（有机化学专业论文）磷酰基和芳酰基杂氮硅三环的合成与生物活性研究.pdf

硕士学位论文 ma m t f r sf f i f s i s 程中， 为了避免杂氮硅三环化合物开环， 选择极性小的溶剂乙酸乙醋或氯仿和 加入适量的有机缚酸剂三乙胺是反应的成功关键。 采用离体活性测定的方法初步测试了十二个化合物的杀菌活性， 结果表明 杂氮硅三环类化合物对棉花枯萎病菌、小麦赤霉病菌、甜菜褐斑病菌、苹果轮 纹病菌、 水稻枯萎病菌都有不同 程度的抑制效果， 尤其是对棉花枯萎病菌、 苹 果轮纹病菌的作用明显; 化合物i i a , i i d , i i i k 对五种病菌均有比较好的杀菌作 用 ， 尤 “ iiik 对 苹 果 轮 纹 “ 菌 的 ” 制 ” 果 达 至” 80.0% o 关 键 词 : 氨 基 丙 基 杂 氮 硅 三 环 ( 硫 代 磷 酞 氯 ; 芳 酞 氯 取 代 反 赞生 物 活 性 硕士学位论文 m a s t e r s i l l 麒1 s ab s t r a c t s i l a t r a n e s a r e o r g a n o s i l i c o n c o m p o u n d s h a v i n g s p e c i f i c m o l e c u l a r s t r u c t u r e a n d o b v i o u s b i o l o g i c a l a c t i v it y . t h e i r p r o p e r t i e s , s y n t h e t i c m e t h o d s a n d r e a c t i o n c o n d i t i o n s a r e g r e a t l y r e l a t e d t o t h e s u b s t i t u e n t s o n s i l i c o n a t o m. i n t h i s t h e s i s , y - a m i n o p r o p y l s i l a t r a n e w a s s y n t h e s i z e d b y t r a n e s t e r i f i c a t i o n o f t r i a l k o x y s i l a n e s w i t h t r i e t h a n o l a m i n e . s i x d i a l k o x y l p h o s p h o r y l a m i n o p r o p y l s i l a t r a n e s , s i x a l k o x y l t h i o p h o s p h o r y l a m i n o p r o p y l s i l a t r a n e s a n d e l e v e n s u b s t i t u t e d a r o y l a m i n o p r o p y l s i la t r a n e s w e r e s y n t h e s i z e d b y t h e fu n c t i o n a l g r o u p t r a n s f o r m a t i o n r e a c t i o n o n s i l a t r a n e s . t h e s t r u c t u r e s o f t h e t i t l e c o m p o u n d s w e r e c o n f i r m e d b y e l e m e n t a r y a n a l y s i s , i r , h n m r a n d m s m e a s u r e m e n t s , a n d t h e r e s u l t s s h o w t h a t th e i r s t r u c t u r e s a r e a c c o r d e d w i t h t h e e x p e c t e d o n e s . t h e i r p h y s i c a l , c h e m i c a l p r o p e rt i e s a n d s p e c t r o s c o p i c c h a r a c t e r i s t i c s w e r e i n v e s t i g a t e d s y s t e m a t i c a l l y . t h e s t r u c t u r a l f o r m u a l s o f t h e t i t l e c o m p o u n d s a r e a s f o l lo w s r e s p e c t i v e l y : ( 1 ) : d i a l k o x y l p h o s p h o r y l a m i n o p r o p y l s i l a t r a n e