硫脲干法合成.doc

毕 业 论 文题 目： N-取代呋喃甲酰胺基-N-苯甲酰基硫脲衍生物的合成学 院： 化学化工学院 专 业： 化 学 毕业年限： 2008 年 6月 学生姓名： 高 金 娥 学 号： 200473010304 指导教师： 张有明 教授 目 录1引言21.1脲、硫脲类受体的合成相关研究31.2氨、酰胺基类受体的合成的相关研究1.3含吡咯、羟基类受体的合成的相关研究1.4含有呋喃环的硫脲类化合物的研究2实验部分2.1仪器和试剂2.2合成2.2.1化合物1的合成2.2.2中间体的合成2.2.3受体a c 的合成102.2.4产物的结构表征103结果与讨论104参考文献115致谢12N-取代呋喃甲酰氨基-N-苯甲酰基硫脲衍生物的合成专业名称：化学 学生姓名：高金娥 指导老师：张有明（甘肃西北师范大学化工化学学院 兰州 730070）摘 要：利用简便的方法设计合成了一系列的N-取代呋喃甲酰基-N-苯甲酰基硫脲衍生物，用红外、核磁及元素分析进行了表征。关键词： 酰氨基硫脲； 呋喃； 合成 Synthesis of N-furylamido - N-benzoyl thiourea derivatives gaojine (Northwest Normal University in Gansu Lanzhou Institute of Chemical chemical 730070)Abstract: A series of N-furylamido - N-benzoyl thiourea derivatives were syntesized under convenient method. All of these compounds were characterized via 1H NMR, IR and element analysis.Key words: Aroylamino-thiourea Furan synthesis 引言由于氧原子和硫原子核外电子层的不同，使得有机含硫化合物与对应的含氧化合物在化学性质上表现出明显的差异。含硫羰基（C=S）化合物中，由于C原子2P轨道和S原子的3P轨道的形状和能量的不同，轨道重叠少，使硫羰基中键变弱，通常难以形成稳定的化合物。这一特性使得人们对硫脲的结构产生了浓厚的兴趣1。据文献报道，早在20世纪初，Dixon通过氨基和酰基异硫氰酸盐合成了乙酰基和异戊酰基硫脲，在20世纪末， DeBeer,Ide等人在研究芳基和烷基硫脲时曾合成一些酰基硫脲化合物，但它们的生物活性未经报道，芳酰基硫脲类化合物首先是从20世纪60年代末Schroepl E等人通过酰基异氰酸酯与芳胺的加成反应合成 CH3(CH2)nCOHNCSNHR1开始的，生物活性测试显示，此类化合物具有良好的杀虫活性2。硫脲作为一种常见的有机配体，近年来被广泛的应用于超分子配合物的合成。随着超分子化学的发展,分子识别在合成化学、生命科学、信息科学及材料科学中起着愈来愈重要的作用。分子识别是指分子之间(主体与客体或称之为受体与底物) 靠非共价键力的选择性结合并产生某种特定功能的过程。为了使分子识别所包含的信息简单而有效地向外界传递,可通过巧妙设计的分子器件所发出的光学信号来表达这种信息。由于荧光检测技术具有方便快捷、灵敏度高、选择性好等优点,大量的工作集中于设计并合成能够将分子识别事件通过分子的荧光信号有效表达的复杂荧光分子, 这些分子也就是所谓的荧光化学传感器(fluorescent chemosensor) 。一个具备实用价值的荧光化学传感器可简单地分为3 个部分: (1) 外来物种的识别部分识别基团(receptor unit) ; (2) 传感在接受外来物种后将信息传输外出的报告器部分荧光团(fluorophore) ; (3) 将识别基团和信号基团接起来的连接部分连接基团(spacer) 3 。 