(Z)-3-水楊酰肼羰基丙烯酸乙酯的合成

金龍飛, 楊 明, 毛 驍, 張 亞

(中南民族大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，武漢 430074)

酰肼化合物是一類結(jié)構(gòu)通式為RCONHNHRl的化合物，它具有廣泛的生物活性，如殺菌、調(diào)節(jié)植物生長、酶選擇性抑制劑、酶底物模型[1-8]、抗腫瘤、抗瘧疾等.另外，酰肼類化合物還含有多個配位點，具有很強(qiáng)的配位能力，能與金屬離子形成配合物和金屬冠醚；同時由于酰肼基團(tuán)還含有多個氫鍵給體和受體，可形成多重氫鍵，能通過協(xié)同作用克服分子間弱相互作用的不足，產(chǎn)生具有一定方向性和選擇性的強(qiáng)作用力，故使這些化合物可能進(jìn)一步形成超分子結(jié)構(gòu).

為進(jìn)一步研究和擴(kuò)展雙酰肼羧酸酯化合物的合成，完善雙酰肼羧酸酯化合物合成的新方法，本文通過內(nèi)部自催化反應(yīng)，研究以水楊酸甲酯和水合肼為原料，經(jīng)由(Z)-3-(水楊酰肼羰?；?丙烯酸鐵金屬冠醚體系制備了(Z)-3-(水楊酰肼羰酰基)丙烯酸乙酯((Z)-H3eshcp)的過程(圖1)，進(jìn)一步探討了雙酰肼羧酸化合物的乙酯化方法和金屬冠醚內(nèi)部自催化反應(yīng).

圖1 (Z)-H3eshcp的合成路線Fig.1 Synthetic routes and chemical structures of the compounds

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

CHNS元素分析儀(Elementar Analysensysteme GmbH, Vario EL Ш)，傅里葉變換紅外光譜儀(Thermo Nicolet Corporation, NEXUS 470. KBr壓片法, 掃描范圍4000～400 cm-1)，紫外光/紅外光譜儀(Perkin Elmer Inc., Lambda 35.25 ℃, 190～700 nm)，數(shù)字核磁共振譜儀(Bruker Co., Avance II 400.1H-NMR,13C-NMR, 溶劑DMSO-d6, 內(nèi)標(biāo)TMS)，數(shù)字熔點儀(北京泰克儀器有限公司,XT-4型. 溫度未經(jīng)校正).

水楊酸甲酯、85%水合肼溶液、順丁烯二酸酐、氯仿、甲醇、無水乙醇、吡啶、三氯化鐵(FeCl3·6H2O)、氯化亞錫(SnCl2·2H2O)、濃鹽酸、硫氰酸鉀(分析純，使用前均未進(jìn)一步處理).

1.2 實驗方法

1.2.1 水楊酰肼的合成

水楊酰肼的制備參考文獻(xiàn)[11].取15.2 g (0.1 mol) 水楊酸甲酯于100 mL 圓底燒瓶中，攪拌下加入10.0 g (0.2 mol)85 %的水合肼和20 mL甲醇，加熱回流8 h.反應(yīng)完成后，置于冰箱的冷藏室中冷卻12 h，有白色針狀晶體析出.抽濾，用水洗3次，得白色固體12.5 g.產(chǎn)率: 82 .0 %. m.p. 151 ～ 152 ℃.

1.2.2 (Z)-3-水楊酰肼羰基丙烯酸((Z)-H4shcpa)的制備

稱取7.6 g (0.05 mol)水楊酰肼于圓底燒瓶中，加入150 mL氯仿溶解. 0 ℃下，緩慢滴加100 mL順丁烯二酸酐氯仿溶液(含5.9 g (0.12 mol)順丁烯二酸酐)，回流反應(yīng)5 h.過濾，用乙醇洗滌3次，抽濾，烘干得淡黃色固體.產(chǎn)率: 95.0 %.m.p.186～187 ℃. Anal. calcd for C11H10N2O5：C 52.71,H 4.25, N11.02；found C 52.80; H 4.03; N 11.20. FT-IR (KBr,υ/cm-1)： 3432 s, 3190 s,3050 s, 1710 s, 1657 s, 1610 s.1H NMRδ: 11.82 (bs, 1H; -PhOH), 10.85(bs, 2H; -NH-NH-), 7.94 (d, 1H;o-PhCH), 7.46(m, 1H;p-PhCH), 7.01-6.96 (m, 2H;m-PhCH), 6.46-6.40 (m, 2H; -CH=CH-).13C NMR (DMSO-d6),δ: 167.07 (-COOH), 165.39 (-CO-PA), 162.12 (Ph-CO-), 158.39 (PhC-OH), 134.17 (-NHCO-C=), 133.07 (p-PhC), 129.09 (=CH-COOH), 126.87(o-PhC), 119.37 (m-PhC), 117.31 (PhC-CO-), 115.13 (m-PhC=C-OH).