s o ii ( r o 万 p 一h -c h zc h 2c h z s i(o c h 2c h x)3n ( 1 1 ) : a l k o x y l t h io p h o s p h o r y l a m i n o p r o p y l s i l a t r a n e s s r o ) 2 p - n h - c h 2 c h z c h 2 s i( o c h z c h z ) 3 n ( 1 1 1 ) : s u b s t i t u t e d a r o y l a m i n o p r o p y l s i l a t r a n e s 0“ a r - c - n h - c h z c h 2 c h 2 s i ( o c h z c h z ) 3 n d u r i n g t h e e x p e r i m e n t s , t h e f u n c t i o n a l g r o u p t r a n s f o r m a t i o n r e a c t i o n i s o ft e n 硕士学位论文 ma s t e r s t h e s i s a c c o m p a n i e d b y s i l a t r a n e r i n g c l e a v a g e , w h i c h l e a d s f u r t h e r t o s o m e p o l y m e r f o r ma t i o n . i n o r d e r t o a v o i d t h e s i d e r e a c t i o n s , t h e c o n t r o l o f r e a c t i o n c o n d i t i o n s i s r a t h e r i m p o rt a n t . we f i n d a n a lk a l i n e s u b s t a n c e s u c h a s t r i e t h y l a m i n e s h o u l d b e a d d e d t o r e m o v e t h e a c i d i c b y - p r o d u c t a n d a p p r o p r i a t e s o l v e n t s h o u ld b e c h o s e n a c c u r a t e l y . t h e p r e l i m i n a r y b i o a s s a y o f a n t i b a c t e r i a l a c t i v i t y w as d e t e r m i n e d , a n d t h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t s o m e o f t h e c o m p o u n d s e x h i b it e d b i o l o g i c a l a c t i v i t y t o s o m e e x t e n t . e s p e c i a l l y i l a , l i d . i l l k h a s g o o d a n t i b a c t e r i a l a c t i v i t y . k e y w o r d s : y - a m i n o p r o p y l s i l a t r a n e s , ( t h i o ) p h o s p h o r y l c h l o r i d e , a r o y l c h l o r i d e , s u b s t i t u t i o n r e a c t i o n , a n t ib a c t e r i a l a c t i v i t y . 硕士学位论文 m a s t e r s t h e s i s 第一章文献综述与课题提出 第一节杂氮硅三环研究的现状与发展 一、概述 1 9 6 1 年，美国的f y r 。 等人首次报道通过三乙氧基硅烷与三乙醇胺的反应 合成了 杂氮硅三环这一类新的有机硅化合物 u ， 其化学名称命名为1 一 取代基一 ， 8 , 9 一 三 氧杂一 5 - 氮杂 一 1 一 硅 三环 3 , 3 , 3 , 0 s 1 十一 碳 烷。 在此 之后， 前 苏联 科 学院院士 v o r o n k o v及其合作者对这类化合物的合成方法及其物理化学性质进 行了详细的研究， 发现它们具有很高的偶极矩、 特征的红外吸收和核磁共振谱， 综合这些性质， 他们提出了这类化合物具有分子内硅一氮配位键的设想， 并称 之为 杂 氮 硅三 环 ( s i l a t r a n e ) (2 - 1 1 。 