芳雜環(huán)亞胺類N, N(O, S)-雙齒配體合成與表征

張占金，黃修鵬，馬亞玲，覃 晴，徐 寧，陳會英

(大連民族大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116605)

溫和條件下，N,N(O)-雙齒配體與廉價過渡金屬的原位催化反應(yīng)用于多種有機合成，其中之一是在銅的協(xié)同下催化交叉偶聯(lián)反應(yīng)。Spindler等[1]將N,O-肟雙齒配體-Cu2O催化體系用于催化吡唑類化合物與鹵代芳烴的交叉偶聯(lián)反應(yīng)中，N,O-肟雙齒配體展現(xiàn)了較高的活性。Grieme等[2]合成了8-羥基喹啉類N,O-雙齒配體，并考察了其在銅協(xié)助下N-芳基化反應(yīng)中的催化效能，取得了較好的效果。Lam等[3]研究了吡啶甲酸類N,O-雙齒配體的亞銅催化體系在酰肼類化合物的C-N成鍵反應(yīng)中的促進作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該催化體系對碳氮偶聯(lián)反應(yīng)有較好的催化性能。近些年又有許多關(guān)于N,N(O)-雙齒配體應(yīng)用于交叉偶聯(lián)反應(yīng)的研究成果[4-12]。從已見報道看，對N,S-雙齒配體的研究及應(yīng)用則較少。筆者一直致力于廉價配體的合成與應(yīng)用研究[13-14]，本文設(shè)計并合成了18種芳雜環(huán)亞胺類N,N(O,S)-雙齒配體1a～1f、2a～2f及3a～3f，測定了固體產(chǎn)物的熔點，并通過波譜學(xué)方法對其結(jié)構(gòu)進行了表征。預(yù)計這些芳雜環(huán)亞胺類N,N(O,S)-雙齒配體的過渡金屬配合物可能會對交叉偶聯(lián)反應(yīng)有良好的催化作用。配體合成反應(yīng)的路線及產(chǎn)物如圖1。

圖1 芳雜環(huán)亞胺N,N(O,S)-雙齒配體的合成

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Mercury Plus 400 核磁共振儀(美國瓦里安(Varian)公司)；Waters Micromass Q-TOF Premie四級桿飛行時間質(zhì)譜儀(美國沃特世(waters)公司)；X-4數(shù)顯顯微熔點測定儀(北京泰克儀器有限公司)。

2-呋喃甲醛(AR)、2-噻吩甲醛(AR)、2-吡啶甲醛(AR)來自于北京百靈威化學(xué)技術(shù)有限公司；正丁胺、環(huán)己胺、苯胺、4-甲基苯胺、1-萘胺及其他試劑來源于國內(nèi)市售分析純試劑，使用前未經(jīng)進一步純化。

1.2 芳雜環(huán)亞胺N, N(O, S)-雙齒配體的合成

例，N-正丁基-2-呋喃甲亞胺(1a)的合成：將10 mL甲苯加入到50 mL裝有磁攪拌子的圓底單口燒瓶中作為溶劑，然后分別依次加入2 mL三乙胺(吸酸劑)、8 mmol(0.59 g)正丁胺及8 mmol(0.77 g)2-呋喃甲醛。在氬氣保護下，油浴加熱反應(yīng)瓶至95 ℃，磁力攪拌并恒溫反應(yīng)12 h。將反應(yīng)瓶冷卻至室溫，加入10 mL蒸餾水，并用3×5 mL乙酸乙酯萃取產(chǎn)物，合并有機相，以無水硫酸鈉干燥。濾出干燥劑后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去乙酸乙酯，得油狀粗產(chǎn)物。以乙酸乙酯和石油醚混合溶劑作洗脫劑，通過改變洗脫劑的極性梯度，硅膠柱層析分離粗產(chǎn)物，除去溶劑后得0.91 g橙紅色液體，產(chǎn)率75%。

按照上述方法及物料比例合成了1a～1f、2a～2f及3a～3f18種芳雜環(huán)亞胺類N,N(O,S)-雙齒配體。

2 結(jié)果與討論

2.1 芳雜環(huán)亞胺N, N(O, S)-雙齒配體的測定及表征

為了確定所合成的亞胺類配體的氫、碳核磁共振譜(1H NMR及13C NMR)，測定中采用氘代氯仿作溶劑，TMS作內(nèi)標。以乙腈作溶劑，APCI為離子源測定了亞胺類配體的高分辨飛行時間質(zhì)譜(HRMS)。產(chǎn)物的產(chǎn)率、固體的熔點及波譜測定結(jié)果匯總?cè)缦拢?/p>

