新型四陽離子型1,2,3-三唑鎓環(huán)蕃的合成

段群鵬， 盧　奎

(1. 河南工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南 鄭州　451191；

2. 河南工業(yè)大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，河南 鄭州　450052)

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新型四陽離子型1,2,3-三唑鎓環(huán)蕃的合成

段群鵬1*， 盧奎1,2

(1. 河南工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南 鄭州451191；

2. 河南工業(yè)大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，河南 鄭州450052)

摘要：以間苯二酚為原料，經(jīng)5步反應(yīng)制得中間體4,4′-[4,6-雙(己氧基)-1,3亞苯基]雙{1-[4-(疊氮甲基)苯基]-1H-1,2,3-三氮唑}(6)； 6與1,5-二乙炔基-1,4-二(己氧基)苯在高度稀釋的條件下經(jīng)Click反應(yīng)環(huán)合制得1,2,3-三唑環(huán)蕃(7)； 7與三甲基氧鎓四氟硼酸鹽反應(yīng)合成了全甲基化的新型1,2,3-三唑鎓環(huán)蕃，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR和HR-ESI-MS表征。

關(guān)鍵詞：四陽離子； 1,2,3-三唑鎓； 環(huán)蕃； 合成

環(huán)蕃是一類以平面芳環(huán)為構(gòu)筑基元，通過脂肪鏈連接而形成的環(huán)狀分子[1]。環(huán)蕃不僅兼?zhèn)涔?穴)醚、環(huán)糊精和多齒配體的特性和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，還具有合成方法與結(jié)構(gòu)修飾的靈活多樣性，能更好的發(fā)揮氫鍵、疏水作用、靜電作用、π-π、陽離子-π的協(xié)同效應(yīng)，故在主-客體化學(xué)、超分子化學(xué)、模擬酶、仿生化學(xué)、分子自組裝及材料科學(xué)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注[2]。

三唑蕃是一類由一個(gè)或多個(gè)三唑環(huán)通過各種分子模塊連接而成的新型環(huán)蕃[3]。三唑蕃因其三唑環(huán)的π-π共軛體系，環(huán)上2個(gè)碳原子上的電子云密度較低，5-位碳原子上的氫原子可與各種陰離子形成氫鍵，這種非共價(jià)鍵相互作用具有方向性，與多種陰離子親和力較好[4]。更為重要的是，三唑環(huán)可與含有氫原子的苯環(huán)、吡咯等芳香環(huán)形成環(huán)狀空腔結(jié)構(gòu)，并包結(jié)陰離子形成超分子絡(luò)合物。此外，三唑環(huán)作為陰離子受體，對鹵素離子和焦磷酸根離子等陰離子均有較好的識(shí)別作用[5-7]。三唑蕃中三唑環(huán)上的氮原子易季銨化形成三唑鎓蕃。三唑鎓蕃因三唑鎓提供的正電荷，可以更好的適應(yīng)客體的結(jié)構(gòu)與電學(xué)特性，從而成為一種良好的主體分子[8-9]。但在環(huán)蕃主體中引入三唑鎓越多，其合成和分離的難度越大。因此近年來鮮有關(guān)于這種包含四個(gè)三唑鎓組分的大環(huán)蕃的報(bào)道。

基于此，本文以間苯二酚為原料，經(jīng)5步反應(yīng)制得中間體4,4′-[4,6-雙(己氧基)-1,3-亞苯基]雙{1-[4-(疊氮甲基)苯基]-1H-1,2,3-三氮唑]}(6)； 6與1,5-二乙炔基-1,4-二(己氧基)苯在高度稀釋的條件下經(jīng)Click反應(yīng)環(huán)合制得1,2,3-三唑環(huán)蕃(7)； 7與三甲基氧鎓四氟硼酸鹽反應(yīng)合成了全甲基化的新型1,2,3-三唑鎓環(huán)蕃(8， Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR和LR-ESI-MS表征。

Scheme 1

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

X-4型熔點(diǎn)儀(溫度未校正)；Bruker AVANCE DMX 400 MHz型核磁共振儀(CDCl3或DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo))；Finnigan Mat TSQ 7000 型質(zhì)譜儀。