后 来b o e : 等 用x 一 射 线 晶 体 结 构 分 析 证 实 了 这 一设想6 1 ，其分子结构式为: r - s i i- - n l o 或r -s i( o c h 2 c h z ) 3 n s i l a t r a n e 由于这类化合物具有特殊的分子结构和显著的生物活性， 人们对它产生了 浓厚的兴趣， 并进行了广泛的研究。目前有些化合物己经作为治疗烧伤、 溃疡、 脱发的药物以及作为灭鼠 剂、杀菌剂、 植物生长调节剂而获得广泛应用 - 1 1 由于它们的作用方式与通常的有机药物完全不同， 因此被认为是一类很有开发 前途的新型药物。 二、杂氮硅三环的发展 杂氮硅三环是一类具有笼式特殊结构的有机硅化合物， 正是由于结构上的 特殊理论意义和应用上的广阔前景， 它们受到了人们的普遍重视。 从六十年代 杂氮硅三环类化合物的首次合成至今近四十年来， 人们通过实现硅原子上取代 基的变化， 合成了许多取代的杂氮硅三环化合物， 发现该类化合物生物活性广 l 一一 一 一 一 一 一 一 一 一 - - 一 一 - 硕士学位论文 m a s t e r s t h e s i s 泛， 极具开发潜力。前苏联的v o r o n k o v 、 我国中科院北京化学所的吴观丽以及 南开大学元素所的谢庆兰等人对此进行了深入系统的研究，作了大量的工作。 目前研究的杂氮硅三环按 1 位取代基的不同大体上分为两大类: 第一类: 通式为 ( 1 - 1 ) . ( 1 - 2 ) . ( 1 - 3 ) , r为 烷基、 芳基、 杂芳基等有机基团 1 1 2 - 1 6 1 。该类化合物研究的较早， 近十几年来没有什么新的进展。 r -s i ( o c h 2 c h 2 ) 3 n ( 1 - 1 ) r o -s i ( o c h 2 c h 2 ) 3 n ( 1 - 2 ) a r c o o s i ( o c h 2 c h 2 ) 3 n ( 1 - 3 ) 第二类: 通式为 ( 1 - 4 ) , r为( c h 2 ) 。 或其它烃基， r 为各种烃基、 芳 基、 杂 环等有机基团，x为杂原子，目前人们对此类化合物的研究比较多。 r x r s i(o c h ic h 2)3n ( 1 - 4 ) 杂氮硅三环化合物的合成方法主要有两种， 一种是传统的三乙氧基硅烷与 三乙 醇胺的酷交换反应 1 7 1 ， 这种方法只适合比 较简单的取代基: 另一 种是侧链 官能团的转化反应， 此法可以适合各种取代基， 为合成各类杂氮硅三环化合物 提供了新的途径。 但在侧链官能团转化时， 经常伴随着环被破坏的副反应， 因 此适当的反应条件的选择是十分必要的。目前，下面反应都采用此方法成功的 实现; 2 . 1 含氮及氮杂环取代基的杂氮硅三环的合成 用卜氨丙基杂氮硅三环与酞氯或梭酸反应合成 5 一 氟脉a - p k- 杂氮硅三环 1 1 8 ) ，这是一种比 较有希望的新型抗癌药物。 硕士学位论文 ma s t e r s t h e s i s ncor +h 2 n ( c h 2 ) 3 s i ( o c h 2 c h 2 ) 3 n nih o1 n c y n h ( c h 2 ) 3i ( o c h 2 c h 2 ) 3 n r = c 1 ， n h c h r c o o h; y = o， c o c h n h 含胺基的杂氮硅三环的合成1 1 9 - 2 1 1 ， 很多这些化合物都具有抑制肿瘤活性。 m c n h c h ,s i(o e t) , +八 _c h ic ，一 x i 皿 卜 4 e i c h 2 n c h 2 s i ( o e t ) 3 ( c h 2 c h 2 0 h ) 3 n m e x - i l _ c h 2 n c h 2 s i ( o ch 2 ) 3 n ( x = h , c i ) a r n h 2 + c l ( c h 2 ) 3 s i ( o c h 2 c h 2 ) 3 a r n h ( c h 2 ) 3 si ( o c h 2 c h 2 ) 3 n ar cl+ h , n ( c h 2 ) 3 s i ( o c h 2 c h 2 ) 3 n c i ( c h 2 ) 3 s i ( o e t ) 3 h 2 n ( c h 2 c h 2 n h ) 2 ( c h 2 ) 3 s i ( o e t ) 3 h 州( c h 2 c h 2 n h ) 2 ( c h 2 ) 3 s i ( o c h 2 c h 2 ) 3 ar cho a r c h = n ( c h 2 c h 州h ) 2 ( c h 2 ) 3 s i ( o c h 2 c h 2 ) 3 n 含氮杂环的杂氮硅三环的合成12 2 - 2 4 1 cl n c h 20 h h s i(o c h 2c h 2j骨 c h 20 s i(o c h 2c h 2)3 馨bh pf+w. master 位论 文 s t h e s i s n ( c h 2 ) 3 s i ( o c h 2 c h 2 ) 3 n 久丫 c h 2 0 h+h 2 n ( c h 2 ) 3 s i ( o c h 2 c h 2 ) 3 n一d a 竺争 尺 ( c h 2 c h 2 0 h ) 3 n r 2 n h+ c ic h 2 s i( o c h 3 ) 厂 r 2 n c h 2 s i( o c h 3 ) 3 r 2 n c h 2 s i ( o c h 2 c h 2 ) 3 n 式中，r为咪啤，毗哇等含氮杂环。 