N-正丁基-2-呋喃甲亞胺(1a)：橙紅色液體(0.91 g，產(chǎn)率75%)。1H NMR(CDCl3)：δ0.85～0.88(t，3H)；1.28 ～ 1.33(m，2H)；1.61 ～ 1.64(t，2H)；3.49 ～ 3.52(t，2H)；6.38(s，1H)；6.64(s，1H)；7.42(s，1H)；8.00(s，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ10.07，16.62，29.12，57.77，107.72，109.76，140.72，145.61，147.86。HRMS(APCI) C9H13NO(M+ H+)：計算152.112 6，發(fā)現(xiàn)152.107 1。

N-環(huán)己基-2-呋喃甲亞胺(1b)：橙紅色液體(1.09 g，產(chǎn)率77%)。1H NMR(CDCl3)：δ1.12～1.30 (m，3H)；1.47 ～ 1.74 (m，7H)；3.01 ～ 3.06 (t，1H)；6.37(s，1H)；6.61 (s，1H)；7.41 (s，1H)；8.03 (s，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ25.02，25.70，34.53，70.34，111.65，113.97，144.63，147.51，151.87。HRMS(APCI) C11H15NO(M+ H+)：計算178.123 5，發(fā)現(xiàn)178.118 2。

N-苯基-2-呋喃甲亞胺(1c)：棕色固體(1.10 g，產(chǎn)率80%)。mp：51 ～ 52 ℃。1H NMR(CDCl3)：δ6.55(s，1H)；6.95(s，1H)；7.25(s，3H)；7.38(s，2H)；7.61(s，1H)；8.29(s，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ112.38，116.42，121.23，126.45，129.40，145.86，147.97，151.65，152.39。HRMS(APCI) C11H9NO(M+ H+)：計算172.069 2，發(fā)現(xiàn)172.074 7。

N-(4-甲苯基)-2-呋喃甲亞胺(1d)：棕色固體(1.23 g，產(chǎn)率83%)。mp：47 ～ 48 ℃。1H NMR(CDCl3)：δ2.36(s, 3H)；6.54(s，1H)；6.92(s，1H)；7.18(s，4H)；7.60(s，1H)；8.29(s，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ21.25，112.35，116.19，121.18，130.04，136.39，145.72，147.14，148.99，152.44。HRMS(APCI) C12H11NO(M+ H+)：計算186.087 4，發(fā)現(xiàn)186.089 7。

N-芐基-2-呋喃甲亞胺(1e)：橙紅色液體(1.14 g，產(chǎn)率77%)。1H NMR(CDCl3)：δ4.78(s，2H)；6.46(s，1H)；6.77(s，1H)；7.26 ～ 7.33(d，J= 28 Hz，4H)；7.50(s，1H)；8.16(s，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ61.43，107.97，110.51，123.42，124.55，124.85，135.12，141.11，146.73，147.89。HRMS(APCI) C12H11NO(M+ H+)：計算186.084 5，發(fā)現(xiàn)186.079 7。

N-(1-萘基)-2-呋喃甲亞胺(1f)：桔黃色固體(1.45 g，產(chǎn)率82%)。mp：105 ～ 106 ℃。1H NMR(CDCl3)：δ6.28(s，1H)；6.73 ～ 6.78(t，2H)；67.18-7.61(m，6H)；8.07(s，1H)；8.22～8.23(d，J= 4 Hz，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ112.51 ～ 112.58，113.06 ～ 113.12，116.49 ～ 116.54，124.39 ～ 124.45，126.09 ～ 126.14，126.30 ～ 126.35，126.77 ～ 126.83，127.92 ～ 127.97，129.12 ～ 129.17，134.21 ～ 134.28，145.94 ～ 146.00，148.41 ～ 148.47，149.37 ～ 149.43，152.67 ～ 152.73。HRMS(APCI) C15H11NO(M+ H+)：計算222.088 6，發(fā)現(xiàn)222.084 3。

N-正丁基-2-噻吩甲亞胺(2a)：紅棕色液體(1.10 g，產(chǎn)率82%)。1H NMR(CDCl3)：δ0.86 (s，3H)；1.29 (s，2H)；1.59 (s，2H)；3.49 (s，2H)；6.97 (s，1H)；7.19 (s，1H)；7.28 (s，1H)；8.27 (s，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ11.55，18.09，30.60，58.76，74.44 ～ 75.07，124.93，126.14，127.64，140.34，151.57。HRMS(APCI) C9H13NS(M+ H+)：計算168.079 0，發(fā)現(xiàn)168.086 6。

