选择性保护的1-4-7-三氮环壬烷的合成与应用.doc

选择性保护的1，4，7-三氮环壬烷的合成与应用目录摘要2英文摘要2前言3第一章 文献综述1.1前人工作41.2 TACN衍生物的合成51.3 实际应用71.4本文研究目的81.5 本课题研究的前景111.6 小结11第二章 实验部分2.1仪器及药品122.2 实验步骤122.2.1 1，4，7-三对甲苯磺酰基-1，4，7三氮环壬烷的制备122.2.2 HBr/CH3COOH溶液的制备132.2.3 选择性保护的1，4，7-三氮环壬烷的合成14 2.2.4 氯甲基苯并咪唑(CBZ)的制备142.2.5 带保护基的配体的合成142.2.6 去保护的配体的合成14第三章 实验结果及讨论153.1 制备1，4，7-三对甲苯磺酰基-1，4，7三氮环壬烷的影响因素153.2 制备HBr/CH3COOH溶液时的影响因素153.3 选择性保护的1，4，7-三氮环壬烷合成时的影响因素163.4 晶体结构的讨论16结论25致谢26参考文献27学士论文期间发表的文章 30摘要三氮小环TACN(1,4,7-triazacyclononane)是一个很好的小环配体，然而由于合成困难，产量低，使以其为骨架的各种衍生物及配合物的研究和应用受到极大限制。虽然含氮冠醚的合成是一个一直得到研究的课题，但目前仍存在诸如产率低、操作较繁、反应条件不理想等缺点，需要继续研究改进。本文研究和改进了TACN的合成。针对关键的成环反应步，通过对反应温度、反应时间、原料配比、提纯方法等反应条件的探索得出了一个较高的条件组合。并且，本文采用选择性保护的合成方法，合成了1.4-二亚甲基苯并咪唑1，4，7-三氮环壬烷配体，与前人相比，在实验方法上得到了改进。并首次得到了该配体的晶体结构。关键词：1，4，7-三氮环壬烷，晶体结构，选择性保护Abstract1, 4 ,7-Triazacyclononane(TACN) is a good basic cyclic ligand. But the research and application of all kinds of derivative ligands and their complexes from TACN are extremely confined because of the lengthy synthesis way and low yield of TACN. Although the synthesis of N-containing crowns has obtained continuous studies since 1970s, it is still a tough task to chemists at present time. The main problems in crownpreparation include low yields, complicated operations, unideal reaction conditions, and so on.In this paper we researched and improved the synthesis route of TACN. To the key part of the whole reaction, the cyclization of TACN, an optimized combination of the reaction conditions were found out through exploring temperature, time, ratio of reactants and purifying method. We get the 1, 4-bis(benzimidazole-2-methy)-1, 4, 7-triazacyclonone, compared to the former, the method of the experiment have been improved, and we get its crystal structure at the first time.Keyword: 1, 4, 7-triazacyclononane, crystal structure，selectivity protection前言含氮冠醚是一类得到广泛研究和应用的环状配体。