阴离子在生物学、药学、催化和环境科学等研究领域中的重要作用近年来已被逐渐识。阴离子识别的研究发展较阳离子的迟缓,原因主要有:(1) 阴离子半径大,电子云密度较低; (2) 具有不同的几何构型, 如球形( F- , Cl - , Br - , I- ) 、直线型(N3- , CN- , SCN- ) 、平面型三角形(NO 3- , CO3 2 - ,RCO3- ) 以及四面体型( PO43 - , SO42 - , ClO4- ) 等;(3) 阴离子有很强的溶剂化趋势, 存在形式对介质酸度较为敏感, 只能存在于一定的pH 范围内。因此, 设计合成选择性好、灵敏度高的阴离子受体是一项富于挑战性的研究课题。阴离子的识别受体一般包含两部分,即结合阴离子的识别基团和信号报告基团。两者可由连接臂(spacer) 相连,亦可直接相连。阴离子结合至识别基团时,影响信号报告基团的光、电学性质等,通过监测受体分子的电化学或光化学信号的变化,以实现对阴离子的传感。受体与阴离子间的识别主要通过非共价键作用如氢键、疏水亲脂作用或静电作用等,其中基于氢键作用是设计阴离子识别受体的重要方向。研究表明: 酰胺、胺、硫脲、脲、胍、吡咯和酚羟基等均可作为氢键供体,与阴离子形成氢键配合物,因而被广泛应用于阴离子受体的设计中。硫脲是优良的氢键供体之一, 可提供双质子与阴离子形成双重氢键4。基于此,人们对硫脲的抗真菌、抗病毒、杀虫、除草、调节植物生长等功能进行了广泛的研究，合成了一系列含杂环的硫脲类化合物。.脲、硫脲类受体的合成相关研究脲和硫脲具有一定酸性,与阴离子之间通过较强的多重氢键发生有效键合.特别是具有光学信息响应功能的主客体之间的相互作用, 合成对阴离子具有选择性识别作用的受体分子是科学家的研究热点之一. 特别是近几年来, 合成对阴离子具有识别作用的受体分子成为一项富有创意的工作.在此方面本文对张有明等做的相关研究认识有，利用简便的方法将4-乙酰基苯并-15-冠-5 和芳氨基硫脲进行缩合, 合成了三种新型的受体分子5.如下此外还通过简便的方法合成了对阴离子有识别作用的新型受体分子,该类受体分子在基态时发生了分子内电荷转移,考察了其对对F-、Cl-、Br-、I-、CH3COO-、C3H7COO-、HSO4-、NO3-阴离子的识别作用,发现F- CH3COO-、C3H7COO-阴离子的引入可使溶液由无色变为黄色,因此利用其颜色变化可裸眼检测此种阴离子6.如下还有间苯二甲醛缩双芳氨基硫脲的合成及阴离子识别7的研究：.氨、酰胺基类受体的合成的相关研究由于酰基上所连的烃基和氮上所连的烃基非常容易替换,从而可以合成一系列化学、物理性质迥异的硫脲配体;酰基硫脲能够以分子间氢键作用力构成各种特殊的分子结构;酰基硫脲配体能够以离子为模板,利用分子内和分子间氢键相互作用形成复杂的超分子结构体系8，在各类硫脲配体中以酰基硫脲惊人的生物活性而最为突出，已成为当今热门的研究领域之一。从结构上看，酰基硫脲分子中具有羰基和硫羰基，能与大多数过度金属配合形成配合物。酰基硫脲衍生物及其配合物因其具有抗病毒、杀虫、除草、调节植物生长等多种生物活性，此外还可用于治疗癌症、结核病及神经系统疾病9等，因此酰基硫脲类化合物已成为医药、农药等方面研究的热点。胡京汉等通过有关氨基硫脲的相关研究得出客体阴离子F - ,CH3COO- , H2 PO4 - 可以与该类受体分子形成氢键配合物,其识别作用呈现规律性的变化。受体分子对同一阴离子的作用为1a 1b , 受体分子1a 和1b 对三种阴离子的作用为F - CH3COO - H2 PO4 - , 受体分子与阴离子间以1 1 形成稳定配合物。