含1,3,5-三嗪环四臂引发核的合成

含1,3,5-三嗪环四臂引发核的合成

三聚氯氰（cnc）是目前世界上最常见的药物，具有10万吨吨。一方面,其分子中的1,3,5-三嗪环具有良好的热、氧稳定性,可以经受各种苛刻条件的反应,而不被破坏;而且具有光活性和生物活性,有着特殊的应用前景。另一方面,三聚氯氰分子中与碳原子相连的三个氯原子,由于受不饱和键的影响,活性增强,不但容易与—OH、—NH2、—SH、—NHR等含活泼氢的官能团反应,而且三个氯原子的反应可以通过控制温度分阶段进行,具有反应分级可控性。因此,多年来三聚氯氰在农药、染料、助剂等众多领域得到了广泛应用。近年来,三聚氯氰在树状大分子领域的应用逐渐受到人们关注。含1,3,5-三嗪环的树状大分子结构设计灵活,性质独特。Hassan等用聚乙二醇为双臂引发核,三聚氯氰和乙醇胺为原料,合成了三嵌段共聚物,所得的共聚物对环境具有很好的敏感性。Michael等用三聚氯氰制得的含1,3,5-三嗪环的树状大分子可以用作药物载体,降低抗癌药物的毒性,从而可以加大抗癌药物的剂量。本工作是制备本实验室设计的含1,3,5-三嗪环的树状大分子的第一步,即合成一个四臂引发核:N,N′-二-(4,6-二氯--三嗪基)-乙二胺。经过详细查阅国内外多种文献资料和数据库,看到了有关三聚氯氰作为原料的多种产物和反应,但这些报道主要集中在研究用含—OH、—NH2、—SH、—NHR官能团的原料取代1分子三聚氯氰中的1个氯、2个氯、3个氯,而2分子三聚氯氰同时被同一分子试剂取代1个氯的情况不多,与本文有关的只有Beech在研究三聚氯氰及其单取代衍生物时,提及通过三聚氯氰与乙二胺反应可以制备N,N′-二-(4,6-二氯--三嗪基)-乙二胺,但是没有报道具体的制备条件、制备过程,以及产物结构表征。本文比较详细地探讨了各种反应条件对产物的影响,优化了制备条件,以95.5%的产率制得了目标产物,为进一步合成设计的树状大分子打下了良好基础。1实验部分1.1核磁共振谱仪tmso-d6意大利Carlo-Erba公司EA1110CHNO-S型元素分析仪;英国Micromass公司TOF-MS型质谱仪;美国Varian公司UNITYINOVA400型核磁共振谱仪,溶剂为DMSO-d6,内标为四甲基硅烷(TMS);美国Nicolet公司Magna-550型傅立叶变换红外光谱仪,KBr压片法制样。三聚氯氰(质量分数≥99%),上海亿日化工科技有限公司;乙二胺(EDA),二氯甲烷,国药集团上海试剂有限公司(均为AR)。1.2合成路径1.3烷基苯磺酸v二氯甲烷v水的制备工艺n(CNC)∶n(EDA)=2∶1,NaOH为碱,n(NaOH)∶n(EDA)=2∶1,以V(二氯甲烷)∶V(水)=1∶1为溶剂,控制体系温度0～5℃,乙二胺的NaOH水溶液的滴加速率为1mL/min,滴加完毕后,0～5℃继续搅拌反应2h。反应结束,冷却抽滤,滤饼用适量V(二氯甲烷)∶V(水)=1∶1的溶液洗涤,90℃干燥,得白色粉末,产率95.5%。2结果与讨论2.1反应条件优化2.1.1聚氯氰与乙二胺的投料摩尔比对目标产品产率的影响改变三聚氯氰与乙二胺摩尔比,以NaOH为碱,n(NaOH)∶n(EDA)=2∶1,V(二氯甲烷)∶V(水)=1∶1为溶剂,乙二胺的NaOH水溶液的滴加速率0.25mL/min,于0～5℃反应4h,考察原料摩尔比对目标产物产率的影响(图1)。可以看出,当三聚氯氰与乙二胺的投料摩尔比为化学计量比时,目标产物产率达到最高。随着三聚氯氰的过量,产率反而有所下降,其原因可能是在除去过量的三聚氯氰时产物有损失。因此取n(CNC)∶n(EDA)=2∶1。2.1.2碱对目标产物产率的影响n(CNC)∶n(EDA)=2∶1,选用不同种类的碱,n(碱)∶n(EDA)=2∶1,V(二氯甲烷)∶V(水)=1∶1为溶剂,乙二胺的碱溶液的滴加速率为1mL/min,于0～5℃反应2h,考察碱的种类对目标产物产率的影响(表1)。可以看出,反应体系中加入碱,有利于该反应的进行,原因是碱可以中和反应过程中产生的HCl。