2 .2 含主族杂原子取代的杂氮硅三环的合成 通过硅原子上官能团转化反应可以合成含有 s i . g e 的杂氮硅三环化合物。 贺峥杰等报道， 该类含硅化合物具有一定的抗肿瘤活性，而且对小鼠镇痛有一 定的 效果 2 5 - 2 6 1 。 宋雪清等报道， 含锗化合物具 有杀 菌活性2 7 1 r , s i c 1、 c ic h 2 s i(o c h 2c h 2)3n mg 一知卜 thf r 3 s i c h 2 s i ( o c h , c h 2 ) 州 a 3 g e c h r h r 2 c 0 2 h +e t o s i ( o c h 2 c h 2 ) 3 n一 、 3g ec h r p 20 0 0 s i(o c h 2c h 2)3n 用酷交换法合成含硫、 硫氰基的杂氮硅三环2 8 1 r s (c h 2) s i(o m e)3 + (c h 2c h 20 h )3、 一r s (c h 2) 猛疏 采 寻 s c n s i ( o e t ) 3 + ( c h 2 c h 2 0 h ) 3 n一s c n fs c n s i(o c h 2c h 2)3n 廖仁安等用氯甲基三乙氧基硅烷与二硫代磷酸钾反应合成了1 位含硫代磷 酸 酷亚甲 基 的 杂 氮 硅三 环 2 9 1 式 ( 1 - 5 ) ， 具 有杀 菌、 刺 激 植 物生长的 活 性。 2 0 世纪9 0 年代以后， 人们合成了一类新化合物， 那就是含有过渡金属的 杂 氮硅三 环3 0 1 。 如含有二茂铁基的杂氮硅三环式 ( 1 - 6 ) 和式( 1 - 7 ) ， 含二 键络合物 的杂氮硅三环如式( 1 - 8 ) ， 还有多核配合物的杂氮硅三环如式( 1 - 9 ) 。 此外， 杂氮 硅三环还可做配体形成新的络合物。 硕士学位论文 m a s t e r s t i i f s s (r o )z(s )p s c h z s i(o c h zc h z)3n ( 1 - 5 ) s i(o c h zc h z)3n fe - s i(o c, hz c h n ( 1 - 7 ) in (c h zc h z0 )3sic 6h 5i w( c o ) 3 ( 1 - 8 ) s i ( o c h z c h z ) 3 n ( 1 - 9 )( 1 - 1 0 ) 除了普遍应用取代三烷氧基硅烷与三乙醇胺的醋交换成环反应和取代杂 氮硅三环侧链官能团转换反应之外， 科学工作者经过大量实验发现， 采用加成 反应也可合成杂氮硅三环 3 1 - 3 3 1 。 例如乙 烯基杂氮硅三环与卡宾反应， 合成1 位 有环状取代基的杂氮硅三环( 1 - 1 0 ) 0 陶春元 3 4 1利用带手性中 心的n ,n 一 双 ( 0 一 轻乙 基) 苏氨酸 ( 丝 氨酸) 代替 三乙醇胺在毗咙存在的条件下，合成具有手性的 ( 4 s )- 4 - 梭基杂氮硅三环 ( 1 - 川 。e d m u n d s等报道了用杂氮硼三环合成杂氮硅三环，这种方法是在温 和的条件下， 选择性地断裂s i - c键， 反应用e t o h / e t o n a 或c a f 2 作催化剂3 5 1 cooh n/-, r _si 0_/ ( 1 - 1 1 ) 5 硕士学位论文 m a s t e r s t i i bi s 乙烯基杂氮硅三环与1 . 3 偶极子的加成反应形成杂环取代的硅氮三环 n ( c h z c h 2 o ) 3 s i c h i =c h s i( o c h 2 c h 2 ) 3 n + c h 3 c -=n 。一c h 3 - o , n 尹 - c h 3 较多较少 三氯硅氢与环烯烃加成反应制备环状取代基的杂氮硅三环。 h s ic 13 必 _ ( c h 2 c h 2 0 h ) 3 n i 分sc l3分 si(o m e)3 s i ( o c h , c h2 ) 3 n 三、杂氮硅三环的分子结构和理化性质 杂 氮硅三 环中 硅原 子以s p 3 d 杂 化轨 道形 式 成 键， 环 骨 架 上的 三个 氧原 子 处 于同一平面， o - s i - o键角为1 2 0 0。 氮原子和取代基r分别位于平面上下两个 顶端位置，整个分子呈三角双锥构型，是一种配位数为5 的硅化合物。 硅原子 的3 d 空轨道接受氮上的孤对电子形成跨环n - - s i 配位键，以n - - s i 键为轴形 成了 三个五元杂环的 笼状对 称结构 3 6 1 x 一 射线晶体结构表明， 分子由s i - o - c - c - n 组成的五元环并不是平面结构， 而是呈信封状3 2 1 ，如图所示: 分子中n -s i 键长都在2 . 0 -2 . 