其中，对以三氮小环1,4,7-三氮环壬烷(TACN)为代表的含三氮到六氮的含氮小环的研究较多。早期，由于合成的困难，人们对TACN的研究受到极大限制，只能停留在合成简单配合物和研究其基本化学性质的一般层次上，更谈不上应用了。 直到七十年代，出现了系统的合成路线后，含氮小环可比较容易得到，于是大量以TACN为骨架、在其上修饰各种基团的新型配体纷纷合成出来，进而得到一大类性质各异的配合物。与此同时，开始探索其应用前景，发现若干配合物在许多生产领域中具有潜在的用途。三氮小环TACN作为一个环状配体，在生成衍生物和配合物时，具有许多独特优点，比如:TACN对称性较高，衍生物的合成不存在异构问题，易于控制;环的空腔较小，与金属离子配位时通常采取面式结构，当作为酶模型物时容易形成催化活性空位，所生成的配合物通常很稳定。特别是近年来，带悬臂的1，4，7-三氮环壬烷作为一类直接有效的配体引起了人们的兴趣，由于悬臂的柔顺性和多样性，这类配体可能形成非常有趣且稳定的配合物，其中有些具有潜在的应用价值，例如：酶模型、放射治疗试剂、时间停留荧光标签、磁共振成像试剂。许多悬臂的1，4，7-三氮环壬烷配体已经报道：例如：吡啶、咪唑和吡唑等悬臂的1，4，7-三氮环壬烷都已见报道，但其大多为三悬臂的六齿配体，而选择性的悬臂配体少有报道。我们通过对前人合成TACN合成方法的研究，通过用选择性保护的方法，来合成带亚甲基苯并咪唑悬臂的配体。第一章 文献综述1.1前人工作截至目前，所有已报道的TACN的实验室合成法都是经过磺酰化保护、成环、脱保护三个主要步骤来进行的。其中，磺酰化保护和脱保护两步比较简单，已有成熟的方法可供参考而成环反应这一步在TACN的合成中最重要，研究也最多，但可供实际操作的方法却不多，而且反应条件也不理想。文献所报道的成环这一步反应的实验室合成法可分为两种:(I)Koyama-Yoshino一步法1-2该合成方法于1972年首先报道，该法的最大优点是反应只有一步，操作简单。但当时报道的产率仅在20%左右，使此法在相当一段时间里很少受到关注。近年来有报道称3-4，经过对反应条件的适当选择，可使该法的产率达到80%。其中一篇指出、1，2-二溴乙烷要过量，反应时间要长，可惜具体反应条件没有涉及，需要进行探索，另一篇则采用水/二甲苯两相体系，以氢氧化钠作为中和试剂，溴化四丁基胺作为相转移催化剂，虽然具有反应时间短、操作方便的优点，然而溴化四丁基胺的加入量要非常大，且本文在重复该实验时，结果未能重现、产率仅在30%左右。(2)Richman-Atkins三步法5-6此法于1974年首先提出，研究对象为九至二十一元环合物，包含三至七个氮或氧原子，产率在40-90%之间由于该法在当时通常能够获得令人满意的产率，因此立即成为一种常用的合成环合物的方法：它包含三步反应，见图1-1: 图1-1 Richman-Atkins的三步法TACK成环反应前两步反应的实质是将第三步反应的反应物活化这是此法的关键之处。由于反应物被大大活化，使第三步反应变得非常容易进行，而且进行比较彻底。这样不仅大大缩短了反应时间，而且反应体系也不需要高度稀释。产率一般可达70-80%，该法的局限在于反应步骤多，操作繁，条件要求高。第二步反应需要在绝对无水条件下进行。为使Ts3N3能全部转化为二钠盐形式，需要较长的反应时间。制得的Ts3N3二钠盐不能放置，必须立即与对甲苯磺酸乙二酯反应。总之，该法工作量较大，第二、三步反应需要连续操作，反应周期长。1.2 TACN衍生物的合成自从TACN的合成法报道后，TACN可以较方便地通过实验室合成得到，这样就促进了对其衍生物的合成与研究。通过对TACN上三个自由仲氮原子的修饰，可以得到各种不同的以TACN为基本骨架的配体,根据起始反应物的不同，TACN衍生物的合成方法大体有以下三种:(1) 自由TACN该法以自由的TACN作为起始原料，是合成全取代或部分取代的TACN衍生物的一种最常用和最简便的方法。