（药物化学专业论文）二芳基碘鎓盐的合成与性质研究.pdf

中文摘要 二芳基碘鲦盐是一种重要的芳基高价碘( m ) 化合物。在有机合成中，它们 可以作为许多有机和无机亲核试剂的芳化试剂。有些二芳基碘鳐盐具有生物活性 和光化学特性可以被用作阳离子聚合光引发剂。近年来，碘鲶盐又被用作合成正 电子发射断层显像技术( p e t ) 所需的放射性药物的前体药物。 本论文在文献合成方法的基础上加以改进合成了丽种可用作阳离子光引发 剂的二芳基碘鲶盐：4 ，4 二甲基二苯基碘锚六氟磷酸盐和4 甲基- 4 异丁基二苯 基碘鲶六氟磷酸盐。其中，后者首次以四水合过硼酸钠为氧化剂合成，具有安全、 毒性小、操作简便、价格便宜等优点，有推广应用的价值。 本文参照文献报道的合成路线，并对文献方法作了适当改进，成功地合成了 一系列苯环上含有甲基和甲氧基等亲电取代基团的不对称二芳基碘鲶三氟乙酸 盐，其中绝大多数是迄今为止未见文献报道的新化合物；并将得到的二芳基碘翁 三氟乙酸盐与叠氮化钠在氯仿一水两相体系中反应合成了一系列芳香叠氮化物， 从而为芳香叠氮化物的合成提供了一种新方法。所有化合物的分子结构均由1 h n m r 和1 3 c n m r 谱图证实。 本文研究了各亲电取代基团对碘绘盐合成难易的影响，和叠氮根负离子亲核 进攻位置的影响。 关键词：二芳基碘镟盐，六氟磷酸盐，三氟乙酸盐，芳香叠氮化物，合成 a bs t r a c t d i a r y l i o d o n i u m s a l t sr e p r e s e n ta n i m p o r t a n t c l a s so fa r o m a t i c i o d o i n e ( i i i ) d e r i v a t i v e s t h e ya r eu s e dm o s t l ya sa r y l a t i n gr e a g e n tf o ral a r g ev a r i e t yo fo r g a n i c a n di n o r g a n i cn u c l e o p h i l e si no r g a n i cs y n t h e s i s s o m eo ft h e md i s p l a yab i o l o g i c a l a c t i v i t y o r p h o t o c h e m i c a lp r o p e r t i e s ，h e n c et h e y a r ew i d e l yu s e d 嬲a c t i v e p h o t o i n i t i a t o r so fc a t i o n i cp o l y m e r i z a t i o n r e c e n t l y , t h e yh a v eb e e ns h o w nt ob e u s e f u lp r e c u r s o rf o r t h es y n t h e s i so fr a d i o p h a r m a c e u t i c a l sf o rp o s i t r o ne m i s s i o n t o m o g r a p h y ( p e t ) a c c o r d i n gt ot h er e p o r t e ds y n t h e t i cr o u t e ，w es y n t h e s i z e dt w od i a r y l i o d o n i u m s a l t s ，4 , 4 - d i m e t h y ld i p h e n y l i o d o n i u mh e x a f l u o r o p h o s p h a t e sa n d4 - m e t h y l - 4 - i s o - b u t y ld i p h e n y l i o d o n i u mh e x a f l u o r o p h o s p h a t e s ，w h i c h c a r lb eu s e d 懿c a t i o n i c p h o t o i n i t i a t o r s s o d i u mp e r b o r a t et e t r a h y d r a t ew a su s e df o rt h ef i r s t t i m ea st h e o x i d a n ti nt h es y n t h e s i so ft h el a t t e rc o m p o u n d t h en e wp r o c e d u r ew a se a s y , c h e a p ， s a f ea n de f f e c t i v e i n t h i st h e s i s ，t h es y n t h e s i sr o u t e so fu n s y m m e t r i cd i a r y l i o d o n i u ms a l t sw e r e o p t i m i z e da n da s e r i e so fn e wu n s y m m e t r i cd i a r y l i o d o n i u mt r i f l u o r o a c e t a t e s c o n t a i n i n ge l e c t r o n - d o n n i n gg r o u p s ( m e o ，m e ) w e r es y n t h e s i z e d 。