雙對(duì)甲氧基水楊醛縮二胺Schiff 堿合成的研究

隗小山，周繼承，周元清，曾偉，張祖喜

(1.湘潭大學(xué) 化工學(xué)院，湖南 湘潭 411105;2.湖南石油化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 岳陽(yáng) 414012)

Schiff 堿是一類(lèi)非常重要的含氮配體，由醛或酮的羰基和伯胺、肼及其衍生物的—NH2基團(tuán)縮合而得，具有良好的生物活性、載氧活性和催化活性，在化學(xué)分析方面也有重要的應(yīng)用［1］，多年來(lái)，對(duì)這類(lèi)化合物的研究成為配位化學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)［2］。

而作為Schiff 堿中的特殊的一種，水楊醛Schiff堿具有獨(dú)特的p-π 共軛結(jié)構(gòu)，以及對(duì)外場(chǎng)刺激的強(qiáng)烈的反應(yīng)性，使其具有良好的液晶性，可以作為很好的功能材料。在有機(jī)液晶分子化合物中引入稀土金屬，往往能使其液晶性能發(fā)生許多變化，并產(chǎn)生某些突破性，如液晶態(tài)溫度升高、范圍變寬，液晶織構(gòu)發(fā)生變化，對(duì)光、電磁等響應(yīng)性明顯增強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，醛取代基抗癌效應(yīng)優(yōu)于胺取代基，水楊醛Schiff 堿優(yōu)于其他醛類(lèi)，而且親油性和吸電子性的取代基是Schiff 堿抗腫瘤活性所需要的［3］。

本文結(jié)合前人對(duì)水楊醛Schiff 堿的研究［4］和實(shí)驗(yàn)室實(shí)際條件，確定了以間苯二酚為初始原料通過(guò)甲?；图谆频脤?duì)甲氧基水楊醛，再分別與乙二胺和鄰苯二胺反應(yīng)，得到最終產(chǎn)物雙對(duì)甲氧基水楊醛縮乙二胺Schiff 堿和合成雙對(duì)甲氧基水楊醛縮鄰苯二胺Schiff 堿。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

間苯二酚、硫酸二甲酯、鄰苯二胺、三氯氧磷、無(wú)水乙醚、丙酮、DMF、NaOH、NaHCO3、Na2SO4、K2CO3均為分析純。

Tektronix X4 顯微熔點(diǎn)儀測(cè)定(溫度計(jì)未校正);Bruker 400 MHz 核磁共振波譜儀測(cè)定(CDCl3為溶劑);PE2400Ⅱ型元素分析儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

無(wú)水乙醚用常規(guī)金屬鈉除水方法制得;DMF 用分子篩干燥;無(wú)水乙醇用金屬鎂除水制?。?］。合成路線如下:

1.2.1 2，4-二羥基苯甲醛的制備 在500 mL 圓底燒瓶中，加入2. 16 mol 的N，N’-二甲基甲酰胺(DMF)，攪拌下滴加0.66 mol 的三氯氧磷。溫度維持在20 ℃，滴加0. 1 mol 間苯二酚溶于乙醚溶液［6］，30 ℃反應(yīng)4 h，加飽和NaHCO3至溶液呈中性，攪拌30 min，用稀鹽酸調(diào)pH =4，用乙醚提取，提取液用水洗至中性。無(wú)水硫酸鈉干燥，蒸去乙醚，得粗品。以水為溶劑重結(jié)晶，真空干燥，得18.6 g 淡白色針狀結(jié)晶，產(chǎn)率24.1%，m.p. 323.5 ℃，所得樣品記為1a。

1.2.2 對(duì)甲氧基水楊醛的合成 取0.05 mol 2，4-二羥基苯甲醛溶于丙酮的溶液，倒入50 mL 圓底燒瓶中，加入0.04 mol 無(wú)水碳酸鉀和0.01 mol 氫氧化鈉，充分?jǐn)嚢?，加熱回?0 min。持續(xù)攪拌下加入0.05 mol 硫酸二甲酯，回流5 h。過(guò)濾，濾出的白色粉末用丙酮洗2 ～3 次。將濾液蒸干，得粗品;再經(jīng)水蒸氣蒸餾，將餾出液靜置10 h，讓晶體完全析出。抽濾，固體30 ℃真空干燥20 h。得5.74 g 淡白色固體，產(chǎn)率75. 5%，m. p. 292 ℃。所得樣品記為2a。采用1H NMR (CDCl3，400 MHz)分析，δ∶3.85(c，3H)，6.42(f，1H)，6.53(e，1H)，7.42(d，1H)，9.71(b，1H)，11.45(a，1H)，見(jiàn)圖1。1.2.3 雙對(duì)甲氧基水楊醛縮乙二胺Schiff 堿的合成 在裝有冷凝水裝置的三口瓶中，加入0.01 mol對(duì)甲氧基水楊醛，6 mL 無(wú)水乙醇，攪拌，直至對(duì)甲氧基水楊醛完全溶解。攪拌下慢慢滴加5 mmol 乙二胺，加熱回流1 h。冷卻至室溫［7］，析出淺黃色固體，過(guò)濾，用無(wú)水乙醇洗滌2 ～3 次，50 ℃真空干燥15 h，得1. 52 g 淡白色固體，產(chǎn)率92. 7%，m. p.761 ℃，所 得 樣 品 記 為 3a，1H NMR (CDCl3，400 MHz)分析，δ:3. 80 (f，3H)，3. 86(e，2H)，6.38(g，1H)，6.42(d，1H)，7.10(c，1H)，8.21(b，1H)，13.71(b，1H)，見(jiàn)圖2。