1,4-二疊氮甲基苯按文獻(xiàn)[10]方法合成；1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；其余所用試劑均為分析純，使用前按標(biāo)準(zhǔn)方法純化。

1.2合成

(1) 1,3-二(己氧基)苯(1)的合成[11]

氬氣保護(hù)下，在三口燒瓶中依次加入間苯二酚16.6 g(150.0 mmol)， K2CO362.2 g， 18-冠-6 1.98 g,四丁基碘化銨(TBAI)5.54 g和脫氣乙腈200 mL，攪拌使其溶解；加入溴己烷42.6 mL(300 mmol)，回流反應(yīng)過夜(TLC檢測)。冷卻至室溫，過濾，濾液旋蒸濃縮后經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑：A=V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=8 ∶1]純化得紅色油狀液體1 36.7 g，收率88%；1H NMRδ: 7.15(t,J=8.1 Hz, 1H), 6.48(m, 3H), 3.93(t,J=6.6 Hz, 4H), 1.81~1.72(m, 4H), 1.45~1.26(m, 12H), 0.90(t,J=6.6 Hz, 6H)。

(2) 芐基三甲基三溴化銨(2)的合成[12]

在單口燒瓶中依次加入芐基三甲基氯化銨34.1 g(180.0 mmol)，溴酸鈉13.6 g (90.0 mmol)和水300 mL，攪拌使其溶解；加入40%氫溴酸73.3 mL，于室溫反應(yīng)1 h(TLC檢測)。抽濾，濾餅用二氯甲烷(4×150 mL)洗滌，合并濾液和洗液，用無水硫酸鎂干燥;過濾，濾液真空濃縮后用混合溶劑[V(二氯甲烷) ∶V(乙醚)=10 ∶1]重結(jié)晶得橙色晶體2 55.4 g，收率79%， m.p.100~102 ℃。

(3) 1,5-二溴-2,4-二(己氧基)苯(3)的合成[12]

在單口燒瓶中加入1 36.7 g(132.0 mmol)， 2 53.02 g(136.0 mmol)，二氯甲烷500 mL和甲醇200 mL，攪拌下于室溫反應(yīng)10 h(TLC檢測)。旋蒸除溶，殘余物加水200 mL，用乙醚萃取，合并有機(jī)相，用無水硫酸鎂干燥；過濾，濾液經(jīng)真空濃縮后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A= 8 ∶1)純化得橙色固體3 26.14 g，收率93%；1H NMRδ: 7.64(s, 1H), 6.46(s, 1H), 3.99(t,J=6.4 Hz, 4H), 1.87~1.78(m, 4H), 1.56~1.48(m, 4H), 1.36~1.26(m, 8H), 0.91(t,J=6.3 Hz, 6H)。

(4) 2,4-二(己氧基)-1,5-二(三甲基硅-乙炔基)苯(4)的合成[11]

氬氣保護(hù)下，在三口燒瓶中依次加入3 6.0 g(13.76 mmol)，碘化亞銅210 mg，四(三苯基膦)鈀1.27 mg，三苯基膦362 mg，脫氣甲苯100 mL和干燥三乙胺70 mL，攪拌使其溶解；加入三甲基乙炔基硅5.9 mL(41.28 mmol)，攪拌下于80 ℃反應(yīng)3 d(TLC檢測)。冷卻至室溫，過濾，濾液濃縮，殘余物用二氯甲烷溶解，依次用水和飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鎂干燥；過濾，濾液濃縮后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：石油醚)純化得淡黃色固體4 3.85 g，收率60%；1H NMRδ: 7.50(s, 1H), 6.30(s, 1H), 3.99(t,J=6.3 Hz， 4H), 1.87~1.78(m, 5H), 1.55~1.48(m, 8H), 1.37~1.31(m, 12H), 0.93~0.83(m, 6H), 0.23(s, 18H)。

(5) 1,5-二乙炔基-2,4-二(己氧基)苯(5)的合成[13]