i na d d i t i o n ，w e p r o v i d e dan e wp r o c e d u r et os y n t h e s i z ea r y la z i d e sb yr e a c t i o no fd i a r y l i o d o n i u m t r i f l u o r o a c e t a t e sa n ds o d i u ma z i d ei nat w o - p h a s ew a t e r - c h l o r o ms y s t e m t h e s t r u c t u r e so fa l lc o m p o u n d sw e r ec o n f i r m e db y1 h - n m ra n d ”c - n m rs p e c t r a i na d d i t i o n ，t h ei n f l u e n c eo ft h ee l e c t r o n - d o n a t i n gg r o u po nt h es y n t h e s i so f d i a r y l i o d o n i u ms a l t sa n dt h ea t t a c kp o s i t i o no ft h ea z i d ea n i o nw e r ea l s os t u d i e d k e yw o r d s ：d i a r y l i o d o n i u ms a l t s ；h e x a f l u o r o p h o s p h a t e s ；t r i f l u o r o a c e t a t e s ；a r y la z i d e s ； s y n t h e s i s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤叠盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名= 鸯、珲签字日期： 吲年1 月l c 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解叁鲞苤鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：专珲 签字日期：b 刁年f 月zo | 日 聊签名：娄毕缸 、，olo 签字日期：1 年f 月1 日 天津大学硕士学位论文 第一章前言 第一章前言 碘和其它卤族元素( f 、c 1 、b r ) 一样，在自然界中主要以一1 价形态存在， 如n a i 、c u i 等。但是，由于碘的原子半径和极化率比较大，其能够形成比较稳 定的高价化合物【1 1 。自1 8 8 5 年，德国著名化学家w i l l g e r o d t 报道了第一个有机高 价碘化合物二氯碘苯( p h l c l 2 ) 以来，有机高价碘化合物迄今已有百年历史，在 此期间多种类型的有机高价碘化合物相继问世，由于许多有机高价碘化合物具有 稳定性好的优点，并且具有多种反应性能，因此在有机合成中得到广泛的应用， 受到化学家的普遍重视【2 1 。二芳基碘黠盐( 图1 - 1 ) 就是一种比较稳定的高价碘 的化合物。 图i - 1 在常温下，二芳基碘鲦盐大多是以固体形式存在，其热稳定性比较好，与氧 气、水等也不发生反应；但是二芳基碘鲔盐对光比较敏感，在长期光照下容易分 解，故其应当避光保存【3 1 。 二芳基碘鲶盐是一种用途十分广泛的化合物，在有机合成中它可以作为许多 亲核基团的芳化试剂；有些二芳基碘绘盐具有显著的生物活性和光化学活性，作 为阳离子聚合的光引发剂得到广泛应用：近年来，二芳基碘鲦盐又作为p e t 技 术的前体药物得到广泛关注【3 ，4 j 。 1 1 二芳基碘鳎盐在有机合成中的应用 在有机合成中，二芳基碘鲦盐主要作为芳基转移试剂得到广泛应用，以 下为二芳基碘锚盐反应的几个例子。二苯基碘箱盐与烯醇硅醚可直接进行芳 基化反应，生成2 芳基酮( 图1 2 ) ，反应具有良好的区域选择性【5 1 。 天津大学硕士学位论文 第一章前言 r + g + d - f 6 卧+ 盯 图1 - 2 若在醋酸钯催化下，二芳基碘鲔盐可使丙烯酸的烯基末端发生芳基化( 图 1 3 ) ，以良好产率生成取代肉桂酸【6 】。 