利用核磁滴定实验进一步证明了受体分子与阴离子间的氢键作用本质10 合成路线如下：此外还有隗兰华等合成了一种新的具有双氨基硫脲侧链结构的荧光阴离子受体11如下：以及秦海娟等做了酰胺的荧光双冠醚阴离子受体的合成和识别性能研究12：.含吡咯、羟基类受体的合成的相关研究。吡咯N H通过氢键与阴离子发生键合。羟甲基作为辅助基团,能够增强硫脲识别阴离子的荧光响应13。近年来, 一类易于制备且识别性能优异的阴离子受体 杯吡咯(calixpyrro le) 大环化合物的研究成为备受关注的一个热点。杯吡咯是由吡咯环和SP3 杂化碳原子通过吡咯环2位连接而组成的环状低聚物,中性的杯吡咯大环化合物对阴离子、中性分子或带电荷体(如DNA ) 的识别主要是通过母体多个吡咯单元上NH 基团的多氢键作用与客体选择键合。这类新型主体分子具有以下特点: (1) 构象柔顺。与杯芳烃相似, 环状结构的杯吡咯可呈现出锥形、部分锥形、1, 2 交替及1, 3 交替等多种构象形式。当存在与杯吡咯相互作用的底物分子时, 杯吡咯主要呈锥形构象, 且环上4 个氮原子处于同一平面内。(2) 杯吡咯的空腔结构大小可以调节。通过控制环体中吡咯单元的个数来获得不同尺寸的空腔; 或是通过介位(m eso-) 引入体积较大的基团使腔体延伸。(3) 易制备和进行化学修饰。通过吡咯(或3, 4-位官能化吡咯) 与含其它官能团的酮的反应, 可以得到官能化的杯吡咯衍生物; 也可利用母体吡咯环B位的活性, 直接通过化学反应引入特殊官能团。(4)具有熔点高且热稳定性和化学稳定性好的特点, 在大多数有机溶剂中具有一定的溶解度。杯吡咯对阴离子、中性小分子的特定识别作用以及与生物小分子的相互作用研究是杯吡咯超分子化学研究的核心内容, 正受到各国化学家的广泛关注14。邵士俊等关于杯4 吡咯大环化合物的合成和性能的研究15：郁铭等合成了一个基于苯并咪唑类的新型化合物2-(2- 羟基-3- 甲氧基苯基) -5, 6-二硝基苯并咪唑,合成路线见Scheme 1. 分子中苯并咪唑环上NH基团和苯环上OH基团作为识别位点与阴离子结合, 同时苯并咪唑环上引入的两个硝基不仅可以作为生色基团, 实现阴离子的裸眼检测, 而且由于其强的拉电子能力, 使识别位点的正电性增强, 增大了对阴离子的识别能力. 通过X射线单晶衍射研究了该化合物的固态结构, 利用紫外2可见光谱技术研究了其在DMSO中对AcO- , H2 PO4 -, OH- 等3种阴离子的识别16:郭炜等, 报道了一个2 , 6-二羰酰胺基吡啶桥连的、双组氨酸类肽(L-BHisPA) 在卤离子识别方面的工作. 选择2 , 6-二羰酰胺基吡啶作为结构单元是由于这个结构单元已被证实在阴离子识别方面的优良作用 ,其相邻的两个酰胺N -H 基团将提供N - H X氢键对阴离子进行识别;组氨酸的选择是出于其分子结构上的咪唑N - H 基团在识别阴离子时可能提供额外的识别位点. 以四正丁基卤化铵盐作为客体分子,我们通过核磁滴定方法检验了这个类肽在卤离子识别方面的效能,并得到相应的识别常数17: L-BHisPA的合成L-BhisPA和卤离子络合的示意图.含有呋喃环的硫脲类化合物的研究含有呋喃环的杂环化合物，大多数具有抗菌、消毒、杀虫等活性18，如5-硝基-2-呋喃甲醛腙类化合物呋喃唑酮（又称痢特灵）就是一类广谱的抗菌药，主要用于菌痢、肠炎19等肠道感染疾病的治疗中。从生物化学方面看，呋喃环中的氧原子可参与生物体中氢键的形成，增加授受间分子亲和性，其导入可能有助于提高化合物的生物活性20。因此呋喃类硫脲也受到相当的关注：李英俊等以5-(4-溴苯基)-2-呋喃甲醛和芳氧基乙酰肼为中间体原料合成出的10 个新的5-(4-溴苯基)-2-呋喃甲醛-N-芳氧乙酰腙化合物,并利用IR、1H NMR、13C NMR 谱及元素分析对它们的结构进行了表征21.