作用机理具有非常重要的意义。 1 3 希夫碱的合成方法与反应机理 1 3 1 希夫碱的合成反应机理 希夫碱的合成是一种缩合反应，涉及加成、重排、消去等过程，反应物立体 结构及其电子效应起着重要作用【4 4 1 ，缩合机理如下所示： r ? 、c = o r 1 澄圭 一h 2 0 m 懈虹肛耐一叁c 镞3 lhj r ? c = n r 3 缩合反应速度由上述亲核进攻反应步骤决定，醛或酮上羰基的c 原子由s p 2 杂化转为s p 3 杂化，键角由1 2 0 。变为1 0 9 5 。，由此可知，选择体积小的r 1 及r 2 基团有利于反应进行。从伯胺r 3 n h 2 结构来分析，作为进攻基因r 3 的诱导或共振 硕十学位论文 效应影响进攻效果。如r 3 为供电子基团，r 3 n h 2 上的n 负电荷较集中，其碱性增 强，使其较易发生亲核加成反应。可见反应过程中电子效应与空间立体作用均起 着明显作用，因此取代基的选择应该给予足够的重视。 在实际设计反应体系时，反应温度、溶剂的选择、介质的酸度等影响团素均 需视具体体系而定。因此，了解反应机理及其影响团素对反应的进行十分有利。 1 3 2 希夫碱的合成方法 1 3 2 1 一般希夫碱的合成【4 5 】 ( 1 ) 直接合成法 直接合成法又称现场合成法( i ns i t us y n t h e s i s ) ，是将醛或酮与伯胺按一定的物 质的量比，直接混合反应得到希夫碱。此方法产率高、简便快速，但由于容易发 生副反应而使产品中混有杂质，给产品的纯化带来了一定的难度。 ( 2 ) 分步反应法( s t e pb ys t e pr e a c t i o n ) 分步合成法分两步进行。第一步：先由醛、酮与胺缩合得希夫碱，再对希夫 碱进行纯化；第二步：在纯化后的希夫碱中加入金属盐得到预期的配合物。该法 适合于合成的难溶解或溶解度很小的希夫碱，具有产率较高，产品较纯净的优点。 ( 3 ) 逐滴反应法( d r o pb yd r o pr e a c t i o n ) 对于不便采用分步合成法，微溶于一般有机溶剂中的希夫碱，可采用逐滴的 方法f 4 6 j ：先将伯胺化合物与金属离子溶液混合，并保持金属离子过量，然后逐滴 入醛或酮溶液，在剧烈搅拌下，少量的希夫碱一旦生成立即与已存在的金属离子 形成配合物。 ( 4 ) 模板合成法( t e m p l a t es y n t h e s i s ) 因为二羰基化合物和多胺很难直接缩合得到产率高、选择性好的大环希夫碱， 采用分步合成法也无法得到所需的大环希夫碱配合物，所以目前合成大环希夫碱 配合物通常采用模板合成法。将作为模板试剂的金属离子加入到羰基化合物中与 二胺反应，可形成含金属离子的希夫碱配合物，其中的金属离子可用其他金属取 代。模板合成法适合于反应物活性低或产物不稳定的希夫碱的合成。采用该方法 突出优点是操作简便、反应时间短、选择性好和产率高。 ( 5 ) 水热合成法 在高温( 1 0 0 1 0 0 0 ) 高压( 1 1 0 0m p a ) 下将醛或者酮、胺类化合物与溶剂混 合，在亚临界或超临界状态下，溶剂具有强溶解性能和高扩散系数，有利于反应 平衡的建立，使反应高效、迅速进行，减压降温后生成物希夫碱迅速从溶剂中游 离出来，易于获得高纯度希夫碱晶体。 含咔唑基的酰腙类希丈碱的合成与光谱十牛能研究 1 3 2 2 酮亚胺类希夫碱的合成 与醛亚胺类希夫碱相比酮亚胺类希夫碱较难合成，通常需要采用以下方法促 进反应的进行：如延长反应时间；提高反应温度；调节合适的p h ；非化学计量试 剂以及加催化剂等等。