在其他条件相同的条件下,对应于不同碱的目标产物产率从高到低为:NaOH>Na2CO3>NaHCO3。可见,选用NaOH作碱,产物的产率最高。2.1.3naoh用量对目标产品的影响n(CNC)∶n(EDA)=2∶1,以NaOH为碱,改变NaOH与乙二胺的摩尔比,V(二氯甲烷)∶V(水)=1∶1为溶剂,乙二胺的NaOH水溶液的滴加速率为1mL/min,于0～5℃反应2h。考察NaOH的用量对目标产物产率的影响,见图2。可以看出,增大碱的用量对反应的进行有利,但当n(NaOH)∶n(EDA)=2∶1以后,随着碱量的增加,目标产物产率几乎没有变化,所以选n(NaOH)∶n(EDA)=2∶1较为合理,此时,NaOH的用量与需中和的HCl的量正好是化学计量比。2.1.4滴加速率对目标产品产率的影响n(CNC)∶n(EDA)=2∶1,以NaOH为碱,n(NaOH)∶n(EDA)=2∶1,V(二氯甲烷)∶V(水)=1∶1为溶剂,改变乙二胺的NaOH水溶液的滴加速率,于0～5℃反应4h,考察乙二胺的NaOH水溶液的滴加速率对目标产物产率的影响(图3)。可以看出,当乙二胺的NaOH水溶液以3mL/min速率滴加时,目标产物产率为92.4%,随着滴加速率的减小,目标产物的产率逐渐增大。当滴加速率为1mL/min时,继续减小滴加速率,目标产物的产率变化不大。当乙二胺的NaOH水溶液直接与三聚氯氰的二氯甲烷溶液混合时,目标产物的产率仅为87.6%。综合考虑,乙二胺的NaOH水溶液合适的滴加速率取1mL/min。2.1.5反应时间对产品产率的影响n(CNC)∶n(EDA)=2∶1,以NaOH为碱,n(NaOH)∶n(EDA)=2∶1,V(二氯甲烷)∶V(水)=1∶1为溶剂,乙二胺的NaOH水溶液滴加速率为1mL/min,于0～5℃反应,改变反应时间,考察反应时间对产物产率的影响,见图4。可以看出,当反应时间从15min延长到2h,产物产率增幅较大。反应2h后,继续延长反应时间,对产物产率提高作用不大,因此反应时间以2h较为合理,目标产物的产率为95.5%。2.2结构分析的性能2.2.1-二-4,6-二氯--三嗪基-乙二胺各元素质量分数测定表2为目标产物元素分析结果。由表2可以得知,N,N′-二-(4,6-二氯--三嗪基)-乙二胺(Ⅰ)各元素的质量分数实测值与理论值符合得较好。由C、H、N估算Ⅰ的质量分数分别为99.5%、100%和100%。2.2.2质谱ms图5为目标产物的质谱图。可以看出,在EI电离条件下,产物由于难以气化,不产生分子离子峰。从质谱图上还可看出,产物主要以两种方式断裂,形成碎片离子a(C4H3N4Cl2,M=178),b(C3HN4Cl2,M=164),c(C5H5N4Cl2,M=190)。且理论值与实测值符合。结合元素分析和质谱分析结果,可以基本确定目标产物的分子结构。2.2.3目标产物的氢化性质分析图6为目标产物的1HNMR谱图(DMSO-d6为溶剂,TMS为内标)。图6中,Ⅰ为氘代DMSO空白试剂的核磁谱图,Ⅱ为加入目标产物后的核磁谱图。扣除氘代试剂的背景影响,Ⅱ中峰a,峰b为目标产物结构中的两组氢。Ⅱ中的氢化学位移如下,δ=9.16(2H,a,单峰),δ=3.47～3.48(4H,b,三重峰)。相应的积分比a∶b=1.78∶3.86,这与理论比值a∶b=1∶2接近。再次证实了目标产物的结构。2.2.3嗪环上氯原子的影响图7为目标产物的FTIR谱图。由于目标产物发生如图8的异构变化,故而在3272.3和3187.4cm-1处分别出现—NH—的伸缩振动;由于三嗪环上氯原子的影响,使—CH2—的伸缩振动出现在3002.2cm-1处;1242.6cm-1为—NH—与—CH2—连接的C—N伸缩振动,1319.7cm-1为—NH—与三嗪环上的碳相连的C—N伸缩振动;1404.6、1443.2、1551.3、1613.0cm-1为1,3,5-三嗪环的骨架振动峰。3最佳制备条件的确定(1)以三聚氯氰和乙二胺为原料,合成了N,N′-二-(4,6-二氯--三嗪基)-乙二胺。其结构通过元素分析、核磁共振、质谱和红外光谱进行了分析表征。(2)最佳制备条件为:n(CNC)∶n(EDA)=