a r 2 i + x - + h 2 c = c h c o o h 雨p 丽d ( o 霹a 匾c ) 2 尹a r h c = c h c o o h 图1 3 二芳基碘筋盐亦是许多负离子的芳基化试剂，包括很多亲核性很弱的负离 子，如它分别和o ，o 二烃基亚磷酸钠，硫代羧酸盐以及硒酚钠反应，生成芳基 膦酸酯，羧酸硫酚酯和芳基硒醚【7 ，羽。在药物合成中，常用二芳基碘鲶的四氟硼 酸盐与苯酚的衍生物来合成二苯醚的衍生物 9 3 ( 如甲状腺原氨酸衍生物等的合 成，见图1 4 ) ，该法同经典的酚钠( 或钾) 和卤代苯反应合成二苯醚的方法相比 较，收率高，质量好，简便易行，更适合于多取代的结构较复杂的二苯醚类化合 物的合成。 o 她i + r + ( r o ) 2 ! n a o 心i + x - - + r c i i s n a 叫+ a r s e n a a r 2 i + b f 4 一+ b r 图l - 4 r 1 2 二芳基碘翁盐用于合成p e t 放射药物 1 2 1p e t 技术简介 b r r 正电子发射断层显像( p o s i t r o ne m i s s i o nt o m o g r a p h y ，p e t ) 是目前唯一用 解剖形态方式进行功能、代谢和受体显像的核医学技术，它可以从体外无创伤、 a 盯 o ， 卅 。一。 天津大学硕士学位论文 第一章前言 定量和动态地测定正电子放射性核素标记的药物或其代谢产物在体内的空间分 布、数量及其时间变化，进而从分子水平上反映体内的生理、生化变化，具有较 高的灵敏度和特异性。 迄今为止，p e t 在肿瘤诊断、病情预测、治疗药物研究及神经递质系统功能 评价等多方面的研究中都发挥了重要作用。p e t 完全依赖于正电子放射性药物来 进行显像，如果没有必需的正电子放射性药物，p e t 技术就无法发挥临床作用。 因此随着p e t 在临床上的广泛应用，各类新型正电子放射性药物相继出现，药 物不断更新的同时也推动了p e t 临床诊断技术进一步发展。 正电子放射性药物标记用的核素，如1 8 f 、1 1 c 、1 5 0 、1 3 n 等，可以标记人体 的生理物质( 如糖、氨基酸和脂肪酸等) 或其类似物。生理物质经标记后，其生 理活性和代谢方式与未标记的生理物质相同或类似，可以比较准确地反映机体的 生理情况。 p e t 显像常用正电子放射性核素有四种1 8 f 、1 5 0 、1 3 n 和1 1 c ，其中1 8 f 较之 ”o 、1 3 n 和h c 具有更长的半衰期( 见表1 1 ) ，有更多的时间可以用来进行相对 复杂的合成操作和生化研究，因此被认为是比较理想的p e t 显像放射性核素。1 8 f 衰变产生的正电子能量较低，只有o 6 3 5 m e v ，用它标记的放化药物在组织中行 走距离短，可以得到高分辨率的图像，同时还能够使患者所受的辐射剂量减少。 虽然硌f 对于大多数生化分子来说属于外来元素，但氟具有类氢特性。只要1 8 f 的标记位不是直接影响生物活性的受点，一般就不会引起标记分子的空间结构和 生物活性发生明显改变，这就使1 8 f 可以标记在多种类型的药物上，以得到具有 特殊功能的放射性药物【l o 】。 表1 1短半衰期正电子放射性核素的物理性质 口理论最大值；由于一些稳定元素的稀释作用，1 1 c ，8 f 1 3 n ，和1 5 0 实际测量比 活度比理论最大值低5 0 0 0 倍；6 最大线性距离。 天津大学硕士学位论文 第一章前言 1 2 2 正电子发射核素1 8 f 的生产和标记 放射药物的标记是p e t 技术中的一个重要环节。由于p e t 所用放射核素的 半衰期相对较短( 1 1 c 的半衰期为2 0 4 分钟，1 8 f 的半衰期为1 1 0 分钟) ，所以标 记及合成反应的工作必须在较快的时间内完成。若时间过长，会造成放射药物的 放化收率和比活度降低而达不到p e t 的使用要求。对于多步合成反应来讲，比 较理想的标记是在最后的几步反应引入放射核素。 p e t 放射药物最常用的核素是婚f 。同其它核素比较1 8 f 的半衰期为1 l o 分 钟，相对较长，因而允许进行比较复杂的合成，并且适用于体内较为缓慢的生化 机制观察和研究。用于放射标记的氟1 8 有两种形式，一种是氟1 8 气体( 1 8 f f 2 ) ， 用于氟。1 8 的亲电加成和亲电取代反应；另外一种是氟1 8 负离子( 1 8 f f ) ，用 于氟1 8 的亲核取代反应，见图1 5 。 i s f f 2 是亲电氟化试剂，其进行标记的反应类型有烯烃亲电加成反应和芳香 化合物的亲电取代反应。用 i s f f 2 进行亲电氟化标记存在如下几个问题：一是放 化收率低，使用 1 8 f i f 2 标记时，最大的理论放化收率不超过5 0 ，这是因为【1 8 f f 2 中只有一个氟原子是氟1 8 ，并且在绝大多数情况下 1 8 f f 2 中仅有一个氟原子被 用于标记；二是由于生产【媳f f 2 时，在惰性气体中加了微量的氟气( f 2 ) 作为载 体，这些没有放射性的氟( 1 9 f ) 也同样标记了前体化合物，使最后获得的显像 剂比活度很低；第三个问题是氟气的化学性质太活泼，几乎能同所有的物质反应， 很容易腐蚀管路和设备，并且亲电氟化的选择性差，容易生成不需要的异构体， 难以分离和提纯，这也影响显像剂的放化收率。 