姚克敏等4 7 1 报道了一种合成氨基酸希夫碱的温和有效方法， 利用活性的二苯甲酮 ( c 6 h 5 ) 2 c o e 胺与氨基酸酯类进行氨基转移反应，如下所示： r 。2o r 2o i p h 2 c = n h + r 1 6 一岂一o r 3 一p h 2 c = n 一幸一e o r 3 十n h 4 c i 山h ，n c i 度1 1 3 2 3 不对称双希夫碱的合成 从对于金属酶的研究发现，金属往往存在于空间不对称的环境中，且其空间 立体效应对其催化活性影响显著。如不对称希夫碱m n ( i i ) 配合物催化环氧化物时， 其选择性与生成量均高于对称性的相应配合物4 引。近年来，不对称希夫碱及其配 合物成了研究的热点【4 9 ，50 1 。 ( 1 ) e l d e r 法 该法【5 l 】通过利用控制反应物比例合成不对称希夫碱，合成路线如下所示： = 麓q o h 墼n c 2 n r n h 2 过最 一n i ( s 1 ) 2 h 2 n r n h 2 q - - o h 一_ q c = o h n - r - n 爹c = o= c 山山山 式中：r = 一( c h 2 ) 3 一，- ( c h 2 ) 4 一或一( m e ) 2 c h 2 c h 2 c ( m e ) 2 ，s l 为水杨醛。 此法由于加入过量二胺，给产物的纯化带来了一定的困难。 ( 2 ) e l d e r 改进法 该法通过合成镍的双希夫碱，以丁二酮肟( h 2 d m g ) 反应分离出配体l ，再用l 与另一种醛反应，得到不对称希夫碱3 及其金属配合物，合成路线如下： 、l 2 2 hnr o 州 g 山2 硕上学位论文 2 + 2 h 2 d m g + n i ( h d m g ) 2 + 1 q - - o h 一一咤= - n = 如c nr c c = og = 一 山山山 q r n = 如c 山山 4 ( n 2 ) + 有文献 5 2 1 报道在无水溶剂及有机哌啶碱条件下水杨醛与芳香二胺缩合生成不 对称希夫碱的方法，并以此法合成了不对称希夫碱铜( i i ) 配合物，研究表明：该不 对称体系可作为细胞色素c 氧化酶的化学模型，对了解它们生物结构、功能及相 互关系具有重要的理论意义。 严格控制反应条件，通过改变溶剂、反应摩尔比、反应物的取代基团等可实 现选择性反应。如在低温稀反应液中，乙酰丙酮与乙二胺得到中间体h a e 而非形 成对称双希夫碱d a i ，由此可派生出许多不对称双希夫碱，继而形成高度不对称 模型化合物，这是一种合成不对称双希夫碱较好途径 5 3 】。 1 4 希夫碱的应用 由于希夫碱的基本结构中含c = n 结构，其杂化轨道上的n 原子具有孤对电子， 从而在应用上独具特色。希夫碱合成相对容易，可选择各种胺类与不同的醛、酮 进行反应，通过改变连接的取代基、改变给体原子的位置，衍生出各种性能不同 与结构多变的希夫碱。同时由于希夫碱有较强的配位能力，对配位化学发展起着 非常重要作用。本节将分别从希夫碱在医药、催化、分析化学、腐蚀和新型功能 材料等方面的应用进行介绍。 1 4 1 在医药方面的应用 经过国内外学者多年的研究发现希夫碱具有抗癌【l8 1 、抗菌、抗肿瘤和抗病毒 等的生理活性2 7 ，2 引，其配合物因具有较强的脂溶性和细胞穿透性，所以它的抗菌 谱广、不易产生耐药性，拥有较好的医药价值。因此，希夫碱及其配合物特殊的 药理作用越来越引起医药界的重视。 