对于全取代的TACN衍生物，合成的关键在于控制反应物的物质的量之比。而对于部分取代的TACN衍生物，则还需要控制诸如加料次序和速度、反应时间、溶剂等反应条件7-10,缺点是副产物较多、提纯较繁，且产率不高。(2)Ts基部分保护的TACN该法适用于合成部分取代的TACN衍生物，反应路线见图1-2,根据需要，可从三个Ts基保护的TACN分别制得一个Ts基和二个Ts基部分保护的TACN;然后在活性氮上进行反应，键合上所需侧链;接着再脱去残留的Ts保护基团;最后还可以再次进行反应11，缺点是反应步较多、在Ts基去保护的过程中，某些活性侧链会发生变化。图1一2 Ts基部分保护的TACN的反应示意图（3）三环三氨基甲烷(I)三环三氨基甲烷是由TACN与原甲酸乙酯 ( HC(OEt)3)或二甲基甲酰胺二甲基缩醛( (CH3O)2CHN(CH3)2)反应制得的。它可以定量地先在一个氮上发生反应，然后再在剩下的其余两个氮上发生反应，因此可制备各种不同的混合侧链的TACN衍生物12-15，见图1-3，缺点是反应前体三环三氨基甲烷的产率不高。图1-3，三环三氨基甲烷(I)的反应示意图1.3 实际应用(1)催化反应活性的研究高稳定性的含氮小环锌配合物可在生理pH值条件下产生脱质子物种和羟配物种，并能可逆地与磷酸酯键合，因此可用于对锌酶的模拟16，见图1-4(a)，研究发现， TACN衍生物合成的双核铜配合物具有催化水解RNA的性质17。某些双核铜配合物可以活化氧分子18-19。而TACN与血红素基键合的新型配体所形成的配合物，可作为肌红蛋白和细胞色素的模型物20，见图1-4（b）图1-4 含TACN的衍生物的结构示意图锰与三甲基取代的TACN生成的若干配合物能在较低温度下作为过氧化氢漂白剂的高效催化剂，是一种具有很大应用前景的清洁、高效的反应体系。此外，该系列配合物还可以用来催化烯烃的环氧化和多酚的氧化21-22以及模拟锰过氧化氢酶23。将修饰后的TACN键合在固相载体上，通过结合具有催化能力的金属离子，可以形成固相催化体系24，见图1-4(c)。三氮小环与第一过渡金属离子形成的八面体配合物一般非常稳定、这为寻找高效金属鳌合剂、放射药剂、造影剂等指出了一个方向25-31。另外，将修饰后的小环作为一个功能基团与其它功能基团或基质键合，以产生各种新型功能化合物，目前正成为一种趋势，这无疑将大大地扩展有关TACN的研究领域32。1.4 本文研究目的超氧离子自由基（O2-）是生物在利用氧的过程中产生的一种活性氧物种33，它对细胞有毒，尤其是在高浓度情况下。超氧化物歧化酶（SOD）能催化歧化超氧离子自由基（O2-），将生物体內的O2-控制在稳定而且有利无害的低浓度34。如果体內产生过多的O2-，就会引起细胞损伤，诱发各种疾病，越来越多的证据表明人体內O2-与衰老，癌症，糖尿病，精神病，中风，脑血栓，关节炎等疾病有关35-37。通常SOD可分为Cu2Zn2SOD、MnSOD和FeSOD。前者主要存在于哺乳动物体內，后两者主要存在于细菌和线粒体中38。自1969年McCord和Fridovich发现SOD以来39，许多学者从多方面对它进行了广泛的研究。对它们的结构及活性中心有了较为细致的了解，牛红血细胞中的Cu2Zn2SOD和来自T. thermophilus 的MnSOD分别为二聚体和四聚体，其结构及活性中心如图所示40-41。在Cu2Zn2SOD中，Cu(II)是活性中心，它与四个组氨酸（即His-44，His-46，His-61，His-118）上的咪唑氮原子配位，（其中His-61上的咪唑基作为Cu(II)和Zn(II)的桥联配体），另外，其轴向位置还有一个水分子，形成一个畸变的四方锥构型。MnSOD中，Mn(III)为五配位的三角双锥结构，其中一个轴向配体为水分子，来自蛋白质辅基的4个配位基为His28、His83、Asp166和His170。后三个配位基位于赤道平面，His28的咪唑基则占据着另一个轴向位置。活性部位处在一个由疏水残基构成的疏水壳子里，两个亚基链共同形成一个通道，是底物或其它内界配体接近Mn(III)的经由之路。