1.2.3 (Z)-3-水楊酰肼羰基丙烯酸鐵金屬冠醚化合物((Z)-H3eshcp-Fe(III))的制備

稱取2.51 g (0.01 mol) (Z)-H4shcpa溶于100 mL無水乙醇中，攪拌下加入20 mL含有3.24 g(0.012 mol) FeCl3·6H2O的無水乙醇溶液，攪拌10 min，然后慢慢加入10 mL 含有0.79 g (0.01 mol) 吡啶的無水乙醇溶液，回流反應(yīng)6 h.最后減壓蒸餾除去乙醇溶劑，得到棕黑色產(chǎn)物.參考文獻(xiàn)[9，10] ,棕黑色產(chǎn)物為(Z)-H3eshcp-Fe(III)金屬冠醚化合物粗品.

1.2.4 (Z)-3-水楊酰肼羰基丙烯酸乙酯((Z)-H3eshcp)的制備

將6.77 g (0.03 mol) SnCl2·2H2O溶于60 mL 6 mol/L 的HCl溶液中，得SnCl2/HCl溶液. 10℃以下，將SnCl2/HCl溶液加入(Z)-H3eshcp-Fe(III)金屬冠醚化合物中后緩慢升溫至40 ℃，攪拌反應(yīng)4 h.抽濾，用6 mol/L HCl溶液洗滌3次.洗滌中，用硫氰酸鉀溶液檢測是否還有亞鐵離子的存在.接著用50 %乙醇重結(jié)晶，得到白色固體.產(chǎn)率: 88.0 %. m.p.170 ～ 172 °C. Anal. calcd for C13H14N2O5C 56.02, H 5.15, N 10.05; found C 56.11; H 5.07; N 10.07. FT-IR (KBrυ/cm-1)： 3255 s,3177 s, 1727 s, 1650 s, 1605 s.1H-NMR,δ: 11.77 (s, 1H; -PhOH), 11.23 (s, 1H; -NHCO-CH=CH-), 10.93 (s, 1H; -PhCONH-), 7.91 (d, 1H; o-PhCH), 7.45 (m, 1H;p-PhCH), 7.18(d, 1H; -NH-COCH=), 7.00 (m, 2H;m-PhCH, =CHCOO-), 6.73 (d, 1H;m-PhCH=C-OH), 4.22 (m, 2H; -OCH2-), 1.26 (m, 3H; -CH3).13C-NMR (DMSO-d6),δ:165.43 (-COO-), 165.19 (-CO-CH=), 161.10 (PhCO-), 158.62 (PhC-OH), 134.97 (-NHCO-CH=), 134.50 (p-PhC), 130.36 (=CH-COO-), 129.47 (o-PhC), 119.76(m-PhC), 117.64 (PhC-CO-), 115.57 (m-PhC=C-OH), 61.35 (-OCH2-), 14.46 (-CH3).

2 結(jié)果與討論

2.1 合成和乙酯化反應(yīng)

以水楊酸甲酯和水合肼為原料，先合成了水楊酰肼，再與順丁烯二酸酐反應(yīng)，合成得到(Z)-H4shcpa.在將(Z)-H4shcpa進(jìn)一步乙酯化時，構(gòu)造了(Z)-H3eshcp-Fe(III)金屬冠醚體系，通過內(nèi)部自催化反應(yīng)，(Z)-H4shcpa 轉(zhuǎn)化為(Z)-H3eshcp.再經(jīng)過SnCl2/ HCl還原體系處理，最終得到了乙酯化的產(chǎn)物 (Z)-H3eshcp(圖1).

為了獲得更高的產(chǎn)率，未將(Z)-H3eshcp-Fe(III) 金屬冠醚化合物純化，而將金屬冠醚化合物體系減壓蒸餾后得到的固體剩余物，直接用于下一步反應(yīng)，以避免純化過程中的損失，獲得更高的目標(biāo)物產(chǎn)率.(Z)-H3eshcp-Fe(III)金屬冠醚化合物的可溶性，可在不同程度上被觀察到，其中包括水、甲醇、乙醇、氯仿、DMF、DMSO等溶劑.

采用SnCl2/HCl還原體系，可分離得到純凈的(Z)-H3eshcp(見方程1).在分離(Z)-H3eshcp的過程中，F(xiàn)e2+是否完全除去關(guān)乎實驗的成敗.若Fe2+未完全除去，在空氣中易被氧化成Fe3+，重新形成金屬冠醚化合物.本文采用了硫氰酸鉀/H2O2的顏色反應(yīng)來檢驗Fe3+的存在.

(Z)-H3eshcp-Fe(III) + SnCl2+ HCl →

C13H14N2O5+ FeCl2+ SnCl4.

(1)

(Z)-H3eshcp是一種雙酰肼羧酸酯，一般很難通過經(jīng)典的酸催化反應(yīng)來合成.在(Z)-H3eshcp-Fe(III)金屬冠醚體系中，通過內(nèi)部自催化反應(yīng)，(Z)-H4shcpa的羧酸基團(tuán)與Fe(III)結(jié)合，形成反應(yīng)中間態(tài)，再與具有活性的配位乙醇結(jié)合，形成自催化產(chǎn)物(Z)-H3eshcp.在這個金屬冠醚體系中，反應(yīng)的催化中心應(yīng)該是Fe(III)離子[12].

