末端含香蘭醛亞胺Schiff堿的1,3,5-三嗪核-聚酰胺樹枝狀化合物的合成*

孟 啟, 吳桂勇, 陳娟娟, 李丹鳳, 孫小強

(江蘇工業學院 江蘇省精細石油化工重點實驗室,江蘇 常州 213016)

樹枝狀化合物[1～4]具有高度幾何對稱性、精確的分子結構、大量的官能團、分子內存在空腔等特點，其獨特的結構開創了一個新的超分子領域[5]。聚酰胺類樹枝狀化合物[6～10]已經在藥物載體、納米復合材料、納米反應器、液晶、單分子膜、基因載體等多方面已顯示出了廣闊的應用前景。酚醛席夫堿及其金屬配合物具有良好的抗菌、抗癌活性[11～13]，香蘭醛是天然醛的一種。

Scheme1

本文以2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪為聚酰胺樹枝狀化合物的核，首先與亞胺基二(乙酸乙酯)進行親核取代反應制得1,3,5-三嗪核-六酯基樹枝狀化合物(1);1經乙二胺胺解制得1,3,5-三嗪核-六乙二胺基樹枝狀化合物(2);2與丙烯酸甲酯進行邁克加成反應制得1,3,5-三嗪核-六胺基-十二酯基樹枝狀化合物(3);3再經乙二胺胺解制得1,3,5-三嗪核-六胺基-十二胺基樹枝狀化合物(4);4(或2)與香蘭醛在乙醇中反應合成了新型聚酰胺樹枝狀化合物——末端含香蘭醛亞胺Schiff堿的1,3,5-三嗪核-聚酰胺樹枝狀化合物(5)(或6)(Scheme 1),其結構經NMR和IR表征。

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

WRS-2型顯微熔點儀(溫度未經校正)；UV-1700型紫外可見分光光度計(EtOH)；Bruker 500 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；FT-IR 8400S型紅外光譜儀(KBr壓片)；三極桿TSQ 7000型質譜議。

所用試劑均為分析純。

1．2 合成

(1) 1的合成

在圓底燒瓶中加入2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪1.9 g(103.0 mmol)和碳酸鉀4.4 g(0.31 mmol) 的乙腈(20 mL)溶液,攪拌下于0 ℃滴加亞胺基二(乙酸乙酯)6.0 g(320 mmol)的乙腈( 10 mL )溶液，滴畢，反應30 min;于室溫反應4 h;回流反應6 h(TLC跟蹤)。減壓過濾，濾液減壓脫溶，冷卻至室溫，加入蒸餾水析晶，過濾，濾餅用水洗滌，干燥得白色固體1 6.1 g，產率89%, m.p.80.0 ℃;1H NMRδ: 4.28(s, 12H, a-H), 4.19～4.15(q,J=7.0 Hz, 12H, CH2), 1.28～1.25(t,J=7.0 Hz, 18H, CH3);13C NMRδ: 170.19(C of triazine), 165.38(CO2Me), 60.99(Ca), 49.55(CH2), 14.27(CH3); IRν: 3 472, 3 104, 2 985, 2 942, 1 746, 1 552, 1 492, 1 194, 1 024 cm-1; ESI-MSm/z: 602.2{[M+H]+}。

(2)2的合成

在圓底燒瓶中加入無水乙二胺16.8 g(280 mmol)和甲醇40 mL,攪拌下于15 ℃緩慢滴加1 2.0 g(3.1 mmol)的甲醇(30 mL)溶液(約2 h),于室溫反應12 h;于60 ℃反應24 h。減壓蒸除甲醇和過量的乙二胺，殘余物用甲醇溶解，于80 ℃快速減壓除去少量殘留乙二胺.重復溶解-除溶劑數次得黃綠色固體22.2 g，產率99%;1H NMR(D2O)δ: 4.10(s, 12H, a-H), 3.17(q,J=5.5 Hz, 12H, b-H), 2.62(t,J=5.5 Hz, 12H, c-H);13C NMR(D2O)δ: 175.38(C of triazine), 167.77(CONH), 55.04(Ca), 44.42(Cb), 42.50(Cc); IRν: 3 361, 3 086, 2 938, 1 657, 1 545, 1 488 cm-1; ESI-MSm/z: 727.4{[M+H]+}。