由于天然SOD具有提取困难、价格高、稳定性差、对细胞的不可渗透及免疫性等诸多缺点。因此用于临床治疗尚有其局限性。近年来许多无毒的小分子模拟物引起了人们的重视42-52。通常，在众多的小分子模拟物中，铜或铜锌模拟物具有较高的活性，但锰的模拟物具有较低的毒性。a ba) Schematic backbone of the Cu2Zn2SOD subunit.b) Stereo drawing of the active site of Cu2Zn2SOD.目前已有许多SOD的模拟物已被合成，多少均表现出活性，但少有实际意义，因在体内多不稳定，易为生理配体破坏，此外采用活性方法值得商榷。故合成具有高活性和高稳定性的模拟物，完善活性测定方法是当今研究SOD模拟化学的一个挑战。由于选择性的悬臂三氮环配体形成的配合物作为酶模型物时，容易形成催化活性空位，有利于超氧离子（O2-）的配位，而且，三氮环及其衍生物形成的配合物通常很稳定。超氧化物歧化酶（SOD）催化歧化超氧离子自由基（O2-）的产物为O2和H2O2。而且，生物体在新陈代谢中所消耗O2的10%被还原成H2O2。它很容易被细胞中各种还原剂还原成HO和HO-，而HO是一种极毒的自由基，能够氧化与它接触的几乎所有细胞组份，引起衰老、癌症及其它病症。但生物体中存在的过氧化氢酶（Catalase）能够有效地催化分解H2O2 (2H2O2 2H2O+O2)，保护细胞免于HO毒害，在消除体内H2O2方面起着非常重要的作用。至今已知的过氧化氢酶有两类：一类含有血红素基(heme)；一类不含血红素基(nonheme)。Mn-过氧化氢酶属于后一类，对Mn-过氧化氢酶及其模型物的研究非常活跃。对其结构也有了较为细致的了解，来自Thermus thermophilus 的MnCat结构及活性中心如图所示。活性中心为氧桥及羧桥的双核Mn(III)结构。Mn在MnCAT中能被氧化成(II III)、(III III)、(III VI)，后者形成-m-O-桥时在催化上是不具活性的。a b ca) The tetramer of MnCat(Tt).b) A subunit of MnCat(Tt). The black cicles represent two manganese atoms separated by 3.6.c) The possible structure of the active site of MnCat(Tt)MnSOD和MnCAT其活性中心结构各异、功能不同，至今报道的大量模拟物也各司其职。有趣的是近年合成的一个Mn-salen型配合物（salen为水杨醛衍生物与乙二胺的缩合配体）具有SOD/Catalase双重活性的功能，立即引起了人们的重视。进行了许多医学研究。人们发现，在脑血栓、脑梗阻引起的大脑局部缺血过程中，会产生活性氧组份而导致大脑损伤，严重时会引起中风。医学实验表明，合成Salen-Mn类SOD/Catalase双功能模型物(EUK-8)对此类疾病的疗效优于单一功能的超氧化物歧化酶。而作为EUK-8的改进产物EUK-134，其Catalase活性优于EUK-8，SOD活性与EUK-8相当，它对脑血栓、脑梗阻等疾病疗效又优于EUK-8。事实上，Salen-Mn类SOD/Catalase双功能模型物在许多与活性氧相关的疾病模型中已经显示出它的功效：在呼吸危难时保护肺功能、缺氧条件下保护脑不受损伤、帕金森综合症中保护多巴胺能神经元、缓减十字孢碱及过量锌引起的皮质神经机能障碍、减轻肌萎缩性（脊髓）侧素硬化症状以及在对新杆状线虫的实验中可延长其寿命等等。我们认为SOD/Catalase双功能模型物具有SOD和Catalase双重功效，能同时催化分解O2-和H2O2，有效清除多种活性氧物种，使它有可能成为一种好的治疗试剂，而且，作为一种人工合成的小分子配合物，不含蛋白质，有助于阐明活性氧在一些疾病的病理中所起的作用。TACN是一个很有用的小环配体，以其为基本骨架可以设计合成各种不同的配体，在分子设计生物酶模拟以及工业生产方面具有广阔的研究和应用前景。