在單口燒瓶中依次加入4 2.29 g(4.87 mmol)，脫氣甲醇40 mL， 0.1 mol·L-1氫氧化鉀溶液1.4 mL和二氯甲烷5 mL，攪拌下于室溫反應(yīng)2 h(TLC檢測)。旋蒸除溶，殘余物用二氯甲烷100 mL溶解，用水(2×100 mL)洗滌，無水硫酸鎂干燥；過濾，濾液濃縮得淡黃色固體5 1.46 g，收率92%；1H NMRδ: 7.53(s, 1H), 6.37(s, 1H), 4.03(t,J=6.5 Hz， 4H), 3.16(s, 2H), 1.89~1.80(m, 4H), 1.55~1.45(m, 4H), 1.35(m, 8H), 0.93~0.83(m, 6H)。

(6) 6的合成[14]

氬氣保護(hù)下，在三口燒瓶中依次加入1,4-二疊氮甲基苯376.0 mg(2.0 mmol)，碘化亞銅90.0 mg， DBU 0.6 mL和脫氣甲苯20 mL，攪拌下于70 ℃緩慢滴加5 163.0 mg(0.5 mmol)的甲苯(30 mL)溶液，滴畢(12 h內(nèi))，反應(yīng)2 h(TLC檢測)。冷卻至室溫，旋蒸除溶，殘余物經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑：B=V(二氯甲烷) ∶V(甲醇) =100 ∶1]純化得黑色晶狀固體6 220 mg，收率63%， m.p.109~111 ℃；1H NMRδ: 9.13(s, 1H), 7.87(s, 2H), 7.33(s, 8H), 6.49(s, 1H), 5.59(s, 4H), 4.35(s, 4H), 4.03(t,J=6.4 Hz, 4H), 1.82~1.70(m, 4H), 1.44~1.26(m, 12H), 0.90(t,J=6.8 Hz, 6H)；13C NMRδ: 156.2, 143.9, 135.9, 135.4, 128.9, 128.5, 127.4, 122.2, 112.5, 96.4, 68.6, 54.4, 53.7, 31.6, 29.3, 25.9, 22.7, 14.2； LR-ESI-MSm/z: 703.35{[M+H]+}, 725.30{[M+Na]+}。

(7) 7的合成[14]

氬氣保護(hù)下，在三口燒瓶中依次加入DBU 1.6 mL，脫氣甲苯200 mL和碘化亞銅52 mg，攪拌下用恒流注射泵于70 ℃滴加5 89.0 mg(0.3 mmol)和6 190.0 mg(0.3 mmol)的甲苯(50 mL)溶液，滴畢(24 h內(nèi))，反應(yīng)4 h(TLC檢測)。冷卻至室溫，旋蒸除溶，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：B=60 ∶1)純化得白色固體7 130 mg，收率47%, m.p.>250 ℃；1H NMRδ: 8.40(s, 2H), 8.17(s, 4H), 7.24(s, 8H), 6.71(s, 2H), 5.61(s, 8H), 4.10(t,J=5.4 Hz, 8H), 1.86~1.77(m, 8H), 1.41~1.28(m, 24H), 0.84(t,J=6.6 Hz, 12H)；13C NMRδ: 155.4, 142.4, 136.6, 128.2, 126.7, 122.6, 111.8, 97.3, 68.3, 52.4, 30.9, 28.4, 25.2, 22.1, 13.8; LR-ESI-MSm/z: 1 029.50{[M+H]+}。

(8) 8的合成[9,15]