4 a 之间3 2 1 ，比 正常的n - s i 单键 ( 1 . 8 0 a ) 要长，比硅原子和氮原子的范德华半径之和 ( 3 . 5 助 短得多， 这证明了分子中 n 一5 1 配位键的存在。 硕士学位论文 ma s t e r s t h e s i s x 一 射线光电子能谱 ( x p s )实验结果表明，杂氮硅三环分子的 n i s 结合能 升高 而 s i z e 结合能降 低 ( 分别与 三乙 醇胺和三乙 氧基硅烷比 较) 。 这说明了 存 在n -s i 配位键，硅原子的3 d 空轨道接受氮原子的p 轨道上的孤对电子，使 氮原子的电荷密度降低，结合能升高，而分子中的硅原子则相反。根据 e h m o 理 论计 算表明 取代 基r 的 变 化 所引 起的n is 和s i2 p 结 合 能 位 移有 线性 关 系， 表 明不同取代基r对n - - s i 的强度有影响3 8 1 杂氮硅三环的红外光谱在 5 7 0 - 6 0 0 c m - ， 之间出现中等强度的吸收峰， 这是 n - s i 配键的 特征伸缩振动吸 收峰 f3 9 1 , s 1 - 0 - c 在相 应的区 域内 也有特征吸收。 核磁共振氢谱中， 与硅相连的o c h z 和c h z n 质子化学位移一般在3 . 7 0 3 . 8 5 p p m 和2 . 7 0 -2 . 8 5 p p m 。 两种质子的化学位移比相应原料低， 而与硅相连的r 取代 基中。 - c上的 氢化学位 移又向高 场移动4 0 1 ， 这也可以 通过形成n - - s i 配 键来 解释其原因。 杂氮硅三环的质谱研究表明，分子离子的稳定性，基峰的生成方式以及碎 片离子的多少主 要取决于 取代基r的 性质4 1 1 。 如 果r为吸电 子基，由 于r的 诱导效应，使硅原子上的电荷密度移向r ，其正电性增加， 接受电子的能力变 大， n - - s i 配键较强， 倾向于s i - r 键的断裂， 生成具有n - - s i 共价键的稳定杂 氮硅三环离子 基峰为m / z ; 1 7 4 ( m - r ) ; 如果r为推电 子基， 则分子离子峰较 稳定，相对丰度较大，而且分子易开环。 四、杂氮硅三环的生物活性 杂氮硅三环是一类具有显著生物活性的化合物， 随着 1 位硅原子上所连基 团的变化，该类化合物可表现出迥然不同的生物活性。 部分杂氮硅三环化合物 对哺乳动物的中枢神经系统有麻痹作用，芳香类取代基的杂氮硅三环的毒性 高，有的甚至比氰化物的毒性还大几倍，因而被用作灭鼠剂，如 ( 1 - 1 2 ) ( 代号 r s - 1 5 0 ) 在国外己是一种商品化的杀鼠 剂， 它们主要作用神经中枢系统， 使对 象呼吸短促，进而发生痉挛。 而另一特点是无气味， 残效期短，鼠 类摄入后很 快在其体内 分解， 不 发生二次中 毒 或被人的 皮 肤吸收 等问 题4 2 1 。 脂肪烃基或 烷 氧基的杂氮硅三环毒性很小，甚至无毒，具有很多药理特性，可刺激植物生长 和机体组织再生，如氯甲 基杂氮硅三环 ( 1 - 1 3 ) ( 代号m i v a l ) 、乙氧基杂氮硅三 环 ( 1 - 1 4 ) ( 代号m i g u g e r ) ， 没有毒性， 且可促进植物生长。 以0 .0 0 1 % - 0 . 0 1 %( 质 硕士学位论文 v a s t e r s t h e s i s 量分数)的mi v a l 水溶液浸泡种子，可促进棉花、蔬菜、玉米、大麦、大豆、 土豆、葡萄等的发芽、生长及产量增加。新近报道用 0 .0 1 ( 质量分数)的 m i v a l 处 理 棉 花 种子 ， 可 使 棉 花 增 产1 1 % 14 2 1 . m i v a l 及m i g u g e : 还 有 很 多 方 面 的药理性质， 能刺激头发生长， 对各种脱发症有效， 促进母鸡生蛋和雏鸡成长， 提高蚕的产茧量和抗凝血等作用。 c l 一 飞矛c ic h 2- s i(o c h 2c h 2)3n ( 1 - 1 2 ) ( 1 - 1 3 ) 某些杂氮硅三环具有较强的抗癌活性， 特别是与化学药物一同使用时能发 挥 协同 作 用， 使 之 更为 有效4 3 1 。 日 本 的k a t o , s h o z 。 研究 发 现， 杂 氮 硅 三 环形 成的s c h i ffb a s e s类化合物具有较强的杀菌和抗肿瘤活性。 e to - s i(o c h zc h z)3nr - s i(o c h 2c h 2)3n ( 1 一 1 4 ) ( 1 - 1 5 ) 在 国外，g r n a等报道( 1 - 1 5 )( 式中 r = n c ( c 姚) : ，h 2 n ( c h 2 ) 3 , c h 2 = c h c h 2 n h c s n h ( c h 2 ) 3 ) 对老鼠 肾 癌 细胞 有 抑制作 用， 用杂 氮 硅 三 环 进行 实验的老鼠没有明显的肿块，而且癌细胞扩散慢，死亡速度也慢很多; 但加大 杂氮硅三环剂量时， 其毒性阻碍了 达到更佳的治疗效果【4 4 1 关于杂氮硅三环的毒性及影响因素，可以从以下几个方面来考虑: a . 