对于使用【1 8 f f 2 亲电氟化标记选择性差的问题，其中一个解决方法是使用活 性比 1 8 f f 2 低的其它1 8 f 亲电试剂，例如乙酰氧基氟( a c 0 1 8 f ) ，或者是氟化氙 ( x e l 8 f 2 ) 。这些亲电氟化试剂会提高氟化标记的选择性，但因为都是由 i s f f 2 制备而来的，所以同样存在着最终显像剂放化收率和比活度低的问题。 对于许多芳香化合物的亲电氟化标记，提高标记选择性的另外一个方法是在 芳香环上引入供电的定位基团，例如汞、硅或锡等取代基团。在这种情况下芳香 环上带有供电金属取代基的位置容易被氟取代，而提高了氟化标记的选择性。尽 管严f f 2 的亲电氟化有各种不足，但该方法目前仍应用在标记带有供电子基团的 芳香化合物上，例如氟1 8 标记的多巴、酪氨酸及其它儿茶酚类似物。 4 天津大学硕士学位论文 第一章前言 亲电加成反应 c - - c 堕譬 早一年 c = c 早一千 w 掣8 f w l 为离去基团，如氟，硝基，三甲胺盐( + n m e 3 ) ， 重氮盐( n 2 飞f 4 - ) ，碘锚盐n a r ) w 为吸电基团，如硝基，氯基，羰基，卤素等 图卜5 用 1 8 f f 进行亲核取代氟化标记是比较理想的标记方法，该方案蝎f 理论上 的利用率是1 0 0 。用 1 8 v v 进行亲核取代氟化标记可以提高放化收率，并且生 产f 1 8 v v 。时不需要添加f 2 作载体( n oc a r r i e r a d d e d ，即n c a ) ，所以标记后显像 剂的比活度相对于亲电氟化也要高得多。 根据标记前体的不同， 1 8 f 】f 的亲核取代反应有两种类型，一种是脂肪族化 合物饱和碳上的亲核取代反应，另外一种是芳香族化合物芳环碳上的亲核取代反 应。 天津大学硕士学位论文 第一章前言 饱和碳上的亲核取代反应是目前氟1 8 标记在科研和临床中应用最广泛的标 记方法，属于直接的s n 2 亲核取代反应，应用比较成熟。常见的离去基团有甲磺 酸酯基、对甲苯磺酸酯基、对硝基苯磺酸酯基、三氟甲磺酸酯基、环状硫酸酯基、 溴和碘等。离去基团的选择取决于标记化合物前体的稳定性、可能发生的副反应 及反应后分离和纯化等因素。例如，三氟甲磺酸酯基的离去性能好，在 1 8 f f 亲 核取代中一般给出很好的产率，目前用于 1 8 f f d g ( 2 脱氧2 1 8 f 氟- d 葡萄糖) 的放化标记上。但有些化合物的三氟甲磺酸酯在室温下非常活泼，不稳定，很容 易分解，所以就不能用三氟甲磺酸酯基，而应该选用离去性能稍差点的基团。用 【1 8 f f 对脂肪族饱和碳上的亲核取代标记方法基本成熟，目前研究的主要内容在 于提高放化标记的收率、进行固相合成、简化标记和纯化的过程，以用于该类显 像剂的自动化标记工作。 芳香族化合物芳环碳上的氟1 8 亲核取代反应是目前研究的重点方向。许多 具有生物活性的化合物带有芳香结构，特别在脑受体研究方面更为普遍。从理论 上讲氟1 8 亲核取代反应可以完全替代芳香化合物芳环上的亲电氟化标记，从而 提高放化收率和显像剂的比活度。但目前芳环上碳的氟1 8 亲核取代反应并不都 像脂肪族化合物碳上的氟化亲核取代那样容易和直接。有些芳环碳上1 8 f f 。的亲 核取代非常成功，但这要求芳香环上有好的离去基团，如硝基、氟和三烷基铵 ( n r 3 ) 基团，并且要求在离去基团的邻位或对位有强的吸电子基团，像硝基、 氰基、羰基等。对于许多儿茶酚胺类化合物，芳香环上带有供电子基团，在这种 情况下难以进行芳香环的亲核取代氟化标记。 从合成化学的角度讲，许多像带有供电基团的儿茶酚胺类化合物，它们与 1 8 f f 的亲核取代反应虽然不能直接进行，但是可以从带有吸电基团的前体来进 行氟标记，然后再进行几步合成转化，改造吸电基团和加入其它功能基团得到最 终的显像剂。6 博f 】氟l 一多巴( 6 1 8 f f l d o p a ) ，就可以用这种方法通过1 8 f 的亲核芳香取代来制备。但因为这种做法要求在氟标记后又进行多步的反应操 作，浪费时间，降低了最后的放化收率，并且不适合于自动化合成，难以在临床 上大规模地推广使用。因此目前临床上6 1 8 f f l d o p a 及其类似物的制备还是 由亲电氟化反应来完成。 氟化去重氮化( b a l z - s c h i e m a n n ) 反应可以用于不带吸电基团的芳香环亲核 氟化取代反应，加热时重氮盐分解进行氟标记反应( 见图1 6 ) 。这个反应的不足 之处在于四氟硼酸中仅有一个氟原子参与了氟化反应。对于氟1 8 标记来讲，理 论上最大的放化收率是2 5 ，但在实际标记中的放化收率仅在2 1 5 之间。尽 管后来对这个反应进行了改进，但放化收率提高仍然不大】。 