氬氣保護(hù)下，在兩口燒瓶中加入7 70 mg(0.07 mmol)，三甲基氧鎓四氟硼酸49.7 mg(0.34 mmol)和干燥二氯甲烷20 mL，攪拌下于室溫反應(yīng)3 d(TLC檢測)。滴加甲醇10滴淬滅反應(yīng)，旋蒸除溶，殘余物經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：B=20 ∶1)純化得淡黃色固體8 35 mg，收率35%；1H NMRδ: 8.45(s, 4H), 7.55(s, 8H), 7.39(s, 2H), 6.63(s, 2H), 5.75(s, 8H), 4.12~4.09(m, 20H), 1.77~1.72(m, 8H), 1.30(m, 26H), 0.86~0.84(m, 14H)；13C NMRδ: 154.7, 137.1, 133.2, 127.2, 126.6, 123.0, 114.3, 99.6, 69.0, 62.0, 33.2, 31.8, 29.6, 25.6, 22.7, 14.1； HR-ESI-MSm/z: Calcd for C64H88N12O4B2F8{[M-2BF4]2+} 631.54, found 631.50; Calcd for C64H88N12O4BF4{[M-3BF4]3+} 392.09, found 392.00。

2結(jié)果與討論

合成.5時(shí)，文獻(xiàn)[16]方法使用K2CO3，四丁基氟化銨(TBAF)或KOH均可脫除炔基保護(hù)基TMS。本實(shí)驗(yàn)中單獨(dú)使用K2CO3并未得到5，換用TBAF或KOH則成功脫去TMS。實(shí)驗(yàn)中最終采用KOH脫除TMS，反應(yīng)在2 h內(nèi)結(jié)束，5純度較高，無需純化。

合成6時(shí)，由于疊氮化物光分解或熱裂解容易放出氮?dú)馍傻?經(jīng)柱層析純化時(shí)可能會(huì)因室溫較高及柱層析時(shí)使用CH2Cl2(CH2Cl2和硅膠的吸附均為放熱過程)導(dǎo)致6部分分解放出氮?dú)庑纬傻┙Y(jié)構(gòu)，故6純化時(shí)需使用快速柱層析分離。

合成7時(shí)采用了高度稀釋法。該方法是在大量溶劑中，通過控制反應(yīng)物的滴加速度，減少副反應(yīng)發(fā)生，從而提高收率。實(shí)驗(yàn)中使用恒流注射泵精確控制反應(yīng)物滴加速度，使收率由5%(恒壓滴液漏斗)提高至47%。

合成8的反應(yīng)涉及三氮唑甲基化反應(yīng)。最初是以MeI作甲基化試劑,但反應(yīng)較長時(shí)間后TLC仍可檢測到7, 其原因可能是7的大環(huán)具有較強(qiáng)的空間位阻，導(dǎo)致該反應(yīng)需要較高的能量和較好的甲基化試劑。因此停止反應(yīng)，旋蒸除去MeI，加入米爾文鹽——三甲基氧鎓四氟硼酸作甲基化試劑[9,15]，繼續(xù)反應(yīng)3 d， TLC檢測反應(yīng)完全。

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Synthesis of A Novel

Tetracationic 1,2,3-Triazolium Cyclophane

DUAN Qun-peng1*,LU Kui1,2

(1. College of Material and Chemistry Engineering, Henan Institute of Engineering, Zhengzhou 451191, China

2. School of Chemistry and Chemical Engineering, Henan University of Technology, Zhengzhou 450052, China)

Abstract：An intermediate, 4,4′-[4,6-bis(hexyloxy)-1,3-phenylene]bis{1-[4-(azidomethyl)benzyl]- 1H-1,2,3-triazole}(6), was prepared by a five-step reaction from resorcinol. 1,2,3-Triazolophane(7) was obtained by Click reaction of 6 with 1,5-diethynyl-2,4-bis(hexyloxy)benzene under pseudo-high dilution conditions. A novel tetramethylated 1,2,3-triazolium-phane was synthesized by the reaction of trimethyloxonium tetrafluoroborate with 7. The structure was characterized by1H NMR，13C NMR and HR-ESI-MS.

Keywords：tetracationic; 1,2,3-triazolium; cyclophane; synthesis

作者簡介：段群鵬(1981-)，男，漢族，河南鹿邑人，博士，講師，主要從事大環(huán)超分子的研究。 E-mail: dqp117@163.com

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21402040, 21172054)

收稿日期：2015-11-05;

修訂日期：2015-12-22

中圖分類號：O621.3; O626.26

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.02.15371