早在1 9 7 0 年，h o d n e t t 等【5 4 】报道了合成的一系列的希夫碱对小白鼠肿瘤生长 有抑制作用，发现水杨醛的苯环上取代基吸电子能力愈强其希夫碱的抗肿瘤活性 含咔唑堆的酰腙类希夫碱的合成与光谱性能研究 愈高。近年来，对希夫碱的生物医药方面的研究成为人们研究的热点。y o uzl 【5 5 】 等合成了，二甲基乙烷1 ，2 二胺缩苯酚及其4 种铜( i i ) ，锌( i i ) ，镉( i i ) 希夫碱， 实验表明该希夫碱与其配合物均表现出较高的选择性和抗菌活性。由于氨基酸是 生物体不可或缺的有机体，因此有关氨基酸类希夫碱抗菌活性的研究较多。s i n h ad 等【56 j 报道了由吲哚3 一甲醛与不同的l 氨基酸( 组氨酸，谷氨酸，天门冬氨酸，亮氨 酸，缬氨酸) 缩合反应得到了一类新型杂环希夫碱，研究表明：该类希夫碱能够在 生理环境下稳定存在2 4h ，对枯草芽孢杆菌，荧光假单胞菌，金黄色葡萄球菌，黑 曲霉，白色念珠菌和红色毛癣菌均有抗菌活性。其研究结果为该类希夫碱在人类 肿瘤的治疗方面的应用奠定了基础。李冬青等1 57 j 研究发现v b 6 缩氨基酸希夫碱及 其配合物具有较强的抑菌作用，低浓度时其抑菌率依然可达7 7 ；同时发现含0 、 n 、s 原子的希夫碱具有较好的抗癌、抗菌、抗结核等药理作用。经医学研究发现， 某些氨基酸类希夫碱对超氧离子具有清除作用，对肿瘤、病毒等有一定的抵抗作 用，在防治炎症和肿瘤、抗辐射损伤、预防衰老等方面起着重要作用。陈德余【5 8 】 等研究发现水杨醛缩天冬酰希夫碱及稀土配合物均具有明显的清除超氧自由基的 效果，特别是配合物，浓度为1 0m g m l 时，对清除超氧自由基的清除率可达9 0 以上。 1 4 2 在催化领域方面的应用 希夫碱能与各种金属络合，并使他们稳定在不同的氧化态，从而使得希夫碱 金属配合物广泛应用于催化领域。希夫碱化合物主要应用于不对称催化环丙烷、 聚合反应以及烯烃催化氧化方面和电催化领域等。 近年来，不对称合成是有机化学学科中一个非常重要且富有活力的研究领域， 在结构和立体化学复杂的天然产物合成中得到越来越广泛的应用。这一问题可通 过选择一种手性诱导催化剂，使无手性或潜手性的作用物转变成光活性产物。在 不对称合成中，金属配合物作为手性催化剂在这方面得到广泛的应用。手性希夫 碱配合物是其中一类较易制备的催化剂，其独特的结构特点决定了它有很好的催 化性能，成为近几年不对称合成研究中的热点问题。特别是在环丙烷化，烯烃环 氧化反应中己表现出优越的应用前景。 在环丙烷化反应中，希夫碱配合物有很好的催化活性和光学活性。在各种希 夫碱金属配合物中，研究得最多的催化剂是以c u 为核心的希夫碱配合物。王红旺 等f 59 j 研究发现采用均相和多相两种方法合成的壳聚糖希夫碱c u ( i i ) 配合物中，均 相法制备的催化剂的光学诱导能力优于多相法制备的催化剂，在催化苯乙烯与重 氮乙酸乙酯的不对称环丙烷化反应中，与文献1 6 0 】的报道相比较，产物的e - e 值略有 提高，而反应产率有所下降。w a n g 等【6 l 】合成的铜的希夫碱配合物在烯烃与烷基 重氮醋酸酯的环丙烷化反应中，也显示出了很高的催化活性，并且惊奇的发现该 硕斗：学位论文 种希夫碱催化剂在反应后复活后可重复使用。i t a g a k im 等【6 2 j 用手性c u 希夫碱配合 物与路易斯酸混合为催化剂催化2 ，5 二甲基一2 ，4 一己二烯的不对称环丙烷化反应，提 高了该反应收率( 达至s j 9 0 ) 以及对映选择性( 达至1 j 9 0 e e ) 。