程卫华 司宗兴合成了30 种新的5-芳基-2-呋喃甲酰基氨基硫脲22：为了寻找高活性的新药物,薛思佳等采用亚结构连接法,将吡啶杂环引入到含取代嘧啶环的酰基硫脲中,合成了8 个含取代嘧啶环的-(或-) 吡啶甲酰硫脲,结构经IR、1 HNMR、MS 和元素分析表征23：为丰富硫脲类受体的合成以及其阴离子的识别性能的研究，以及为进一步提高该类化合物的生物活性，根据活性因子叠加原理，酰基硫脲中引入呋喃环，在硫脲类受体中引入酰基和呋喃环的还很少见报道，基于此，本文合成了同时含有两种活性因子的了N-取代呋喃甲酰基-N-苯甲酰氨基硫脲受体-化合物4A4C。.实验部分.1仪器和试剂X-4 数字显微熔点仪(温度计未校正)；Vario EL 型元素分析仪( 德国Elementar 公司)；Nexus 670SX 型傅里叶红外光谱仪(KBr 压片,美国尼高力公司)；Avance 500 型核磁共振仪(TMS 作内标,德国Bruker 公司)。试剂均为分析纯。.2合成目标化合物的合成路线如下，Scheme 1 Synthesis route of the recepters 4a4c.2.1中间体1的合成取 8.3 g (0.06 mol)硝基苯胺置于100 mL斜二口瓶中, 加入30 mL水与15 mL浓盐酸, 加热回流至对硝基苯胺溶解, 剧烈搅拌下冷至室温, 在05滴加冷却了的NaNO2溶液（5.3 g NaNO2+15 mL水）, 控制滴加速度, 加完后继续搅拌20分钟, 抽滤, 得清亮的重氮盐溶液（桔黄色）. 再称取4.5 g(0.04 mol)的呋喃甲酸溶于30 mL丙酮后, 冷却加入到上述重氮盐溶液中, 加入15mL水和（2 g CuCl22H2O + 14 mL H2O）, 室温下搅拌6小时,放置过夜, 滤出沉淀, 用稀NaOH（1%）溶解, 滤去不溶物, 用稀盐酸酸化, 得到目标化合物1.2.2 中间体3的合成在250 mL的斜二口烧瓶中加入5 g (0.02 mol)化合物为1与50 mL甲醇以及4 mL浓H2SO4, 室温下回流6小时, 得化合物2 (土黄色固体).称取2.5 g (10 mmol)化合物2溶于20 mL甲醇中, 再加入1 g (0.02 mol) 85%水合肼, 回流3小时, 冷却, 浓缩, 过滤制得化合物3.Scheme 1 Synthesis route of the recepters 4a4c4a: o-NO2; 4b: m- NO2; 4c: p- NO2;.2.3 受体4a4c的合成取1.4 g ( 10 mmol )苯甲酰氯, 溶于15 mL乙酸乙酯中, 加入1.2 g ( 12 mmol ) 硫氰化钾和0.1 mL PEG-400做为相转移催化剂, 室温下搅拌回流3h, 过滤除去无机盐, 在滤液中直接加入2.2 g ( 9 mmol ) 化合物3于室温搅拌5h, 过滤得产物, 用CH3CN重结晶得目标化合物4a4c。2.4 受体4a4c的表征4a: 淡黄色晶体.产率80.6%. m.p. 216-219; 1H NMR (DMSO-d6, 400MHz) : 12.21 (s, 1H, NH), 11.81 (s, 1H, NH), 11.33 (s, 1H, NH), 8.38-7.46 (m, ArH + FuH); IR(KBr) : 3743, 3673, 3442 (NH), 1741, 1679 (C=O), 1242 (C=S) cm-1. Anal. calced for C19H14N4O5S: C 55.61, H 3.44, N 13.65; found C 55.43, H 3.25, N 13.47.4b: 亮黄色晶体.