6 天津大学硕士学位论文第一章前言 白卫白一白 + 。 n 2 + 【1 8 1 8 1 2 3 二芳基碘翁盐与1 8 f 标记 芳香化合物碘绘盐亲核取代反应是最近用于氟化标记含供电基团芳香化合 物的新方法( 见图1 - 7 ) 【1 2 1 。不对称芳香碘鲦盐的氟1 8 亲核取代反应，可以选 择性的得到一种氟标化合物。亲核取代反应的选择性取决于芳香环上的取代基 团，一般说来亲核取代易发生在带有吸电子基团或相对供电子基团较弱的芳香环 上。除电子因素外，还有取代基立体结构的影响 1 1 , 1 3 1 。 ii 导+ 向 图1 7 芳香化合物碘箱盐氟化亲核取代反应 目前由于不对称芳香碘鲔盐的制备过程，特别是纯化比较困难，有关这类化 合物氟化亲核取代反应的报道极少，并仅局限于结构比较简单的芳香化合物的氟 1 8 标记。这类碘锚盐氟1 8 标记的潜力在于氟化标记含供电取代基团的儿茶酚 胺类结构化合物，这就要求制备带有复杂官能团结构的芳香碘鲦盐前体。目前针 对芳香碘鲻盐方法的研究主要集中在6 一 1 8 f f l - d o p a 及其类似物的制备方面， 还处于探索的阶段 1 4 , 1 5 。 l 多巴( l d o p a ) 在临床上用于帕金森病( p a r k i n s o n sd i s e a s e ，p d ) 的治 疗。 6 - 【博f 氟- l 广多巴( 6 一r f f l u o r o 一3 ，4 一d i h y d r o x y - l p h e n y l a l a n i n e ， 6 1 8 f f l d o p a ，图1 8 ) 是在l - d o p a 苯环的6 位上用埽f 标记的多巴胺代谢 显像剂，它的体内行为类似于l - d o p a ，注入体内后参与多巴胺的合成与代谢。 h o h o c 0 2 h 图1 - 86 - 1 8 f 氟l 多巴( 6 一 18 f 】f 。l d o p a ) 7 天津大学硕士学位论文第一章前言 6 【1 8 f f - l - d o p a 的合成是目前研究的一个热门课题，对于合成方法学研究 及临床应用都具有重大意义。但目前6 ，【1 8 f f l - d o p a 的放射标记存在诸多问题， 用 1 s f i f 作为亲核氟化试剂合成6 1 8 f f - l o d o p a ，氟化亲核标记之后的反应步骤 较多，合成时间长，进而导致放化收率偏低。 亲电取代法由于方法本身的限制，所得产物的放化收率也不尽如人意( 放化 收率为1 0 左右) ，并且在实际操作中反应器和管路易被腐蚀，虽然目前临床上 使用的6 【1 8 f f l - d o p a 仍然是用 1 8 f f 2 与带有三甲基锡基团的l 多巴前体进行 亲电取代制备的。 a m e r s h a mh e a l t h ( 现被g e 收购) 已开始进行用芳香碘鲶盐的氟化亲核取 代反应来标记l - d o p a 的工作【1 4 , 1 5 】。该工作目前仍处于研究阶段，在寻找带有合 适保护基团的多巴结构及相应的另一侧带有合适取代基的不对称碘鲶盐，主要在 于寻找合适的保护基团和辅助基团及碘鲶盐氟化标记的条件等( 图1 8 ) 。 ：三一1 盟：三兰_ 啪一年 图1 8 1 3 二芳基碘翁四氟硼酸盐用作阳离子聚合光引发剂 光引发剂是紫外光u v 固化材料不可缺少的组分之一，它对光照的灵敏度和 固化膜的性能起主要作用。按其性质和引发机理可把光引发剂划分为自由基型和 阳离子型。通过自由基机理进行的光引发聚合虽然广泛应用于涂料工业中，但仍 存在些不足，主要有：( 1 ) 聚合反应强烈地受到空气中氧的抑制；( 2 ) 自由基 的笼蔽重合明显；( 3 ) 光固化体系一般只限于烯类单体；( 4 ) 固化过程的收缩率 高，内应力大，粘接性不好。为了克服这些缺点，7 0 年代中期，开发了阳离子 型光引发剂，使u v 固化技术上升到一个新的水平。与自由基聚合相比，阳离子 光引发剂引发的阳离子聚合具有一系列优点：它们不会受到空气中0 2 等自由基 抑制剂的影响；固化反应不易被中止，阳离子聚合反应一旦被引发，只要光引发 剂被足够的u v 光辐射分解，移走光源后，聚合反应在黑暗中照常进行，直到所 有单体全部聚合；固化时体积收缩小，所形成的聚合物的附着力更强【l6 1 。 8 天津大学硕士学位论文第一章前言 现已开发的阳离子光引发剂有芳香重氮盐、有机铝络合物硅烷体系、二芳 基碘绘盐和三芳基硫鲶盐、茂铁盐化合物等四个大类。 芳香重氮盐是研究得最早的阳离子光引发剂，其通式为：a r z n 2 + m t x n 一， m t x n 为b f 4 一、c 1 0 4 一、p f 6 一、a s f 6 一、s b f 6 一等非亲核性阴离子。芳香重氮盐 主要用于环氧树脂的光引发阳离子聚合。芳香重氮盐虽然是一类有效的光引发 剂，但是由于自身的不可克服的缺点：热稳定性差，不能长期贮存，光解时有氮 气产生，会在感光层中形成气泡或针眼，而影响涂层固化质量，所以它的应用受 到了一定的限制。 有机铝络合物硅烷体系，这类阳离子光引发剂主要用于环氧树脂体系的固 化。