圖1 對(duì)甲氧基水楊醛的1H NMR 譜圖Fig.1 The 1H NMR spectrum of p-methoxysalicylaldehyde

圖2 雙對(duì)甲氧基水楊醛縮乙二胺Schiff 堿的1H NMR 譜圖Fig.2 The 1H NMR spectrum of double p-methoxysalicylaldehyde shrink ethylenediamine Schiff base

圖3 雙對(duì)甲氧基水楊醛縮鄰苯二胺Schiff 堿的1H NMR 譜圖Fig.3 The 1H NMR spectrum of double p-methoxysalicylaldehyde shrink o-phenylenediamine Schiff base

1.2.4 雙對(duì)甲氧基水楊醛縮鄰苯二胺Schiff 堿的合成 在裝有冷凝水裝置的三口瓶中加入5 mmol鄰苯二胺，3 mL 無(wú)水乙醇，攪拌，使鄰苯二胺完全溶解。取0.01 mol 對(duì)甲氧基水楊醛，用無(wú)水丙酮溶解。在攪拌狀態(tài)下慢慢滴加到三口瓶中［8］，攪拌10 min，熱回流4 h。蒸去大部分乙醇，抽濾，干燥。用95%乙醇重結(jié)晶2 次;真空干燥24 h，得1.68 g深黃色固體，產(chǎn)率89.4%，m.p. 885 ℃，所得樣品記為4a。1H NMR (CDCl3，400 MHz)分析，δ:3.82(h，3H)，6.47(f，1H)，6.55(g，1H)，7.21(d，1H)，7.26(d，1H)，7.30(c，1H)，8.53(b，1H)，13.72(a，1H)，見(jiàn)圖3。

2 結(jié)果與討論

2.1 二胺Schiff 堿的元素分析

雙對(duì)甲氧基水楊醛縮乙二胺Schiff 堿和雙對(duì)甲氧基水楊醛縮鄰苯二胺Schiff 堿的C、H、N 元素含量分析(括號(hào)內(nèi)為理論值)見(jiàn)表1。

產(chǎn)物(4a)比產(chǎn)物(3a)顏色明顯加深，這是因?yàn)猷彵蕉废啾纫叶罚Y(jié)構(gòu)上多了一個(gè)苯環(huán)，與對(duì)甲氧基水楊醛縮合后形成共軛結(jié)構(gòu)，隨著反應(yīng)產(chǎn)物共軛電子數(shù)增多，顏色加深。

表1 二胺Schiff 堿的元素分析Table 1 The elemental analysis of the diamine Schiff base

2.2 甲基化條件

在整個(gè)合成路線實(shí)施的過(guò)程中，第1 步甲?；?實(shí)驗(yàn)1.2.1 節(jié))和第3 步與二胺縮合(實(shí)驗(yàn)1.2.3 節(jié)和實(shí)驗(yàn)1.2.4 節(jié))都很容易，反應(yīng)條件容易控制，反應(yīng)的產(chǎn)率也能達(dá)到要求，難點(diǎn)則是第2 步的甲基化(實(shí)驗(yàn)1.2.2 節(jié))，反應(yīng)的pH 值、加料的順序及反應(yīng)時(shí)間的控制，對(duì)反應(yīng)最后的產(chǎn)率都有很大的影響，見(jiàn)表2。

表2 甲基化反應(yīng)條件對(duì)收率的影響Table 2 Effect of methylation reaction condition on the yield

由表2 的反應(yīng)1 ～3 可知，在反應(yīng)的堿性程度和加料順序相同的條件下，反應(yīng)時(shí)間從3 h 提升到5 h后，反應(yīng)所得的產(chǎn)物有所增加，但是繼續(xù)增加反應(yīng)時(shí)間到10 h ，產(chǎn)量反而降低，故反應(yīng)時(shí)間應(yīng)控制在5 h為宜。

由表2 的反應(yīng)2 和4 可知，在反應(yīng)的pH 值和反應(yīng)時(shí)間都一樣的條件下，加入碳酸鉀，攪拌回流30 min，使2，4-二羥基苯甲醛的對(duì)位—OH 最大程度變成—O－氧負(fù)離子，這樣更容易與硫酸二甲酯結(jié)合上一個(gè)甲基，從而得到對(duì)位的—OCH3，產(chǎn)率也有很大提高。

由表2 的反應(yīng)4 和5 可知，反應(yīng)時(shí)加入一定量的K2CO3后，再加入少量的NaOH(約為2，4-二羥基苯甲醛量的1/5 )，適當(dāng)增加堿性后，則更容易使2，4-二羥基苯甲醛的對(duì)位—OH 最大程度轉(zhuǎn)化成—O－氧負(fù)離子，更有利于對(duì)硫酸二甲酯的親核進(jìn)攻，使目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率增加。

3 結(jié)論

采用間苯二酚為初始原料，通過(guò)甲?；图谆频脤?duì)甲氧基水楊醛，再與二胺反應(yīng)，控制好工藝條件，能成功合成雙對(duì)甲氧基水楊醛縮乙二胺Schiff堿和雙對(duì)甲氧基水楊醛縮鄰苯二胺Schiff 堿。影響目標(biāo)產(chǎn)物收率的主要是甲基化，實(shí)驗(yàn)得到較優(yōu)的甲基化條件為先加入K2CO3和少量NaOH(兩者中的物質(zhì)量之和與2，4-二羥基苯甲醛的量相等)，攪拌回流30 min，再慢慢滴加硫酸二甲酯，加熱，攪拌狀態(tài)下回流5 h。

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