产率95.7%. m.p. 199-201; 1H NMR (DMSO-d6, 400MHz) :12.20 (s, 1H, NH), 11.81(s, 1H, NH), 11.36 (s, 1H, NH), 8.83-7.43 (m, ArH + FuH); IR(KBr) : 3743, 3674, 3424(NH), 1741, 1653 (C=O), 1242 (C=S) cm-1. Anal. calced for C19H14N4O5S: C 55.61, H 3.44, N 13.65; found C 55.36, H 3.17, N 13.37.4c:亮黄色晶体.产率85.4%. m.p.198-199; 1H NMR (DMSO-d6, 400MHz) : 12.26 (s, 1H, NH), 11.80 (s, 1H, NH), 11.12 (s, 1H, NH), 8.03-6.98 (m, ArH + FuH); IR(KBr) : 3744, 3649, 3442 (NH), 1741, 1661 (C=O), 1243 (C=S) cm-1. Anal. calced for C19H14N4O5S: C 55.61, H 3.44, N 13.65; found: C 55.73, H 3.36, N 13.78. . 结果与讨论用PEG-400做为相转移催化剂,用相转移催化法合成了N-取代呋喃甲酰基-N-苯甲酰氨基硫脲衍生物,该化合物含有-NO2发色团以及呋喃环和酰氨基,根据此估计该硫脲衍生物在阴离子识别方面有应用价值.参考文献1 曾昭琼. 有机化学M.北京:高等教育出版社.1984.2 杨小青， 董文魁， 冯建华.酰基硫脲衍生物及其配合物研究进展J.山东化学， 2006,35（3）: 1922 3 许胜， 刘斌，田 禾. 阴离子荧光化学传感器新进展J.化学进展, 2006,18（6）: 6876974 吴芳英， 温珍昌， 江云宝. 硫脲类阴离子受体的研究进展J.化学进展, 2004,16（5）: 7767845 张有明， 徐维霞， 周艳青， 姚虹， 魏太保. 缩氨基硫脲衍生物受体的合成及阴离子识别研究J.化学学报, 2006,46（1）: 79846 张有明， 徐维霞， 李满林， 魏太保.人工合成受体的阴离子识别研究（1），乙二醛缩双芳氨基硫脲的合成及阴离子识别研究J.无机化学学报，2005,21（12）: 181518207 张有明， 任海仙， 魏太保.间苯二甲醛缩双芳氨基硫脲的合成及阴离子识别研究J.高等学校化学学报，2006,27（11）: 207920838 杨小青， 董文魁， 冯建华.酰基硫脲衍生物及其配合物研究进展J.山东化学， 2006,35（3）: 19229 李英俊，张治广， 靳 焜.酰基硫脲衍生物的合成结构表征及生物活性研究J.化学学报, 2007,65（9）: 834840 10 胡京汉， 徐维霞， 魏太保. N-芳基2N-( 4-乙氧基苯甲酰基) 硫脲衍生物阴离子识别性能的光谱研究J.光谱学与光谱分析, 2007,27（6）: 1172117511 隗兰华, 吴严, 王法军, 孟令芝, 何永炳.含双氨基硫脲支链结构荧光受体的合成及其阴离子识别研究J.武汉大学学报（理学版）, 2003,49（6）: 70971212 秦海娟， 杨 洗， 何永炳， 卿光焱， 刘成金.基于酰胺的荧光双冠醚阴离子受体的合成和识别性能研究J.化 学 学 报, 2006,64（22）: 2271227413 曾振亚，何永炳， 孟令芝. 阴离子荧光受体研究进展J.化学进展, 2005,17（2）: 25426414 郭勇， 邵士俊， 何丽君， 师彦平， 蒋生祥.杯吡咯功能化合物的研究与应用J.化学进展,