茂铁盐化合物由于二茂铁盐环氧基配合物和环氧化合物活性阳离子的形成 需要较长时间，光反应很难获得较高的转化率。只有通过外界加热的方式，才能 有效提高聚合物的反应转化率，获得性能优异的涂层。 7 0 年代中期通用电气公司的c r i v e l l o 和l a m 报道了二芳基碘翁盐和三芳基硫 鲶盐作为阳离子光引发剂的研究和应用，并很快就得到了商业化，成为应用最广 泛的阳离子聚合光引发剂。该引发剂具有良好的感光性、稳定性和光引发活性。 吸收波长一般在2 0 , - - 4 0 0 n m 范围内。二芳基碘锚盐既继承了重氮盐光解生成长寿 命阳离子，除去辐照可以继续引发聚合且对0 2 不敏感毋须n 2 保护的优点，又克 服了重氮盐不稳定且光解有n 2 生成使成膜材料出现针眼的缺点。它的开发使得 阳离子光敏聚合在理论研究与实际应用上得到了飞速发展) 。二芳基碘鲶盐在u v 光的照射下吸收特定波长的光而发生不可逆光分解，生成强质子酸和游离基，光 解的机理可表示为： a r 2 i * m t x = ：n卫小m t x f + a r r h + a r i * m t x n 啼a r i+ r + hm t x n a r + r h _ 卜a r h + r hm t x f + m h 一埘m t ) a s f 6 一 p f 6 一 b f 4 一。 制约二芳基碘鲦盐阳离子光引发剂推广应用的一个重要环节是它的毒性问 题，没有取代基的二芳基碘鲶六氟锑酸盐p h 2 i + s b f 6 一的半致死量( l d 5 0 ) 为 4 0 m g k g ，属剧毒物品，根本无法进行商业推广，所以宜选用毒性较低的氟硼酸 盐和六氟磷酸盐；制约碘鲶盐推广应用的另一个环节是，绝大多数芳基碘鲶盐在 常用单体中的溶解度很低，只在极性较强的溶剂中溶解度较好，例如：甲醇、二 氯甲烷等，这在一定程度上限制了它的应用，为克服这一弱点，有入在苯环上引 入较长的烷基链或烷氧基侧链，以期提高其在有机溶剂中的溶解度；碘鲶盐是一 类光引发性能良好的引发剂，但在3 0 0 n m 以上吸收极弱，不能充分利用汞灯在 这一区域的强辐射，对于迅速崛起的可见光固化技术就显得无能为力，这在很大 程度上也限制了它的应用。只有少数带强吸光性色基的碘绘盐可以在3 0 0 n m 以 上有吸收。所以应在苯环上引入供电子基或吸电子基，使其吸收波长向红移，提 高其紫外吸光范卧1 8 】。 近年来，以碘鲶盐作为光引发剂的光固化体系的研究依然十分高涨，它在粘 合剂、油墨、涂料、密封材料等方面的实际应用又有相当大的发展。随着研究的 深入，用它组成的光敏引发体系也已引起人们的极大兴趣，这方面的研究报道也 在逐年增多。迄今为止，我国还没有厂家生产阳离子光引发剂，其使用主要依赖 进口。阳离子光引发剂虽然对环保有利，但由于开发成本偏高，因此，如何开发 出性能优异、成本较为低廉的阳离子光引发剂是研究人员必须努力解决的问题， 加快研究开发步伐和阳离子光引发剂的国产化将对相关行业的发展有重大意义。 1 0 天津大学硕士学位论文 第二章二芳基碘蹈盐的合成 第二章二芳基碘绘盐的合成 目前，见诸文献的合成二芳基碘翁盐的方法并不是很多，系统地研究二芳基 碘鲶盐合成方法的主要有b e r i n g e r t l 9 - 2 5 1 和s k u l s k i 3 , 2 6 - 3 4 】等人。合成路线主要有以 下几种： 2 1 对称二芳基碘翁盐的合成 2 1 1 芳香化合物与硫酸亚碘酰反应 囝r 景 莎r - l i - 的弧0 4 m a s s o n 等人于1 9 3 7 年首先用硫酸亚碘酰和芳香化合物在浓硫酸中反应生 成对称的二芳基碘鳞盐的硫酸氢盐【1 9 ，2 0 1 。该硫酸氢盐的水溶液与溴化钠、氯化铵 等反应可生成相应的二芳基碘路的溴盐、氯盐等。本法可适用于苯环上有硝基 ( n 0 2 ) 、卤素( c l 、b r 、i ) 、羧基( c o o h ) 或甲磺酰基( c h 3 s 0 2 ) 等吸电子 取代基的芳香化合物，产率大多都超过5 0 。因为本反应引发较快并且剧烈放 热，故而应将芳香化合物慢慢滴入硫酸亚碘酰的悬浮液中，并保证反应液温度低 于5 。 该反应的历程与傅一克反应类似： r 最初m a s s o n 等人通过五氧化二碘在硫酸中热分解或者五氧化二碘和碘在浓 硫酸中发生归中还原反应制得硫酸亚碘酰。之后b e r i n g e r 等人发现碘在浓硫酸中 直接被发烟硝酸氧化或者碘和碘酸盐在浓硫酸中发生归中反应也都可以制得硫 天津大学硕士学位论文第二章二芳基碘筇盐的合成 酸亚碘酰，尤其是碘和碘酸盐的反应，是目前合成硫酸亚碘酰最常用的方法。 