杂氮硅三环的多面体笼状结构及s i 和n的特殊价态; b . 分子的偶极矩大小; c . 与s i 相连的取代基的性质; d . 分子中最活泼的键的断裂速度及方式。 g r e e n b e r g 等认为， 杂 氮硅 三环的 毒性与 分子偶极 矩有关， 偶 极矩在它的 活性方面起着重要作用， 高偶极矩的分子易于穿透细胞膜进入生物体的细胞内 14 5 1 。 一般 而言 ，高 偶极矩的分子 毒 性高， 叶 松等人用量子化学m n d o方 法计 9 硕士学位论文 m a s t e r s i i i e s i s 算其结构表明:杂氮硅三环中的 r - s i 键是一弱键，最低空轨道定域于反键6 轨道，因此是分子中 最活泼的键，它的断裂速度与毒性有直接的关系(4 6 1 综上所述，杂氮硅三环是一类具有广谱生物活性的五配位有机硅化合物， 在工农业及医药等方面有广泛的应用前景。 第二节课题的提出与研究的意义 1 9 7 8 年l u k e v i c s 等人合成了 大约2 5 0 种y - 氨基丙基硅烷， 通过研究其药 理作用， 发现有几种化合物具有良好的抗微生物性能， 这些化合物的效果近似 于具有广谱抗微生物作用的制霉素( n y s t a t i n ) ， 对白 色念珠菌、 金黄色葡萄菌、 毛发癣菌、 表皮 癣菌以 及芽饱杆菌都 有较强的 杀 菌作 用4 7 1 。 构效关系的 初步 研 究表明: 氮原子与硅原子之间以相隔三个碳原子时活性最好， 氮原子上取代基 的种类和空间结构与 其抗霉菌活性有着密切的关系， 氨基烃基硅烷类化合物还 有良 好的抗胆碱作用和对肿瘤的抑制作用4 8 1 。 因此， 近十几年来这一领域受到 人们的广泛关注。 众所周知，磷是生命过程中不可缺少的元素，对生命的维持起重要作用。 许多磷酸基化合物和杂环化合物具有很强的生物活性， 它们在药物和农药品种 中占有相当大的比例，因此， 磷酸基杂环化合物作为许多天然和合成生物活性 物质的官能团引起了人们的广泛兴趣。目 前， 磷酞基杂环化合物成为生物活性 有机磷化合物的研究热点， 对它的深入研究将会给农药、 医药及仿生学领域带 来 广 阔 前 景 4 9 1 综观近四十年来人们对杂氮硅三环化合物的研究， 发现化学家们对侧链带 有杂原子的较复杂取代基的化合物研究比较少， 通常杂原子取代基一般在原料 三烷氧基 硅烷中引 入， 然后再与三乙 醇 胺发 生 酷交换成环得到产物 5 0 1 ， 这 样对 于较复杂取代基的成环比较困难。 通过检索文献， 我们发现目前关于分子中含 有p 和s i 元素的有机化合物报道很少， 而在杂氮硅三环分子中同时含有p , n 元素的化合物还未见报道。 我们采用活性基团拼接的方法， 将具有生物活性的 磷酞基引入到杂氮硅三环的侧链上，合成新型含磷酞基的杂氮硅三环化合物， 硕士学位论文 m a s t e r s t f 正 s i s 同时考察它们生物活性的变化。我们以氨基丙基三乙氧基硅烷，三氯化磷， 三 氯硫磷、三乙醇胺、无水脂肪醇等为基本原料，采用酷交换反应合成带有官能 团的杂氮硅三环，然后利用杂氮硅三环中侧链官能团转化反应，合成了i 、n 两个系列共 1 2 个含磷酞胺基的杂氮硅三环化合物。 结构如下: i 、二烷氧基磷酞氨基丙基杂氮硅三环 o 1 ( r o ) z p - n h - c h 2c h 2c h 2 s i(o c h 2c h z)3n r = me ， e t ， n - p r ， i - p r ， n - b u ， i - b u 1 1 、二烷氧基硫代磷酞氨基丙基杂氮硅三环 ( r o ) 2 p - n h - c h 2 c h 2 c 姚s i( o c h 2 c h 2 ) 3 n r = me ， e t ， n - p r ， - c h 2 - ， i - p r ， i - b u 近年来发现取代酞胺类化合物是一类良好的抗菌药物和良好的植物生长 调节剂! 川，我们将有生物活性的酞胺基团引入到杂氮硅三环的侧链上，以 取 代苯甲酸、氨基丙基三乙氧基硅烷、三乙醇胺等为基本原料， 采用酷交换和侧 链酞基化反应，合成了第川系列共 1 1 个化合物。 结构如下: o a r - c - n h c 姚c h , c h ,s i(o c h 2c h z)3n 硕士学位论文 m a s t e r s t h e s i s a r 一 一 o , n h , c 仁 卜， 仁 卜 ， ， 0， o 2n - ! c i b r- ,国 卜c h 3 查 i c i 通过i r、 h n m r , m s 及 元素 分 析 等手 段 对以 上三 个系 列 化合 物 进 行结 构表征，分析其理化性质和波谱特征， 测定这些化合物的杀菌活性，希望能够 进一步筛选出具有较高生物活性和应用价值的化合物。 学位论文 zr1-maste r 51 1 s i s 第二章二烷氧基磷酞胺基丙基杂氮硅三环的合成 第一节合成路线 杂氮硅三环化合物不仅具有特殊的分子结构，而且还具有显著的生物活 性， 含磷酞基的化合物通常具有很强的生物活性， 很多是非常有效的有机磷农 药5 2 1 。 