N-環(huán)己基-2-噻吩甲亞胺(2b)：淡黃色固體(1.24 g，產(chǎn)率80%)。mp：59 ～ 60 ℃。1H NMR(CDCl3)：δ1.18 ～ 1.28 (t，4H)；1.48 ～ 1.50 (d，J= 8Hz，3H)；1.60 ～ 1.73 (t，4H)；3.08 (s，1H)；7.00 (s，1H)；7.19 (s，1H)；7.29 (s，1H)；8.32 (s，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ22.50，23.26，31.91，67.21，74.37 ～ 75.01，124.84，125.96，126.11，127.49，140.66。 HRMS(APCI) C11H15NS(M+ H+)：計算194.094 3，發(fā)現(xiàn)194.089 3。

N-苯基-2-噻吩甲亞胺(2c)：紅棕色固體(1.20 g，產(chǎn)率85%)。mp：35 ～ 36 ℃。1H NMR(CDCl3)：δ7.13-7.14(d，J= 4 Hz，1H)；7.26(s，3H)；7.41(s，2H)；7.49(s，2H)；8.57(s，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ116.61，121.64，123.37，124.74，125.92，127.93，138.38，146.95，148.62。HRMS(APCI) C11H9NS(M+ H+)：計算188.063 1，發(fā)現(xiàn)188.058 6。

N-(4-甲苯基)-2-噻吩甲亞胺(2d)：淺灰色固體(1.40 g，87%)。mp：53 ～ 54 ℃。1H NMR(CDCl3)：δ2.38(s，3H)；7.14 ～ 7.26(m，4H)；7.47 ～ 7.49(d，J= 8 Hz，3H)；8.58(s，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ21.28，121.16，127.95，130.00，130.27，132.14，136.15，143.26，149.07，152.50。HRMS(APCI) C12H11NS(M+ H+)：計算202.053 1，發(fā)現(xiàn)202.059 7。

N-芐基-2-噻吩甲亞胺(2e)：土黃色固體(1.35 g，產(chǎn)率84%)。mp：73 ～ 74 ℃。1H NMR(CDCl3)：δ4.81(s，2H)；7.08 ～ 7.09(d，J= 4 Hz，1H)；7.26 ～ 7.41(m，7H)；8.46(s，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ60.77，123.35，123.70，124.36，124.82，125.38，127.00，135.37，151.52。HRMS(APCI) C12H11NS(M+ H+)：計算202.067 5，發(fā)現(xiàn)202.072 7。

N-(1-萘基)-2-噻吩甲亞胺(2f)：黃色固體(1.61 g，產(chǎn)率85%)。mp：73 ～ 74 ℃。1H NMR(CDCl3)：δ7.08 ～ 7.10(d，J= 8 Hz，1H)；7.16 ～ 7.17(d，J= 4 Hz，1H)；7.26(s，3H)；7.46 ～ 7.56(m，5H)；7.73 ～ 7.75(d，J= 8 Hz，1H)；7.87(s，2H)；8.41(s，1H)；8.65(s，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ109.17，120.42，122.13，122.28，122.33，122.80，123.94，124.15，125.26，126.87，128.53，130.29，139.55，144.97，149.37。HRMS(APCI) C15H11NS(M+ H+)：計算238.061 9，發(fā)現(xiàn)238.067 8。

N-正丁基-2-吡啶甲亞胺(3a)：紅棕色液體(1.23 g，產(chǎn)率95%)。1H NMR(CDCl3)：δ0.86～0.89(t，3H)；1.30 ～ 1.35(q，J= 20 Hz，2H)；1.62 ～ 1.65(t，2H)；3.59～3.62(t，2H)；7.20 ～ 7.23(t，1H)；7.65 ～ 7.66(d，J= 4 Hz，1H)；7.90 ～ 7.92(d，J= 8 Hz，1H)；8.30(s，1H)；8.55(s，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ10.08，16.63，28.98，57.45，117.39，120.79，132.73，145.58，150.87，157.88。HRMS(APCI) C10H14N2(M+ H+)：計算163.133 6，發(fā)現(xiàn)163.128 1。