2 1 2 + 3 1 2 0 5 + 5 h 2 s 0 4 - - - -5 0 0 h s + 5 h 2 0 2 1 2 + 6 n a l 0 3 + 1i h 2 s 0 4_ 5 a o h s 0 4 + 6 n r i - - i s 0 4 + 8 h 2 0 1 2 + 3 h n 0 3 + 8 h 2 s 0 4 啼( 1 0 ) 2 5 0 4 + 3 n o + + 4 h 3 0 + + 7 h s o a 2 1 2 芳香化合物与碘酸钾在酸性条件下反应 k 1 0 3 a c o h a c 2 0 h 2 s 0 4汐的邯o - r b e r i n g e r 等人于1 9 5 3 年首先用该方法合成出对称的二芳基碘鲔盐【1 9 2 0 1 。本 法适用于苯、烷基苯、乙酰苯胺等苯环上含有供电基团的芳香化合物，是目前最 常用的合成对称二芳基碘鲶盐的方法。本反应在滴加硫酸的过程中，及其以后的 几个小时内，反应液的温度必须低于1 5 ，不然，剧烈的放热反应，使得碘酸 盐将芳环进一步氧化，影响产率。此法和硫酸亚碘酰法都可以以苯为原料来合成 二苯基碘鲦盐，但对一些溶解性较好的二苯基碘箱盐，如氯化物、硝酸盐和硫酸 氢盐，此法比a 法更容易分离出晶体。 2 1 3 芳香化合物与三价碘羧酸盐在酸性条件下反应 oo i | 2 a r h + i ( o c r ) 3 + h x a r 2 i + x + 3 r c o h b e r i n g e r 等人于1 9 5 9 年首先用该方法合成出苯环上含有供电子基团的二劳 基碘筠盐【2 0 1 。此法用的最多的是三价碘的三氟乙酸盐。对于活波的芳香化合物， 加入三氟乙酸即可：而对于不活波的芳环化合物，如甲苯、乙酸苯酯等，需要加 入酸性更强的酸，如硫酸。据b e r i n g e r 等人报道，用碘酸钾和苯甲醚生成4 4 二甲氧基二苯基碘鲶盐的反应产率极低，重现性也不好；而以该方案成功地合成 了目标化合物，并取得较好的收率。 三价碘的三氟乙酸盐的方法合成最常用的是f i c h t e ra n ds t e m 法，在2 0 以 下将碘、发烟硝酸在三氟乙酸和乙酸酐中发生氧化还原反应制得： 2 1 2 + 1 2 f 3 c c o o h + 9 a c 2 0 + 6 h n 0 3 卜 4 i ( 0 2 c c f 3 ) 3 + 18 a c o h + 3 n 2 0 3 1 2 r 囝r 囝 天津大学硕士学位论文第二章二芳基碘锚盐的合成 2 1 4 芳香化合物的三甲基硅烷衍生物与亚碘酰三氟甲磺酸盐反应i s 5 i 9 s h 洲曲3 嵩 r = h ( 9 3 ，m p l 7 5 - 1 7 7 )r = 2 ，4 ，6 - m e ( 5 7 ，m p l 9 2 1 9 3 ) r = 4 - m e ( 6 7 ，m p l 8 5 1 8 7 c )r = 4 - b r ( 7 0 ，m p l 9 6 1 9 8 c ) r = 4 - ( 4 b r c 6 h 4 ) ( 6 3 ，m p l1 0 1 2 ) s t a n g 等人于1 9 9 1 年提出以亚碘酰的三氟甲磺酸盐和芳香化合物的三甲基 硅烷衍生物为原料合成相应的对称二芳基碘鲔的三氟甲磺酸盐。该方法以二氯甲 烷为溶剂，克服了以前方法必须以强酸性的硫酸为溶剂的弱点。s t a n g 等人成功 地合成了一系列苯环上含有甲基、卤素等取代基的二芳基碘鲶盐，但是本方法对 某些苯环上含有羟基、甲氧基、氨基等易氧化基团的芳香化合物不适用。 亚碘酰的三氟甲磺酸盐可通过碘、五氧化二碘和三氟甲磺酸的反应制备 3 6 】。 2 1 5 芳香化合物与亚碘酰的氟代硫酸盐反应 r o - - io s 0 2 f - - - - - - - - - - - - - - c h 2 c 1 2 x r r 2 h ；x 2 h ( 5 3 )r 2 h ；x 2 m e ( 9 5 ) r = h ；x = t - b u ( 6 7 ) r = m e ；x = m e ( 71 ) r = h ；x = f ( 8 3 )r _ ；x = c l ( 8 7 ) r = h ；x = b r ( 7 8 ) 该方法由z e f i r o v 等人于1 9 9 3 年提1 3 7 , 3 8 】。该方法同硫酸亚碘酰和芳香化合 物的反应类似，但是硫酸亚碘酰的反应需要以强酸性的硫酸作为溶剂，而本方法 以二氯甲烷为溶剂即可，并且本法的产率要比硫酸亚碘酰高。本法不仅对苯环上 含有供电基团的芳香化合物取得较高产率，对苯环上含有硝基等吸电子基团的芳 香化合物也取得较好收率。该路线的机理可能如下： h s o ： 同m a s s o n 等人合成硫酸亚碘酰的方法类似，z e f i r v o 等人通过碘、五氧化二 天津大学硕士学位论文第二章二芳基碘经盐的合成 碘和氟代硫酸来合成亚碘酰氟代硫酸盐【3 6 1 。该化合物的合成比较困难，并且不稳 定，易分解。 2 2 不对称二芳基碘翁盐的合成 2 2 1 通过碘酰苯、亚碘酰苯或二乙酰氧碘苯在酸性条件下合成 r i r r 莎i 一莎 ；f 3 c c 0 2 该方法由b e r i n g e r 等人于1 9 5 3 年首先使用，并成为合成不对称二芳基碘翁 盐最常用的方法之_ 2 0 l 。将亚碘酰苯、二乙酰氧碘苯或碘酰苯( 应用较少) 和另 一个芳香化合物在强酸中反应制得二芳基碘鲦盐的硫酸氢盐，该硫酸氢盐的水溶 液可以和卤素的无机盐发生离子交换生成相应的二芳基碘鲦盐的卤素盐。 