目前国内对TACN等小环配体的研究还较少，并且所报道的TACN的实验室合成法仍不理想，所以本文研究了三氮小环TACN的合成，在前人工作的基础上，针对关键的成环反应这一步，进行了的研究，得出了一条高效、快捷的合成路线，优化了试验条件，为能够大量合成TACN提供了方法上的保障。生物体内含有咪唑残基，其在多种生物酶中参与配位，是最常见的具有生物功能的配体之一。本文试图以TACN作为骨架，以咪唑类似物“苯并咪唑”作为侧链，合成一类新的桥联配体;然后，合成一些过渡金属配合物，来探讨它们作为某些金属酶模拟物的可能性。1.5 本课题研究的前景通过对选择性悬臂的1，4，7-三氮环壬烷双环配体的桥联，合成几种与SOD酶及过氧化氢酶活性中心有类似结构和微环境且具有生物活性的双环双核配合物53，了解其分解超氧离子及羟自由基的能力，探讨其实际应用的可能性。了解其对超氧离子及羟自由基催化分解机理，通过模拟物中环间距离的调控、金属离子组合的改变、环侧链取代基的调整。小分子配体的引入对模拟物生物活性的影响研究，得出模拟酶的结构与活性关系，得到一到两种在生理条件下具有高活性、高稳定性和低毒性的SOD酶及过氧化氢酶模拟物。1.6小结本文结合了以往文献所报道的合成TACN的各种方法，针对关键的第二步反应，进行了较多的研究，通过改变反应时间、反应温度和反应物的配比，找到一个比较理想的反应条件组合。在国外，TACN作为一种反应原料已可以买到。这从一个侧面表明了基于TACN的研究已相当广泛和深人，以致于产生了对TACN的达到商业规模的需求。然而其价格是比较高的，每克TACN盐酸盐约需100美元左右。至于国内，现在还没有商品TACN可供购买。这使本文对TACN合成路线的详细研究，在目前看来，仍有一定的价值和意义。第二章：实验部分2.1：仪器及药品2.1.1实验仪器电热恒温干燥箱：天津市泰斯特仪器有限公司真空干燥箱：天津市泰斯特仪器有限公司恒温磁力搅拌器：巩义市予华仪器有限公司SHZ-D（）循环水式真空泵：巩义市予华仪器有限公司旋转蒸发仪：巩义市予华仪器有限公司2.1.2实验药品无水乙醇：分析纯，上海振兴化工厂；丙酮：分析纯，上海试一化学试剂有限公司N,N-二甲基甲酰胺：分析纯，上海试一化学试剂有限公司；无水乙醚：分析纯，国药集团化学试剂有限公司三氯甲烷：分析纯，上海试一化学试剂有限公司甲基-4-磺酰氯：分析纯，国药集团化学试剂有限公司四丁基溴化铵：分析纯，天津科密欧化学试剂开发中心1，2-二溴乙烷：分析纯，国药集团化学试剂有限公司碳酸钾：天津市登峰化学试剂厂。冰乙酸：分析纯，上海试一化学试剂有限公司苯酚：天津市化学试剂三厂氢氧化钠：天津大茂化学试剂厂2.2：实验步骤2.2.1： 1，4，7-三对甲苯磺酰基-1，4，7三氮环壬烷的制备二乙烯三胺8.24g溶于80ml丙酮中，在冰浴下滴加51.4g对甲苯磺酰氯的丙酮溶液和36.48g K2CO3 的水溶液。约两小时滴完后在室温下反应5-6小时后倒入1800ml冰蒸馏水中，抽滤，红外灯下干燥。得白色固体（Ts3N3）。 40.68g， 90%。将得到的白色固体称出15g溶于300mlDMF中。加入10.8g 在红外灯下磨细的K2CO3。在100OC 搅拌一小时，然后滴加14.7g Br-CH2-CH2-Br 的DMF溶液，同时滴加8g四丁基溴化铵的DMF溶液，120OC下反应24小时。减压蒸馏掉溶剂，至体积为100ml左右，倒入3000ml的冰水中，抽滤收集固体，固体在红外灯下烘干。然后用100-150的三氯甲烷溶解。当溶液挥发100ml左右时加入400ml 75的乙醇溶液，静置一到两天至沉淀完全，抽滤收集固体，红外灯干燥，测得固体熔点210-212oC 左右。2.2. 2: HBr/CH3COOH溶液的制备1 反应原理54：图2-1 HBr/CH3COOH溶液的制备的实验装置2 制备方法：于三颈瓶1中加四氢化萘(60 g， 用无水硫酸钠干燥并经过蒸馏) 和少量铁屑， 先在冷水浴冷却下滴加溴(156g)，控制滴加速度。若反应进行很慢， 可用水浴加热至30-40OC。与三颈瓶相连的洗瓶2内装四氢化萘(40g)， 可以捕集溴的蒸气。水、四氢化萘及残余的溴再进人用冰、食盐冷却的气体分离器3中并予以捕集。纯净的溴化氢进入盛有冰乙酸的吸收瓶4、5(各装冰乙酸200 mL)进行一、二级吸收(基本上能吸收完)，尾气进入盛有稀碱的吸收瓶6后放空。