根据活性子叠加的原理， 我们将磷酞基引入到杂氮硅三环的侧链上， 希 望能合成具有较好生物活性的有机硅药物。 通过不同的二烷氧基磷酞氯与氨基 丙基杂氮硅三环发生氨解反应， 合成了6 个新型的杂氮硅三环类化合物， 其合 成过程可分为三步: 一、氨基丙基杂氮硅三环 ( m t )的合成 h 2 n ( c h 2 ) 3 s i ( o c 2 h 5 ) 3 + ( h o c h 2 c h 2 ) 3 n 1 2 0 1 3 0 0c r e fl u xh zn (c 、 ): fh 2n (c h 2)3 s i(o c h 2c h 2)3n 、二烷氧基磷酸氨 ( m 2 )的合成 法一: p c l 3+2 r o h - ( r o ) 2 p o h+2 h c l 0“护 ( r o ) 2 p o h+s o c 1 2 一( r o )c i + s 0 2+h c i 法二 2 r o h +p o c l 3s o c i 2 o i i ( r o ) 2 p c l + s 0 2+h c i 三、二氧基磷酸胺基丙基杂氮硅三环的合成 _ oii_，1 ( r o ) 2 p c 1+h 2 n ( c h 2 ) 3 s i ( o c h 2 c 姚) 3 夕一 o11 ( r o ) 2 p n h (c hz )3 fc h 2)3s i(o c h 2c h 2)3n r: me ( a ) ， e t ( b ) , n - p r ( c ) , i - p r ( d ) , n - b u ( e ) , i - b u ( t ) 硕士学位论文 从a s t e r s t i i e s i s 第二节实验部分 一、仪器和试剂 p t - i r 红外光谱仪 ( k b :压片) ;j e o l - f x 9 0 q 型核磁共振仪及 v a r i a n - x l - 2 0 0 型超导n m r仪 ( c d c 1 3 为溶剂， t m s 为内 标) ; p e - 2 4 0 0 型元 素自 动分析仪;h p - 5 9 8 8 a四极杆质谱仪:北京泰克仪器厂x - 4 型数字显示显 微熔点测定仪，温度计未经校正。 氨丙基三乙氧基硅烷 ( 武汉大学化工厂产品) ，经减压蒸馏处理，三乙醇 胺( 武汉制氨厂产品， 分析纯) ， 其它试剂均为a r或c r产品， 用前干燥处理。 二、实验步骤 卜中 间 体m ， 的 制 备 15 3 1 在 装有回 流冷凝管和c a c 1 2 干 燥管的1 0 0 m 1 圆 底 烧瓶中， 置入2 2 . 1 g ( 0 . 1 m o l ) y - 氨基丙基三乙氧基硅烷和 1 4 .9 g ( o . l m o l) 的三乙醇胺，油浴温度控制在 1 2 0 - 1 3 0 之间搅拌回流反应 2 h 后， 趁热脱溶除去生成的乙醇，将母液冷却， 析出白色蜡状固体，密闭干燥保存。 2 .中间体 m2 的制备 方法一: 将无水乙醇0 . 7 5 m o l ，甲苯5 0 m l 混合置于装有温度计、 回流冷凝 管、恒压滴液漏斗的2 5 0 m l 三颈瓶中，三氯化磷0 .2 5 m o l 溶于5 0 m l 甲苯，从 恒压滴液漏斗中缓慢滴入三颈瓶，冰浴控制温度 8 - - 1 0 于磁力搅拌器上反应 0 . 5 h ， 水泵减压蒸去低沸物， 油泵减压蒸馏， 收集 6 2 0c / 4 m m h g 的馏分， 收率 为4 8 % ( 文 献 值 5 4 1 b .p : 8 0 0c /2 5 m m h g ) o 方法二:在2 5 0 m l 三颈瓶中，加入无水乙醇0 . 7 5 m o l ，甲苯5 0 m l ，搅拌下 滴加三氯化磷0 .2 5 m o l 和4 0 m l 甲苯溶液，反应温度控制在 8 - 1 0 0c ，加毕搅拌 片刻，放置过夜，在8 - 1 0 滴加二氯亚飒溶液0 .2 5 m o 1 ，继续搅拌1 h ， 水泵减 压抽去溶剂及低沸点物，油泵减压蒸馏，收集6 2 0c / 4 m m h g 的馏分。 3 .目 标化合物 i a 的合成 将 2 . 3 2 g ( o .o l m o l ) y 一 氨基丙基杂氮硅三环，1 .0 6 g ( 0 .0 1 0 5 m o l ) 三乙胺及 2 0 m l 乙酸乙酷加入到 1 0 0 m 1 三颈瓶中，搅拌使其溶解后，水浴冷却，用恒压 硕士学位论文 mn s f e r s i i i e s i s 滴液漏斗 滴加1 . 5 g ( 0 . 0 1 m o l ) 二甲 基磷酞氯和l o m l 乙酸乙酷的混合液， 产生 大量白烟，4 5 m i n 加毕，室温下搅拌4 h ，用t l c跟踪反应至原料斑点消失， 有白色固体生成，抽滤，用乙酸乙酷洗涤， 然后水洗除去三乙胺盐，脱溶后用 无水乙醇重结晶，得白色粉末状固体。 