N-環(huán)己基-2-吡啶甲亞胺(3b)：紅棕色液體(1.36 g，產(chǎn)率97%)。1H NMR(CDCl3)：δ1.09～1.24 (m，3H)；1.44 ～ 1.50 (t，3H)；1.60 ～ 1.66 (t，4H)；3.14 (s，1H)；7.12 (s，1H)；7.55 (s，1H)；7.82 (s，1H)；8.25 (s，1H)；8.48 (s，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ22.26，23.21，31.76，67.17，118.92，122.02，133.99，146.93，152.54。 HRMS(APCI) C12H16N2(M+ H+)：計算189.136 9，發(fā)現(xiàn)189.132 7。

N-苯基-2-吡啶甲亞胺(3c)：紅棕色液體(1.34 g，產(chǎn)率92%)。1H NMR(CDCl3)：δ7.28 ～ 7.41(m，4H)；7.8(s，1H)；8.20 ～ 8.21(d，J= 4Hz，2H)；8.61(s，1H)；8.71(s，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ121.32，122.10，125.33，126.94，129.45，136.85，149.94，151.25，154.86，160.86。HRMS(APCI) C12H10N2(M+ H+)：計算183.087 4，發(fā)現(xiàn)183.091 1。

N-(4-甲苯基)-2-吡啶甲亞胺(3d)：淡黃色固體(1.48 g，產(chǎn)率94%)。mp：54～55 ℃。1H NMR(CDCl3)：δ2.38(s，3H)；7.22 ～ 7.35(m，4H)；7.80(s，1H)；8.18 ～ 8.20(d，J= 8 Hz，1H)；8.62(s，1H)；8.70(s，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ21.31，121.35，122.05，125.25，130.10，136.92，148.53，149.88，154.92，159.91。HRMS(APCI) C13H12N2(M+ H+)：計算197.104 5，發(fā)現(xiàn)197.108 8。

N-芐基-2-吡啶甲亞胺(3e)：紅棕色液體(1.41 g，產(chǎn)率90%)。1H NMR(CDCl3)：δ4.87 (s，2H)；7.27 (s，2H)；7.35 (s，4H)；7.70 (s，1H)；8.05 (s，1H)；8.49 (s，1H)；8.63 (s，1H)。13C NMR(CDCl3)： 62.57，119.01，122.49，124.83，125.84，126.24，134.20，136.38，147.06，152.20，160.47。HRMS(APCI) C13H12N2(M+ H+)：計算197.100 8，發(fā)現(xiàn)197.106 2。

N-(1-萘基)-2-吡啶甲亞胺(3f)：土黃色固體(1.69 g，產(chǎn)率91%)。熔點：40 ～ 41 ℃。1H NMR(CDCl3)：δ7.16 ～ 7.26(t，1H)；7.35 ～ 7.36(d，J= 4 Hz，1H)；7.46 ～ 7.56(m，5H)；7.76～7.87(m，3H)；8.39 ～ 8.41(t，2H)；8.73(s，1H)。13C NMR(CDCl3)：δ109.18，118.26，120.20，121.52，122.22，122.40，122.82，122.94，124.04，125.16，130.27，132.99，144.53，146.02，151.07，157.14。HRMS(APCI) C16H12N2(M+ H+)：計算233.101 9，發(fā)現(xiàn)233.107 5。

2.2 芳雜環(huán)亞胺N, N(O, S)-雙齒配體的收率

2-呋喃亞胺(1a～1f)的收率在75% ～ 83%之間，收率相對較低的原因與產(chǎn)物的穩(wěn)定性有關(guān)，可能是部分產(chǎn)物被氧化使得產(chǎn)率降低的緣故，其中N-(4-甲苯基)-2-呋喃甲亞胺(1d)產(chǎn)率較高(83%)可能是苯環(huán)的對甲基推電子的結(jié)果。2-噻吩亞胺(2a～2f)的收率與2-呋喃亞胺(1a～1f)比較有所提高，在80% ～ 85%之間。說明該類產(chǎn)物的穩(wěn)定性好于前者，證明了噻吩環(huán)的芳香性大于呋喃環(huán)。2-吡啶亞胺(3a～3f)的收率明顯高于2-呋喃亞胺(1a～1f)和2-噻吩亞胺(2a～2f)，收率都在90%以上，N-環(huán)己基-2-吡啶甲亞胺(3b)甚至達到了97%的高收率。這可能與吡啶環(huán)大的電負性造成了醛基碳更正一些，更有利于親核加成反應(yīng)的理論分析相一致。