2.2.3 选择性保护的1，4，7-三氮环壬烷的合成全保护的1，4，7-三氮环壬烷37g和44g苯酚溶于30的HBr/CH3COOH溶液中，90下反应36小时，过滤所得溶液，并用乙醚洗涤，然后将该固体溶于1N的NaOH溶液中至PH值大于12。然后用氯仿萃取，合并有机层，旋转蒸发掉溶剂，然后通过真空除去残余的少量溶剂，得到白色固体12.6g。测得熔点为82-84OC。2.2.4 氯甲基苯并咪唑(CBZ)的制备8.64g(80mmol)邻苯二胺与11.34g(122mmol)氯乙酸溶于80ml4mol/L的盐酸中，110OC下搅拌3小时，反应溶液冷却在冰浴下用25%的氨水中和，过滤，得黄色固体烘干粗产品用活性碳脱色，乙醇重结晶，得白色针状晶体。产率: 11.83g , 62%。熔点:156-158(文献值:160-162)。注意:氯乙酸有腐蚀性;氯甲基苯并咪唑有刺激性.2.2.5 带保护基的配体的合成 选择性保护的1，4，7-三氮环壬烷1.20g(5mmol)和0.4g(10mmol)氢氧化钠与l00ml乙醇混合，在室温下搅拌1小时。缓慢滴加1.82g(11mmol)CBZ100ml乙醇溶液，1小时内加完。再反应5小时，其间分批加人0.4g(l0mmol)氢氧化钠，保持PH在9左右。蒸去溶剂，氯仿萃取、过滤，蒸去氯仿，真空干燥。得白色固体。2.2.6 去保护的配体的合成4g带保护基的配体溶于4ml浓硫酸中，在180下搅拌8分钟。冷却，水浴，加入50ml乙醚，剧烈搅拌，清去上层清液。再用30ml乙醚洗涤三次，抽去溶剂。所得粉末溶于2ml热水中，过滤。100 下，滴加2ml浓盐酸，冷却静置。过滤得白色晶体，依次用浓盐酸、无水乙醇、无水乙醚淋洗，室温下干燥。 第三章：实验结果及讨论3.1 制备1，4，7-三对甲苯磺酰基-1，4，7三氮环壬烷的影响因素在制备Ts3N3时，对甲苯磺酰氯的丙酮溶液和K2CO3 的水溶液要慢慢滴加到反应体系中去，如果一次全部倒入，那将会影响反应物的充分混合，导致产率下降。成环一部是整个实验的关键步骤，反应时间，反应物配比n(二溴乙烷/ Ts3N3），反应温度和反应介质都会影响最后的产率，经过反复试验，本文最后把条件设定为反应时间24小时，反应物配比n(二溴乙烷/ Ts3N3）为4：1，反应温度设定在120摄氏度，反应体系选择以DMF作为溶剂，碳酸钾作为中和试剂，DMF作为一种偶极非质子溶剂、是环化反应的首选试剂.碳酸钾在该反应中的作用非常重要11-12 ，一方面，它能部分地夺取Ts3N3链端仲氮上的氢，使Ts3N3活化、相当于碱性试剂，这与Richman-Atkins法中将Ts3N3制成二纳盐有异曲同功之妙。但由于碳酸钾在DMF中的溶解度很小，同时其碱性也不是很强，因此只能活化少量的Ts3N3，但这已足以使反应进行下去。另一方面，钾离子大小与九一十五元环的空腔大小相匹配，可起到模板离子的作用促进成环反应。因此，在加入碳酸钾前一定要将其在红外灯下磨细，其一是除去碳酸钾吸收的水份，其二是让碳酸钾与反应物充分接触。3.2. 制备HBr/CH3COOH溶液时的影响因素在制备过程中，能否有效地防止倒吸，是制备成败的关键。为此， 设计了一种简易的防倒吸的吸收装置（图2-1）。在a处使溴化氢进入管中，b为25或50mL的废移液管，需切割成适当的长度。c处管口插入液面下的深度以倒吸液体充满b容积的13- 12， 且c处管口已离开液面为准。吸收瓶4、5用冰冷却。吸收瓶4、5中的溴化氢一冰乙酸应为无色。著呈淡黄色， 即是少量溴的颜色。滴加溴的速度要控制， 同时应尽可能使气体分离器3的温度降低， 以提高分离效果。本法所制备的溴化氢一冰乙酸的比重可大大超过141， 使用时加适量冰乙酸调比重至14。3.3选择性保护的1，4，7-三氮环壬烷合成时的影响因素因为这一步反应要持续36小时恒温，因此控制温度时非常重要的。温度过高则有大量的溴化氢气体和乙酸气体挥发，使反应不够完全，如果温度太低，则会影响反应效率，使产率降低。在用氯仿萃取后溶液呈乳状。文献要求用无水硫酸镁干燥。由于考虑到产品的损失和以后步骤由除水作用，因此免去用无水硫酸镁干燥这一步。