第三节结果与讨论 一、反应条件的探讨 1 在合成中间体氨基丙基杂氮硅三环 ( m, )的步骤中，为了减少副反应 的发生，反应须在无水条件下进行， 控制温度是成功的关键，温度过高，反应 物易碳化，产率极低;温度太低，用 t l c跟踪表明难以反应，可能是因为反 应物y 一 氨基丙基三乙氧基硅烷中的氨基氮原子提供孤对电子，与硅原子的 3 d 空轨道形成分子内n - - s i 配键， 组成比 较稳定的五元环5 5 ( 如 下所示) ， 故需 要加热使环破裂才能与三乙醇胺发生反应。 n h 2 / o c zh s c h z s i -o c 2 h 5 c h 厂 o c 2h 5 2 . 中间体二烷氧基磷酞氯 ( m 2 ) 的合成中， 反应必须是在无水的条件下进 行，以免p c 1 , ( 或p o c 1 , ) 和m : 水解，该 反 应是放热反应， 通过控制恒压滴液漏 斗的滴加速度，调节反应过程中的温度。如果温度过高，会得到胶状固体， 使 反应无法进行。在减压处理时，一定要把磷酞氯完全蒸出。 3 .在目标化合物的合成中，我们对实验方法进行了探索。杂氮硅三环侧 链官能团转化是一种亲核取代反应， 极性较小的偶极溶剂利于反应的进行， 经 过反复实验证明选用乙酸乙酷和氯仿作溶剂较好。由于该反应是放热反应， 如 果磷酞氯滴加太快， 不利于原料的充分反应， 产率也不高，为此将磷酞氯溶于 溶剂稀释，同时用冰水浴控制反应温度在室温左右。反应过程中经常伴随有杂 硕士学位论文 m 人 s 1 王 r s t h e s i s 氮硅三环的破裂，因此需要选择合适的反应条件， 其中选择有机缚酸剂三乙胺 及时除去反应中产生的酸很重要， 否则杂氮硅三环受酸和水的影响而破坏， 进 而形成聚合物。 另外， 在实验过程中我们发现化合物 l a , i b的反应比较容易进 行，反应时间较短，大约 4 h即可完成，并且提纯也容易，可用无水乙醇重结 晶。i c , i e 的反应较难进行，而且脱溶后得到粘稠状物，需采用柱层析法提纯 ( 1 : 4 的丙酮和石油醚混合物为淋洗液) ，分析原因， 可能由 于磷酞氯与 氨基 丙 基杂 氮硅三 环发 生 的 是 亲 核加 成 一 消 去型 反 应 ( 机 理 如 下 ) is s l ， 随 着 烷基 体积 的 增大，空间位阻增大，阻碍了一 n 践的进攻; 烷氧基的供电子作用增强， p 原子 上负电荷密度增大，不利于亲核试剂的进攻，因此反应变得难以进行， 再者由 于i c , i e 的熔点较低，在室温时为液体，导致提纯困难。 + ol i + h 2 n ( c h 2 ) 3 s i( o c h z c h 2 ) 3 n - 仁丫 h (c h 2)3 s i(o c h 2c h 2)3n i h n八 o 、火ji . ii i+*i r o - p -n h 2 ( c h 2 ) 3 s i ( o c h 2 c h 2 ) 3 n + c i r o 布 冲-n h ( c h 2 ) 3 s i( o c h 2 c h 2 ) 3 n ro +h + 二、目标化合物 l a -i f 的物理化学性质 本系列共合成六个化合物，它们不溶于水、 正己烷、乙醚和四氯化碳，易 溶于氯仿、丙酮、乙酸乙酷、d mf 。化合物的外观、 熔点、产率及元素分析见 表 2 - 1 。 硕士学位论文 w s t e r s t f i e s n 表2 - 1 化合物i a -f 实验数据 化合物r外观 产率熔点元素分析 (%)( 计算值) %chn%c h n m e白色固体7 0 1 1 6 - - 1 1 8 e t白色!m 体7 5 1 1 1 - - 1 1 2 n - p r液体4 8 i - p r白色固体6 7 9 6 9 7 n - b u液体4 0 凝固点 2 5 7 . 2 2 8 . 3 0 ( 7 . 3 5 ) ( 8 . 2 1 ) 7 . 8 0 7 . 7 0 ( 7 . 8 8 ) ( 7 . 6 1 ) 8 . 4 0 7 . 1 1 ( 8 . 3 3 ) ( 7 . 0 7 ) 8 . 3 0 7 . 1 5 ( 8 . 3 3 ) ( 7 . 0 7 ) 8 . 5 0 6 . 4 8 i f i - b u白色固体6 3 6 4 6 6 3 8 . 7 0 ( 3 8 . 8 2 ) 4 2 . 4 2 ( 4 2 . 3 9 ) 4 5 . 5 1 ( 4 5 . 4 5 ) 4 5 . 5 0 ( 4 5 . 4 5 ) 4 8 . 2 0 ( 4 8 . 1 1 ) 4 8 . 0 1 ( 4 8 . 1 1 ) ( 8 . 7 3 ) ( 6 . 6 0 ) 8 . 2 0 6 . 6 4 ( 8 . 7 3 ) ( 6 . 6 0 ) 三、目标化合物的波谱性质 1 . i r分析 目标化合物l a - f 的主要 i r 数据见表2 - 2 0 从红外光谱数据我们发现: 在3 2 8 0 c m ， 附 近，出 现n - h吸收峰为宽峰， 比正常n - h吸收峰略向低波数移动， 主要是由于形成了分子间氢键( s 7 1 _ _- 刃 一h f (o r )2 仪 ( c h z c h z o ) 3 s i ( c h z ) 3 n - ho p ( o