2.3 芳雜環(huán)亞胺N, N(O, S)-雙齒配體的1H NMR譜

1a，2a及3a中與亞胺氮( =N- )直接相連-CH2-上氫的化學(xué)位移普遍向低場移動，從參考值的δ1.3分別移向δ3.52，3.49，3.62，這是由于氮原子電負性造成的去屏蔽結(jié)果，大小次序與吡啶基、呋喃基及噻吩基的電負性次序一致。由于亞胺氮(=N-)的電負性影響，去屏蔽的結(jié)果使得1b，2b及3b中與此相連環(huán)己基次甲基(-CH=)上氫的化學(xué)位移向低場移動，從參考值的δ1.4分別移向δ3.06，3.08及3.14，結(jié)果表明吡啶基的影響稍微明顯一些。因為亞胺氮(=N-)及苯環(huán)的雙重影響，相對于參考值的δ2.6，1e，2e及3e中-CH2-上氫的化學(xué)位移分別為δ4.78，4.81，4.87，更加靠近低場。同樣吡啶基的影響比較明顯。所得配體亞胺雙鍵上次甲基氫(-CH=)的化學(xué)位移由于-C=N-和芳環(huán)π-π共軛的結(jié)果，配體上該碳的化學(xué)位移都比參考值(δ7.5)高。產(chǎn)物1d，2d及3d甲基氫的化學(xué)位移分別為δ2.36，2.38，2.38，基本上與參考值(δ2.35)相吻合。所有目標產(chǎn)物其他氫的化學(xué)位移在參考值附近上下擺動，基本上與目標化合物相符合。

2.4 芳雜環(huán)亞胺N, N(O, S)-雙齒配體的13C NMR譜

由于氮的去屏蔽作用，1a，2a及3a中與亞胺氮( =N- )直接相連 -CH2- 上碳的化學(xué)位移普遍向低場移動，從參考值的δ50.7，53.1，53.1分別移向δ57.77，75.07，57.45。1b，2b及3b由于亞胺氮( =N- )的吸電子影響，去屏蔽的結(jié)果使與之相連環(huán)己基上次甲基( -CH= )上碳的化學(xué)位移移向低場，從參考值的δ53.0，55.4，55.4分別移向δ70.34，74.37及67.17。由于受到亞胺氮( =N- )及苯環(huán)的雙重影響，1e，2e及3e中 -CH2- 上碳的化學(xué)位移分別為δ61.43，60.77，62.57，相對于參考值的δ56.5，58.9，58.9更接近低場。產(chǎn)物亞胺雙鍵次甲基( -CH= )上碳的化學(xué)位移由于-C=N-和芳環(huán)的π-π共軛作用，去屏蔽的結(jié)果使得所合成配體該碳的化學(xué)位移都比參考值(δ7.5)更靠近低場。1d，2d及3d甲基碳的化學(xué)位移分別為δ21.25，21.28，21.31，基本上與參考值(δ20.9)相吻合。所有目標產(chǎn)物其他碳的化學(xué)位移在參考值左右擺動，與目標化合物基本一致。

2.5 芳雜環(huán)亞胺N, N(O, S)-雙齒配體的HRMS譜

所合成的18種目標化合物1a～1f、2a～2f及3a～3f的高分辨飛行時間質(zhì)譜(HRMS)峰均為正電離模式下形成的正的分子離子峰，結(jié)果顯示計算值和發(fā)現(xiàn)值符合狀態(tài)良好，較好地滿足了對于誤差的要求。離子式量去氫后基本上與目標化合物分子量相一致，進而確定了目標化合物的化學(xué)組成。

3 結(jié) 論

利用廉價易得的原料2-呋喃甲醛、2-噻吩甲醛、2-吡啶甲醛、正丁胺、環(huán)己胺、苯胺、4-甲基苯胺、芐胺及1-萘胺等，在溫和的實驗條件下，合成并分離得到了18種具有代表性的亞胺類N,N(O,S)-雙齒配體1a～1f，2a～2f及3a～3f。獲得了良好的分離收率，最高達到了97%。測定了所合成固體配體的熔點。并通過1H NMR譜、13C NMR譜及HRMS譜對所得產(chǎn)物進行了表征，結(jié)果證明組成與結(jié)構(gòu)和目標化合物基本一致。考察所得配體在廉價過渡金屬協(xié)同下的催化活性的相關(guān)工作正在進行中。