新型杯[4]芳烴酰肼基羰基羧酸衍生物的合成

劉志強(qiáng)， 洪碧瓊， 楊發(fā)福,1b， 許冰婷， 謝劍偉

(1． 福建師范大學(xué) a. 化學(xué)與材料學(xué)院; b. 福建省高分子材料重點實驗室,福建 福州 350007；2． 中國人民武裝警察部隊 福州指揮學(xué)院教研部，福建 福州 350002)

杯芳烴是第三代人工合成的有機(jī)主體分子[1]。在杯芳烴上引入特殊的官能團(tuán)后，由于官能團(tuán)的特定電子效應(yīng)與杯芳烴空腔的協(xié)同控制作用，往往能對客體分子或離子有良好的識別性能。其中，由于含氮官能團(tuán)與羧基官能團(tuán)對過渡金屬離子有很好的配合能力，將氮雜官能團(tuán)或羧基官能團(tuán)引入到杯芳烴中的研究很多。一系列含酰胺基、胺基、席夫堿基等的杯芳烴衍生物的合成及性能研究已被廣泛報道[1～4]。我們[5～7]也報道了含酰胺基、席夫堿基的一系列開鏈和橋聯(lián)的杯[4]芳烴氮雜冠醚及相關(guān)衍生物的合成與性能。

但到目前為止，同時將酰肼基和羧基這兩種官能團(tuán)引入杯芳烴的研究并不多見。為此，本文在系列工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計并合成了兩種同時含有酰肼基和羧基的杯[4]芳烴酰肼基羰基羧酸衍生物(3和4)：杯[4]芳烴經(jīng)醚化引入酯基后再經(jīng)水合肼肼解，進(jìn)一步與丁二酸酐或順丁烯二酸酐氨解開環(huán)合成了3和4(Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR， IR和ESI-MS表征?？腕w識別性能正在研究中。

Scheme 1

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

Reichert 7905型熔點儀(溫度未校正)；Bruker-ARX500(500 MHz)型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；AVATAR 360 型紅外光譜儀(KBr壓片)；ESI-MS型質(zhì)譜儀(甲醇作溶劑)。

杯[4]-1，3-二乙酸乙酯(1)參考文獻(xiàn)[8]方法合成；水合肼重蒸后使用；其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) 杯[4]二酰肼衍生物(2)的合成[6]

氮氣保護(hù)，在兩口瓶中加入甲苯15 mL和乙醇15 mL及1 820 mg(1 mmol)和80%水合肼1 mL，攪拌下回流反應(yīng)10 h(TLC跟蹤)。減壓蒸出大部分溶劑，冷卻后加蒸餾水,有白色沉淀析出，過濾，濾餅用30%甲醇重結(jié)晶兩次得白色粉末2，產(chǎn)率64%， m.p．172 ℃～174 ℃(173 ℃～175 ℃[6])。

(2) 3和4的合成

在反應(yīng)瓶中加入2300 mg(0.38 mmol)和丁二酸酐或順丁烯二酸酐(1.0 mmol)的氯仿(20 mL)溶液,冰水浴冷卻下攪拌反應(yīng)25 h(TLC檢測);攪拌至室溫，加入10 mL熱水?dāng)嚢?，趁熱分液，有機(jī)層于室溫減壓蒸去溶劑，殘余物用50%甲醇(15 mL)重結(jié)晶兩次得白色粉末3或4。

3： 產(chǎn)率85%， m.p.215 ℃～217 ℃;1H NMRδ: 1.07(s, 18H, CH3), 1.24(s, 18H, CH3), 2.61(s, 4H, COCH2), 2.72(s, 4H, COCH2), 3.42(d,J=15.0 Hz, 4H， ArCH2Ar), 4.19(d,J=15.0 Hz, 4H， ArCH2Ar), 4.71(s, 4H, OCH2), 6.95(s, 4H, ArH), 7.05(s, 4H, ArH), 8.05(s, 2H, OH), 9.65(bs, 4H, NH), 11.4(s, 2H, CO2H); IRν: 3 423(OH， NH), 1 714(C=O), 1 638(C=O) cm-1; ESI-MSm/z: 992.1(M+, 100%)。