事实证明。同样质量的原料，我们所得到的产物相对较多。3.4 晶体结构的讨论本文合成了带侧链的1，4，7三氮环壬烷，见图一，通过晶体结构的测试。得到以下晶体结构。我们所得到的每个不对称单位含有两个1.4-二亚甲基苯并咪唑1，4，7-三氮环壬烷分子和9个水分子。该配体的合成虽已见报道，但文献中采用的是TACN与氯甲基苯并咪唑一步反应，得到单、双、三悬臂配体的混合物，再用重结晶法分离55。而本文采用的是先保护一个N原子，再与氯甲基苯丙咪唑反应，在方法上有较大的改进。而且，本文首次得到了该配体的晶体结构。图二1,4-bis(benzimidazole-2-yl-methyl)-1,4,7-triazacyclonone 晶体结构晶体结构图晶胞堆积图带侧链的1，4，7-三氮环壬烷的晶体结构很少有文献报道。本文给出1.4-二亚甲基苯并咪唑1，4，7-三氮环壬烷配体的晶体结构数据。见表1，而且给出了该晶体的部分键长（见表2）和部分键角（见表3）表1晶体结构部分数据分子式C44 H54 N14, 9.(H2 O)分子量941.16温度294波长0.71073晶体系统单斜晶系空间群P2/c单元维数a= 7.4815 =90.00 b= 21.5452 = 91.2610c= 37.968 = 90.00体积6118.5Z4密度1.022吸收系数0.073F(000)2024晶体尺寸0.26精修方法最小二乘法指数范围-9h9,-26k26,-46l46表2：晶体部分键长连键原子键长连键原子键长C1 N11.454C5 N31.463C1 C21.500C5 C6 1.517C1 H1A0.9700C5 H5A0.9700C1 H1B0.9700C5 H5B0.9700C2 N21.502C6 N11.426C2 H2A0.9700C6 H6A0.9700C2 H2B0.9700C6 H6B0.9700C3 N21.509C7 N11.481C3 C41.514C7 C81.489C3 H3A0.9700C7 H7A0.9700C3 H3B0.9700C7 H7B0.9700C4 N31.445C8 N41.303C4 H4A0.9700C8 N51.345C4 H4B0.9700C9 N41.358C9 C141.417C23 N81.462C9 C101.425C23 C241.544C10 C111.362C23 H23A0.9700C10 H100.9300C23 H23B0.9700C11 C121.362C24 N91.453C11 H110.9300C24 H24A0.9700C12 C131.383C24 H24B0.9700C12 H120.9300C25 N91.457C13 C141.377C25 C261.540C13 H130.9300C25 H25A0.9700 .C14 N51.376C25 H25B0.9700 .C15 N31.454C26 N101.468C15 C161.481C26 H26A0.9700C15 H15A0.9700C26 H26B0.9700C15 H15B0.9700C27 N101.444C16 N71.335C27 C281.530C16 N61.337C27 H27A0.9700C17 N61.379C27 H27B0.9700C17 C221.382C28 N81.458C17 C181.404C28 H28A0.9700C18 C191.338C28 H28B0.9700C18 H180.9300C29 N81.458C19 C201.410C29 C301.488C19 H190.9300 .C29 H29A0.9700C20 C211.327C29 H29B0.9700C20 H200.9300C30 N111.296C21 C221.427C30 N121.373C21 H210.9300C31 C321.365C31 C361.406C31 N111.418C32 C331.359C32 H320.9300C33 C341.339C33 H330.9300C34 C351.382C34 