(3)3的合成

在圓底燒瓶中加入丙烯酸甲酯9.0 g(210 mmol)的甲醇(20 mL)溶液,攪拌下于室溫滴加2 1.6 g(2.2 mmol)的甲醇(20 mL)溶液，滴畢，反應2 h;于50 ℃反應12 h。減壓除去甲醇與過量的丙烯酸甲酯，殘余物經柱層析[梯度洗脫:V(甲醇) ∶V(氯仿)=1 ∶20～1 ∶12]分離得淡黃色液體33.3 g,產率86%;1H NMRδ: 8.58 (s, 6H, NH), 3.98(s, 12H, a-H), 3.66(s, 36H, OCH3), 3.31～3.28(q,J=1.5 Hz, 12H, b-H), 2.79 (t,J=7.0 Hz, 24H, d-H), 2.63(t,J=6.5 Hz, 24H, c-H), 2.45(t,J=7.0 Hz, 24H, e-H);13C NMRδ: 173.02(C of triazine), 171.41(CO2Me), 164.53(CONH), 54.59(Ca), 52.49(Cc), 51.52(OCH3), 49.45(Cd), 37.66(Cb), 32.72(Ce); IRν: 3 248, 3 075, 2 952, 2 840, 1 736, 1 664, 1 545, 1 486, 1 198, 1 010 cm-1; ESI-MSm/z: 1 759.7{[M+H]+}。

(4)4的合成

在圓底燒瓶中加入乙二胺6.1 g(102 mmol)和甲醇20 mL,攪拌下于0 ℃緩慢滴加3 1.0 g(0.57 mmol)的甲醇(20 mL)溶液(約4 h)，于室溫反應12 h，于60 ℃反應24 h。后處理同1.2(2)得黃綠色黏稠液體41.2 g，產率98%;1H NMR(CD3OD)δ: 4.15(s, 12H, a-H), 3.30(d,J=3.0 Hz, 12H, b-H), 3.24(t,J=6.0 Hz, 24H, f-H), 2.79(s, 24H, g-H), 2.72～2.70(t,J=7.5 Hz, 24H, d-H), 2.64～2.63(d,J=7.2 Hz, 12H, c-H), 2.37～2.35(t,J=5.0 Hz, 24H, e-H);13C NMR(CD3OD)δ: 175.09(C of triazine), 172.80(CONH), 166.40(CONH), 53.30(Ca), 51.22(Cc), 44.69(Cd), 43.05(Cf), 42.08(Cg), 38.62(Cb), 34.85(Ce); IRν: 3 280, 3 081, 2 935, 2 871, 1 645, 1 548, 1 486 cm-1; ESI-MSm/z: 2097.4{[M+H]+}。

(5)5的合成

氮氣保護，在圓底燒瓶中加入香蘭醛0.35 g(0.23 mmol)的無水乙醇(40 mL)溶液，攪拌下回流，緩慢滴加4 0.2 g(95.3 μmol)的無水乙醇(20 mL)溶液,滴畢，反應12 h。減壓除去大部分乙醇，冷卻析晶，加入乙酸乙酯10 mL，超聲15 min，過濾，濾餅用乙酸乙酯(3×10 mL)洗滌，干燥得橙黃色粉末50.28 g,產率75%, m.p.83.3 ℃～85.5 ℃; Uv-Visλ: 402, 303, 270, 234 nm;1H NMR(CD3OD)δ: 8.09(s, 12H, h-H), 7.36(s, 12H, ArH), 7.10(d,J=7.3 Hz, 12H, ArH), 6.77(d,J=7.3 Hz, 12H, ArH), 4.01(s, 12H, a-H), 3.81(s, 36H, OCH3), 3.62(t,J=6.5 Hz, 24H, g-H), 3.45(t,J=4.5 Hz, 24H, f-H), 3.16(t,J=6.0 Hz, 12H, b-H), 2.64～2.48(m b, 36H, c,d-H), 2.24(t,J=4.1 Hz, 24H, e-H);13C NMR(DMSO-d6)δ: 171.4(C of triazine), 170.2(CONH), 161.4(Ch), 149.2(C of Ar), 147.8(C of Ar), 127.8(C of Ar), 122.0(C of Ar), 115.1(C of Ar), 110.0(C of Ar), 59.7(Ca), 59.5(OCH3), 55.5(Cg), 51.9(Cc), 49.62(Cd), 36.97(Cb), 33.2(Ce), 51.9(Cf); IRν: 3 419, 3 076, 2 937, 1 645, 1 592, 1 546, 1 518, 1 430, 1 285 cm-1; ESI-MSm/z: 3677.9{[M+H]+}。