李争宁1 6 引、仇敏【6 4 j 等 合成一系列的希夫碱配合物，并对其构造对催化性能的影响做了研究。李争宁等 采用改进后的a r a t a n i 的水杨醛亚胺铜络合物为催化剂可实现p ( ) 蒎烯与重氮乙 酸酯间高立体选择性的不对称环丙烷化反应，发现催化剂中羰基部分带有吸电子 基团有利于反应立体选择性的提高。仇敏等人发现在水杨醛苯环上引入吸电子取 代基后明显改善了催化剂的催化效果，同时也提高了产物的收率和光选择性。 在催化聚合反应中，希夫碱构造不仅能够影响其催化性能，还能够影响聚合 物的分子量以及其微观结构。s o ngw 等【65 】对合成的一系列以希夫碱镍配合物， 与m a o 一起催化乙烯聚合，发现催化剂取代基的不同能够使聚合活性、聚合物分 子量以及聚合物的微观结构发生明显的改变。程j 下载等【66 】合成了3 ，5 二叔丁基水杨 醛缩2 ，6 二异丙基苯胺钛配合物，催化乙烯聚合活性较高，在5 5 达到最高，该 种希夫碱催化剂的使用大幅提高了催化体系活性和聚合产物分子量能。王临才【6 ，j 等水杨醛亚胺的双核中性镍配合物，对乙烯聚合反应显示出了较好的催化性能， 且具有较高的催化活性。 希夫碱在催化氧化方面也有着非常广泛的应用。郝成君等【6 8 j 研究了谷氨酸水 杨醛希夫碱配合物( s a l g l u m ) 在不同反应条件下对环己烯的催化氧化性能，找到 了较好的催化氧化反应条件。葛新颖等f 6 9 】采用聚合物负载的希夫碱钴配合物催化 氧化对甲酚合成对羟基苯甲醛，其优点是流程短、操作简单、反应条件温和、产 品收率和纯度较高、污染小；催化剂的活性和强度较好，使用寿命长。李晓东等【7 u j 合成了三种水杨醛d 丙氨酸希夫碱复合双金属配合物( s a m m 1 ) ，在催化分子氧化 环己烯反应中均表现出较好的活性，其中以s a c o c u 配合物对环己烯分子氧氧化 反应的催化活性最好，s a c u f e 次之，s a c o m n 最低。p o u r a l i m a r d a n0 等【7 l 】用反 应苯酰肼与水杨醛和吡啶2 甲醛得到了5 个不对称希夫碱。研究发现，其催化能力 锰( i i ) 配合物对环己烯环氧化具有高选择性( 9 5 ) 。 金属希夫碱对0 2 分子的电化学还原也具有催化作用，主要是由于金属希夫碱 配合物可以与小分子( 如c o 、0 2 ) 形成轴向配合物，有利于催化反应的进行。何存 星【。7 2 】等对其合成杂环希夫碱，2 ，6 二乙酰吡啶缩双苯胺希夫碱( 简称d a p b a ) 研 究发现：形成的希夫碱膜修饰电极具有良好的机械、化学和电化学稳定性，对n o 在电极上的反应具有明显的催化作用，作者认为是n o 与其膜形成轴向配合物的结 果。由上述可知，希夫碱广泛应用于催化领域将会节省更多的人力、物力，从而 促进经济的发展。 含咔哗幕的酰腙类希夫碱的合成q 光谱性能研究 1 4 3 在分析化学方面的应用 由于希夫碱含有易与金属离子成键的n ，o 原子，与金属离子配合易生成具有 “刚性、平面、大共轭7 c 键” 7 3 1 荧光特征结构的产物，它可以应用在分析化学中用 来检测、鉴别金属离子，并可借助色谱分析、荧光分析、光度分析等手段达到对 某些离子的定量分析。 有关希夫碱对金属离子的识别研究较多。何慧等【7 4 】合成的受体分子水杨醛4 乙氧基苯甲酰腙可与多种过渡金属离- 子( z n ”、c u 2 + 、a g + 、p b “、c d 2