H340.9300C35 C361.340C35 H350.9300C36 N121.404C37 N101.464C37 C381.472 C37 H37A0.9700C37 H37B0.9700C38 N131.290C38 N141.371C39 C441.372C39 C401.379C39 N131.383C40 C411.371C40 H400.9300C41 C421.398C41 H410.9300C42 C431.351C42 H420.9300C43 C441.411C43 H430.9300C44 N141.371N2 H2C0.8999 .N4 H40.8600N7 H70.8600N9 H9A0.9000N11 H11A0.8600N13 H13A0.8600O1 H1D0.8499O2 H2F0.8500 . O1 H1E0.8499O3 H3D0.8500 .O2 H2E0.8499O3 H3E0.8499O4 H4E0.8499O5 H5E0.8501O4 H4F0.8500O5 H5F0.8500 .O6 H6C0.8500O6 H6E0.8502O7 H7F0.8499O7 H7C0.8501O8 H8D0.8500O8 H8C0.8500O9 H9F0.8501O9 H9E0.8500O10 H10B 0.8501 .O10 H10D0.8499O11 H11B0.8501O11 H11D0.8498O12 H12A0.8500O12 H12B0.8499 .O13 H13B0.8501O13 H13C0.8500O14 H14A0.9235O14 H14B0.7205O15 H15E0.8500O15 H15C0.8499 .表3：晶体的部分键角键连原子键角度键连原子键角度N1 C1 C2110.91N2 C3 C4107.80C1 C2 N2108.62N3 C4 C3112.38N3 C5 C6112.28N1 C1 H1A109.5N1 C1 H1B109.5N2 C2 H2A110.0N2 C2 H2B110.0 .N2 C3 H3A110.1N2 C3 H3B110.1N3 C4 H4A109.1N3 C4 H4B109.1N3 C5 C6112.28N3 C5 H5A109.1N3 C5 H5B109.1 .N1 C6 C5113.58N1 C6 H6A108.8N1 C6 H6B108.8N1 C7 C8114.3N1 C7 H7A108.7N1 C7 H7B108.7N4 C8 N5108.21N4 C8 C7126.2N5 C8 C7125.5N4 C9 C14105.87N4 C9 C10133.9N5 C14 C13133.9N5 C14 C9105.02N3 C15 C16113.23N3 C15 H15A108.9N3 C15 H15B108.9N7 C16 N6107.8N7 C16 C15125.2N6 C16 C15127.0N6 C17 C22106.3N6 C17 C18132.6N7 C22 C17106.4N7 C22 C21131.5N8 C23 C24109.60N8 C23 H23A109.8N8 C23 H23B109.8N9 C24 C23109.80N9 C24 H24A109.7N9 C24 H24B109.7N9 C25 C26112.68N9 C25 H25A 109.1 .N9 C25 H25B109.1N10 C26 C25109.97N10 C26 H26A109.7 .N10 C26 H26B109.7 .N10 C27 C28112.25N10 C27 H27A109.2N10 C27 H27B109.2N8 C28 C27112.04N8 C28 H28A109.2N8 C28 H28B109.2N8 C29 C30115.68N8 C29 H29A108.4N8 C29 H29B108.4N11 C30 N12109.9N11 C30 C29128.2N12 C30 C29122.0C32 C31 N11132.2C36 C31 N11105.54