(6)6的合成

氮氣保護。在圓底燒瓶中加入香蘭醛0.36 g(0.235 mmol)的無水乙醇(50 mL)溶液，攪拌下回流，緩慢滴加20.2 g(0.26 mmol)的無水乙醇(20 mL)溶液,滴畢，反應12 h。后處理同1.2(5)得土黃色粉末60.4 g,產率88.9%, m.p.191.1 ℃～193.2 ℃; Uv-Visλ: 403.5, 304.4, 273.2, 223.0 nm;1H NMR(DMSO-d6)δ: 8.72(s, 6H, CONH), 8.05(s, 6H, h-H) 7.30(s, 6H, ArH), 7.02(d,J=7.3 Hz, 6H, ArH), 6.78(d,J=7.3 Hz, 6H, ArH), 3.98(s, 12H, a-H), 3.83(s, 18H, OCH3), 3.75(t,J=6.5 Hz, 12H, c-H), 3.30(t,J=4.5 Hz, 12H, b-H);13C NMR(DMSO-d6)δ: 170(C of triazine), 164.2(CONH), 161.7(Ch), 149.1(C of Ar), 147.7(C of Ar), 127.8(C of Ar), 122.7(C of Ar), 115.0(C of Ar), 110.0(C of Ar), 59.7(Ca), 59.5(OCH3), 55.4(Cc), 52.4(Cb); IRν: 3 421, 3 251, 3 073, 2 936, 1 646, 1 592, 1 546, 1 517, 1 485, 1 284 cm-1; ESI-MSm/z: 1531.4{[M+H]+}。

2 結果與討論

2.1 樹枝狀化合物核的合成

以2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪為枝狀化合物的中心核，其氯原子在不同溫度具有不同的反應活性。通常在0 ℃發生第一取代，20 ℃～40 ℃時發生第二取代，60 ℃以上發生第三取代[14]。通過TLC跟蹤反應，初步考查了不同階段反應溫度對取代的影響。采用一鍋法制備三取代產物2時發現,第三個氯原子并不能完全被亞胺基二乙酸二乙酯完全取代，得到的是二取代和三取代的混合產物，它們的物化性質相差很小，通過一般的純化方法難以分離。本文通過緩慢升溫逐步取代的方式合成2， TLC跟蹤結果顯示二取代產物點消失，只有三取代產物點。后處理只需通過簡單的過濾和洗滌便能得到2，這為制備2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪三取代化合物提供了一種簡便方法。

2.2 末端含伯胺基樹枝狀化合物的制備

為了保證含伯胺基的樹枝狀化合物具有單一性，乙二胺必須大大過量，保證乙二胺僅有一個胺基參與反應，減少橋連或環合等副產物。為了除盡過量的乙二胺，反應結束后先減壓除去過量的乙二胺后，得到的粗產品再加入甲醇將粗產品溶解，然后再減壓將甲醇和少量的乙二胺除去，重復幾次后可將乙二胺除盡。胺基末端的2和4具有相似的IR譜圖，在1 657 cm-1左右呈現很強的酰胺C=O伸縮振動吸收峰，對比酯基末端的1和3在1 735 cm-1左右呈現強的酯C=O伸縮振動吸收峰，表明酯基轉化為酰胺。此外2和4在3 300 cm-1～3 500 cm-1出現NH或NH2的振動吸收峰，表明分子中含有游離的氨基;而且其1H NMR譜圖中的甲氧基質子峰(4.19～4.15和3.66)消失，這表明1和3胺解完全。