b e r i n g e r 等人认为，当芳环的亚碘酰化物上含有吸电子基团的时候( 如硝基) ， 反应在硫酸中进行比较适宜。当任意一个反应物中含有给电子基团的时候( 如乙 酰胺基) ，反应在乙酸一乙酸酐一硫酸体系中进行为宜。芳环上电子云密度更大 的芳香化合物( 如用苯甲醚或噻吩作原料反应时) 最好用乙酸酐一三氟乙酸体系。 1 9 9 5 年k a s u m o v 等人用二氯甲烷作溶剂，将亚碘酰苯和三氧化硫在一5 0 下混合，再加入另一个芳香化合物来制备二芳基碘鲦盐【3 8 1 。该方法最大的优点是 避免用具有腐蚀性的浓硫酸做溶剂，并且本方法不仅对苯环上有给电子取代基的 芳香化合物适用，对苯环上含有吸电子基团，甚至强吸电子基团的芳香化合物( 如 硝基苯和氟化苯) 也取得较好收率。 1 9 9 2 年k i t a m u r a 等人报道了以亚碘酰苯、三氟甲磺酸的混合物在二氯甲烷 中与另一个芳香化合物反应生成二芳基碘筠盐的三氟甲磺酸盐【3 9 1 。 p h l o t f o h 试剂的反应活性，比亚碘酰苯或二乙酰氧碘苯在硫酸中的活性要高。本法对苯环 上含有给电子基团或弱的吸电子基团的芳香化合物( 含弱吸电子基团如氯、溴的 1 4 天津大学硕士学位论文第二章二芳基碘缝盐的合成 芳香化合物反应时间比较长) 适用，但是对苯环上含有强吸电子基团的芳香化合 物，如硝基苯和苯乙腈不适用。 1 9 9 4 年k i t a m u r a 等人又用二乙酰氧碘苯代替亚碘酰苯合成出二芳基碘翁盐 的三氟乙酸盐【矧。他们认为p m o 易发生自身聚合，生成副产物p h i + p h i + a t 2 t f - ， 而用p h i ( o a t ) 2 代替p h i o 可以避免副产物的生成，从而提高产率。表2 1 列出 了两种方法所得的产率对比。 表2 1 a r hp 1 1 i o t f o h p h i ( o a c ) 2 - t f o h 反应时间产率 反应时间产率 p h1 7 h6 5 o 5 h 8 5 4 - m e c 6 h 4 l h8 2 l h9 5 2 ，5 - m e 2 c 6 h 3 l h6 8 0 5 h7 5 2 ，4 ，6 - m e 3 c 6 h 2 2 h7 4 o 5 h9 8 4 一m e o c 6 h 4 l h 7 7 l h8 2 4 一c 1 c 6 h 4 17 h r e f l u x7 5 2 4 h7 4 4 - b r c 6 h 4 17 5 h r e f l u x5 5 2 4 h7 9 4 一i c 6 h 4 17 h r e f l u x8 4 2 4 h9 6 s h a h 等人于1 9 9 7 年在k i t a m u r a 等人方法的基础上略加改进，以二乙酰氧碘 苯的衍生物、三氟乙酸( 或三氟甲磺酸) 和另一个芳香化合物在二氯甲烷中- - 3 0 下反应，合成出了一系列较为复杂的二芳基碘鲦盐的三氟乙酸盐或三氟甲磺酸 士卜【4 l 】 r m o 由于s h a h 等人的方法有很强的对位选择效应，如要合成2 ，2 二甲基二苯基 碘鲶盐，用该方法就不合适。2 0 0 0 年c a r r o l l 等人用芳基硼酸a r b ( o h ) 2 代替芳 香化合物a r h 与p h i ( o a c ) 2 t f o h 在二氯甲烷中反应，生成二芳基碘鳐盐【4 2 】。该 方法最大的优点的不受对位选择效应的影响，产率也较以往方法高，并且不需要 低温环境，室温下即可反应。 b ( o h ) 2 + r i ( o a t ) 2 h x - r t r = h ，r 。= h ( 9 2 ) ；r = h ，r = 4 - m e o ( 9 7 ) ；r = h ，r = 4 - c i ( 7 9 ) r = h ，r = 2 一m e ( 8 6 ) ；r = h ，r = 4 一p h ( 7 4 ) r x 天津大学硕士学位论文 第二章二芳基碘绘盐的合成 a r i c i z 、a r l 0 2 和a r l o 的制备： b e r i n g e r 等人将a r i 溶于氯仿中，并在低温下通入氯气制备a r l c l 2 【4 3 1 。 a r l 0 2 最初是通过a r l c l 2 被次氯酸钠氧化或a r l o 自身的歧化反应来制各【4 】， s h a r e f l d n 等人用过氧乙酸氧化a r i 来制型删。由于过氧乙酸操作比较危险，2 0 0 1 年s k u l s k i 等人又报道了以a r i 为原料，用高碘酸钠为氧化剂来制备a r l 0 2 ，取得 较好效果【3 0 l 。a r l 0 2 是一种挤压或高温易爆炸的化合物，因此在碘鲶盐合成中应 用较少。 亚碘酰苯可由a r l c l 2 【删或者a r i ( o a e ) 2 【4 6 】在氢氧化钠水溶液中水解来制备。 a r i ( o a c ) 2 的