4： 產(chǎn)率83%， m.p.226 ℃～229 ℃;1H NMRδ: 0.96(s, 18H, CH3), 1.25(s, 18H, CH3), 3.49(d,J=16.0 Hz, 4H， ArCH2Ar), 4.13(d,J=15.0 Hz, 4H， ArCH2Ar), 4.78(s, 4H, OCH2), 6.33(s, 2H, OH), 6.44(s, 2H, COCH), 6.70(s, 2H, COCH), 6.86(s, 4H, ArH), 6.93(s, 4H, ArH), 7.85(s, 4H, NH), 12.12(bs, 2H, CO2H); IRν: 3 433(OH， NH), 1 713(C=O), 1 631(C=O) cm-1; ESI-MSm/z: 988.6(M+, 100%)。

2 結(jié)果與討論

含羧基的杯芳烴衍生物通常通過引入酯基然后水解得到。但如果體系中同時含有酯基、酰胺等易水解官能團(tuán)，很難選擇性控制酯基水解。為此，本文設(shè)計了另一條通過開環(huán)引入羧基的合成路線。先合成杯[4]二酯衍生物(1)，接著通過酯基肼解先引入酰肼基，然后酰肼基與酸酐進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)，方便得到同時含酰肼基和羧基的杯芳烴衍生物3和4。為了避免酚羥基參與開環(huán)反應(yīng)，應(yīng)控制反應(yīng)在冰浴下進(jìn)行，同時加入過量的酸酐使酰肼基完全參與反應(yīng)。后處理過程中盡量避免加熱，以免過量的酸酐發(fā)生其它開環(huán)副反應(yīng)。

在3和4的IR譜圖中，1 500 cm-1～1 700 cm-1處出現(xiàn)兩個酰胺羰基吸收峰，1 713 cm-1出現(xiàn)羧基的羰基吸收峰。在1H NMR譜圖中，杯芳烴衍生物的叔丁基分裂成1 ∶1的兩個單峰，Ar-CH2-Ar分裂為1 ∶1的一對雙峰， ArH分裂為1 ∶1的兩個單峰，這說明它們的結(jié)構(gòu)為1,3-取代模式，且采取穩(wěn)定的杯式構(gòu)象。在ESI-MS譜中呈現(xiàn)豐度100%的分子離子基峰。以上分析表明3和4的結(jié)構(gòu)與Scheme 1預(yù)期吻合。

[1] 劉育,尤長城,張衡益． 超分子化學(xué)[M]．天津:南開大學(xué)出版社,2001.

[2] Chen Q Y, Chen C F. A new Hg2+selective fluorescent sensor based on a dansyl amide-armed calyx[4]-aza-crown[J]．Tetrahedron Letters,2005,46:165-168.

[3] 趙邦屯,王璐,冶保獻(xiàn)． 含噻二唑官能基的對叔丁基硫橋杯[4]芳烴衍生物的合成及結(jié)構(gòu)[J]．化學(xué)學(xué)報,2007,16:1663-1667.

[4] 張海燕,史慧杰,施憲法． 含腺嘌呤的杯芳烴衍生物的合成、表征及其對核苷堿基的分子識別性質(zhì)[J]．高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報,2008,9:1777-1881.

[5] 楊發(fā)福，余天祥，楊先金. 杯[4]硫脲衍生物的合成及其對陰離子的絡(luò)合性能[J].有機(jī)化學(xué),2002,12:1040-1043.

[6] 楊發(fā)福,鄭林祿,季衍卿,等． 含席夫堿和酰胺單元的新型雙杯[4]芳烴的合成[J]．有機(jī)化學(xué),2006,2:268-271.

[7] 楊發(fā)福,季衍卿,郭紅玉,等． 新型多重氮雜杯[4]芳烴衍生物的合成[J]．有機(jī)化學(xué),2006,26:866-869.

[8] 胡旭波，韓鑫鑫，何家騏，等． 一種制備帶有酯基基團(tuán)杯[4]芳烴的簡便方法[J]．合成化學(xué)，2000,(2):151-164.