2.2 紅外光譜

在(Z)-H4shcpa的紅外光譜中，3432 cm-1處的寬強(qiáng)吸收峰，可認(rèn)為是υ(OCO-H)振動峰；3190 cm-1處的寬強(qiáng)吸收峰，可認(rèn)為是酚羥基υ(O-H)振動峰. 1710 cm-1處的強(qiáng)吸收峰，可認(rèn)為是υ(C=O)特征吸收峰. 1657 cm-1處的強(qiáng)譜峰為υ(C=C)振動峰，1610 cm-1處的強(qiáng)峰為υ(C=N-N=C)振動峰.

在乙酯化后的產(chǎn)物(Z)-H3eshcp的紅外光譜中，υ(OCO-H)振動峰消失，這與發(fā)生了酯化反應(yīng)相一致.其他譜峰與(Z)-H4shcpa 相似.1714 cm-1處的強(qiáng)吸收峰，可認(rèn)為是υ(C=O)特征吸收峰. 1650 cm-1處的強(qiáng)譜峰為υ(C=C)振動峰，1605 cm-1處的強(qiáng)峰為υ(C=N-N=C)振動峰.

2.3 核磁共振譜

在(Z)-H4shcpa的1H-NMR譜圖中，11.82處的寬單峰為-PhOH的1個質(zhì)子，10.85處的寬單峰為-NH-NH-的2個質(zhì)子，7.94處的雙峰為o-PhCH的1個質(zhì)子，7.46處的多重峰為p-PhCH的1個質(zhì)子，7.01～6.96處的多重峰為m-PhCH的2個質(zhì)子，6.46～6.40處的多重峰為-CH=CH-的2個質(zhì)子.在13C-NMR中，167.07處的譜峰可指認(rèn)為-COOH的碳原子，165.39為-CO-PA的碳原子，162.12為Ph-CO-的碳原子，158.39為PhC-OH的碳原子，134.17為-NHCO-C=的碳原子，133.07為p-PhC的碳原子，129.09為=CH-COOH的碳原子，126.87為o-PhC的碳原子，119.37為m-PhC的碳原子，117.31為PhC-CO-的碳原子，115.13為m-PhC=C-OH的碳原子.

在乙酯化后的產(chǎn)物(Z)-H3eshcp的1H-NMR譜圖中，11.77處的單峰為-PhOH的1個質(zhì)子，11.23處的單峰為-NHCO-CH=CH-的1個質(zhì)子，10.93處的單峰為-PhCONH-的1個質(zhì)子，7.91處的雙峰為o-PhCH的1個質(zhì)子，7.45處的多重峰為p-PhCH的1個質(zhì)子，7.18處的雙峰為-NH-COCH=的1個質(zhì)子，7.00處的多重峰為m-PhCH和=CHCOO-的2個質(zhì)子，6.73處的雙峰為m-PhCH=C-OH的1個質(zhì)子，4.22處的多重峰為 -OCH2-的2個質(zhì)子，1.26處的多重峰為-CH3的3個質(zhì)子.在13C NMR中，165.43處的譜峰可認(rèn)為-COO-的碳原子，165.19為-CO-CH=的碳原子，161.10為PhCO-的碳原子，158.62為PhC-OH的碳原子，134.97為-NHCO-C=的碳原子，134.50為p-PhC的碳原子，130.36為=CH-COOH的碳原子，129.47為o-PhC的碳原子，119.76為m-PhC的碳原子，117.64為PhC-CO-的碳原子，115.57為m-PhC=C-OH的碳原子，61.35為-OCH2-的碳原子，14.46為-CH3的碳原子.

3 結(jié)語

以水楊酸甲酯和水合肼為起始原料，合成了水楊酰肼，再與順丁烯二酸酐反應(yīng)，合成得到了(Z)-H4shcpa.將(Z)-H4shcpa進(jìn)一步乙酯化時，先構(gòu)造(Z)-H3eshcp-Fe(III) 金屬冠醚體系，經(jīng) (Z)-H3eshcp-Fe(III) 金屬冠醚體系的內(nèi)部自催化反應(yīng)，(Z)-H4shcpa的羧酸基團(tuán)與Fe(III)結(jié)合，形成反應(yīng)中間態(tài)，再與具有活性的配位乙醇結(jié)合，形成內(nèi)部自催化酯化產(chǎn)物(Z)-H3eshcp，完成了(Z)-H4shcpa向(Z)-H3eshcp的轉(zhuǎn)化反應(yīng).再經(jīng)過SnCl2/HCl還原體系，成功制備了乙酯化的產(chǎn)物(Z)-H3eshcp.并對(Z)-H4shcpa、(Z)-H3eshcp進(jìn)行了熔點、紅外光譜、1H-NMR、13C-NMR表征.(Z)-H3eshcp是一種雙酰肼羧酸酯，一般很難通過經(jīng)典的酸催化反應(yīng)來合成.本文合成條件溫和、產(chǎn)率高，可望成為雙酰肼羧酸酯化的可靠方法.

參 考 文 獻(xiàn)

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