2.3 末端含香蘭醛亞胺席夫堿樹枝狀化合物的合成及其波譜分析

合成5或6時，為了確保4或2末端的胺基與香蘭醛反應完全，香蘭醛必須過量，在回流狀態下緩慢地向香蘭醛的無水乙醇溶液中滴加4或2的無水乙醇溶液，反應結束后，減壓除去大部分乙醇，冷卻后加入乙酸乙酯，過濾除去未反應的香蘭醛，黃色粉末反復用乙酸乙酯洗滌，干燥后得到5或6。

5和6的UV譜圖出現4個吸收峰，在272 nm～304 nm出現了甲亞胺的n→π*躍遷形成的吸收帶和在402 nm處出現了C=N雙鍵的π-π*躍遷產生的吸收峰。另一方面，1H NMR分析表明,5和6分別在3.75和3.62處出現了CH2CHN的質子峰，在2.62和2.80處未見CH2NH2的質子峰；13C NMR分析表明，5和6在55.40處出現了明顯的CH2C=N的碳峰，而在42.49和42.08處未見CH2C=N的碳峰，這表明2和4的伯胺基完全與香蘭醛進行了反應，5和6末端分別含有6個和12個香蘭醛亞胺席夫堿。

[1] Tomalia D A, Naylor A M, Goddard W A. Starburst dendrimers:Molecular level bisrol of size shape,surface chemistry,topology and flexibility from atoms to macroscopic matter[J].Angew Chem Int ED Engl,1990,29(2):138-175.

[2] Tomalia D A, Durst H D. Supramolecular chemistry I:Directed synthesis and molecular recognition[J].Top Curr Chem,1993,165:193-313.

[3] Matthews O A, Shipway A N. Dendrimers-branching out from curiosities into new technologies[J].Prog Polym Sci,1998,23:1-56.

[4] Voegtle F, Gestemann R, Hesse H,etal. Functional dendrimers[J].Prog Polym Sci,2002,25:987-1041.

[5] Tomalia D A. Starbrush TM cascade dendrimer:fundamental building blocks for new nanoscopic chemistry set[J].Aldrichim Acta,1993,26:91-101.

[6] Hawker C J, Frechet J M J. Preparation of polymers with controlled molecular architecture.A new convergent approach to dendritic macromolecules[J].J Am Chem Soc,1990,112:7638-7647.

[7] Miller T M, Neenan T X, Zayas R,etal. Preparation of polymers with controlled molecular architecture.A new convergent approach to dendritic macromolecules[J].J Am Chem Soc,1992,114:1018-1025.

[8] Tomalia D A, Baker H, Dewald J R,etal. A new class of polymers:Starburst-dendritic macromolecules[J].Polym J,1985,17:117-132.

[9] Tomalia D A. Dendritic macromolecules:synthesis of starburst dendrimers[J].Macromolecules,1986,19(9):2466-2468.

[10] Frechet J M J. Dendritic macromolecules and a novel convergent process for producing the same are disclosed.The convergent process enables the accurate control and design of the surface functionality of the macromolecule[P].US 5 041 516,1991.

[11] Zhu W R, Hu P Z, Li M Y,etal. Synthesis of new Schiff bases containing thiophene moiety[J].Wuhan University Journal of Natural Sciences,2003,8(2A):433-436.

[12] Li M Y, Hu P Z, Zhu W R,etal. Synthesis of characterization of open-ring polycomponent complexes[J].Asain J Chem,2003,1:38-42.

[13] Li M Y, Hu P Z, Zhu W R,etal. Synthesis of 2,6-(substituded)pyridine derivatives using amide and imine groups[J].Chinese Chemical Letters,2003,14(6):572-574.

[14] Dhathathreyan A, Mary N L, Radhakrishnan G,etal. Langmuir and langmuir-bodgett films of Schiff base modified styrene-maleic anhydride copolymers[J].Macromolecules,1996,29:1827.