3,6-二氨基-N-異丁基鄰苯二甲酰亞胺的合成

陳碧瓊， 楊心師， 袁立華， 馮 文

(四川大學 化學學院 教育部輻射物理與技術重點實驗室 原子核科學技術研究所,四川 成都 610064)

結構穩定、孔徑可調控及功能多樣化的剛性大環是近年來超分子研究領域所關注的焦點[1，2]。利用三中心氫鍵導向一步縮合高效成環，是除模板、分子內環化、可逆共價等方法之外的一種新型的大環合成法。鄰位二取代間苯二酰鹵與間或對苯二胺在三中心氫鍵和遠程位阻效應作用下，可使分子骨架呈剛性誘導寡聚芳酰胺有不同的彎曲程度，合成空腔尺寸可調控的環芳酰胺[3～7]，且環狀結構產物的羰基氧指向環內部，形成富電子親水空腔，環狀結構還可通過自組裝形成不同類型的納米分子結構，如納米管、球等特性[8～10]，使其在離子選擇性識別[11，12]、模擬離子通道[13]，藥物輸送和緩釋、液晶[14～16]等方面具有潛在應用價值。合成這類大環的關鍵之一是采用含分子內氫鍵的適當的二胺單體。但目前導致成環過程中分子內氫鍵形成的二胺類構筑單元僅局限于如鄰位烷氧基取代的間或對苯二胺。

為了合成一種空腔孔徑較大的新型大環芳酰胺,本文設計并合成了一種新型的含酰亞胺結構的對苯二胺衍生物——3,6-二氨基-N-異丁基鄰苯二甲酰亞胺(1)： 3-硝基鄰苯二甲酸經成酐得到3-硝基鄰苯二甲酸酐(2)；2與異丁胺作用生成N-異丁基-3-硝基鄰苯二甲酰亞胺(3)；3經Pd/C催化氫化并醋酸酐酰化得3-乙酰氨基-N-異丁基鄰苯二甲酰亞胺(4)； 4經硝化制得3-乙酰氨基-N-異丁基-6-硝基鄰苯二甲酰亞胺(5)； 5用濃硫酸除去乙酰基得6； 6經催化氫化合成了1(Scheme 1)，總收率16．4%,其結構經1H NMR，13C NMR和ESI-MS表征。

Scheme1

該方法具有操作方法簡單、產率較高等優點，是合成該對苯二胺衍生物的一種較好方法。

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

Bruker AVⅡ-500 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；ThermoFisher Scientifitic 的FinniganTMTSQ Quantum UltraTM型質譜儀。

按文獻[17]方法合成2,黃色固體，產率95%；1H NMRδ： 8.34(t,J=7.9 Hz， 1H), 8.44(d,J=7.6 Hz， 1H)， 8.53(d,J=8.0 Hz， 1H)； ESI-MSm/z： Calcd for C8H3NO5{[M+H]+}193.00, found 194.1[M+H+]}。其余所用試劑均為分析純。

1．2 合成

(1) 3的合成[18]

在反應瓶中加入無水DMF 80 mL和2 15.0 g(77.7 mmol)，攪拌下回流15 min；用注射法滴加異丁胺5.63 g(77.1 mmol)(1 h);回流反應2 h;加入乙酸酐20 mL，回流反應3 h。減壓蒸除乙酸酐和DMF，剩余物用乙醚(200 mL)溶解，依次用飽和NaHCO3溶液(3×100 mL)和水(3×100 mL)洗滌，無水MgSO4干燥，蒸除溶劑后用乙醇重結晶得黃色固體310.13 g,產率53%；1H NMRδ： 8.76(d,J=8.5 Hz， 1H), 7.71(t,J=8.5 Hz， 1H), 7.53(d,J=7.1 Hz， 1H), 2.29(d,J=1.5 Hz， 2H), 2.10(m, 1H), 1.02(d,J=6.5 Hz， 6H); ESI-MSm/z： Calcd for C12H12N2O4[M+] 248.2, found 249.2{[M+H]+}。

(2) 4的合成

將3 3.09 g(12.4 mmol)溶于乙酐30 mL和冰醋酸40 mL中，加入Pd/C 0.60 g，于95 ℃/4 Pa加氫振蕩4 h。過濾，濾餅用乙醚(70 mL)溶解后，依次用飽和NaHCO3溶液(3×30 mL)和水洗滌，無水MgSO4干燥，蒸除溶劑后用冷乙醇重結晶得白色固體4 2.67 g，產率82.4%；1H NMRδ： 9.56(s, 1H), 8.77(d,J=8.5 Hz， 1H), 7.66(t,J=8.0 Hz， 1H), 7.51(d,J=7.0 Hz， 1H), 3.47(d,J=7.0 Hz， 2H), 2.27(s, 3H), 2.11(m, 1H), 0.95(d,J=7.0 Hz， 6H)；13C NMRδ： 170.64, 169.36, 168.15, 137.40, 135.90, 131.52, 124.73, 118.04, 115.64, 45.38, 28.00, 25.07, 20.23; ESI-MSm/z： Calcd for C14H16N2O3[M+] 260.1, found 261.0{[M+H]+}。

(3) 5的合成

在反應瓶中加入40.50 g(1.92 mmol)，冰水浴冷卻，于0 ℃加入CH2Cl26 mL，攪拌使其溶解；于10 min內滴加濃H2SO41 mL和發煙HNO31 mL;攪拌10 min,加入碎冰，用乙醚(3×100 mL)萃取，合并醚層，依次用飽和NaHCO3溶液(3×10 mL)和水(3×100 mL)洗滌，無水MgSO4干燥，蒸除溶劑后用乙醚/正己烷重結晶得黃色固體5 0.33 g，產率56.3%；1H NMRδ： 10.04(s, 1H), 8.96(d,J=9.2 Hz， 1H), 8.15(d,J=9.2 Hz， 1H), 3.52(d,J=7.6 Hz， 2H), 2.33(s, 3H), 2.11(m, 1H), 0.96(d,J=6.8 Hz， 6H)；13C NMRδ： 169.63, 168.86, 162.58, 140.85, 131.41, 125.10, 124.28, 116.42, 46.09, 27.86, 25.20, 20.23; ESI-MSm/z： Calcd for C14H15N3O5[M+] 305.1, found 305.9{[M+H]+}。

(4) 6的合成

將5 0.32 g(1.05 mmol)溶于30 mL混合溶劑[V(甲醇) ∶V(CH2Cl2)=2 ∶1]中，攪拌下于5 ℃滴加濃硫酸4 mL，滴畢，于室溫反應1.5 h左右。用6 mol·L-1NaOH溶液中和至pH≈7，依次用CH2Cl2和水洗滌，用正己烷萃取，合并萃取液，濃縮有機液得黃色固體6 0.22 g,產率79.6%；1H NMRδ： 8.02(d,J=8.5 Hz， 1H), 6.87(d,J=9.0 Hz， 1H), 5.90(s, 2H), 3.47(d,J=7.5 Hz， 2H), 2.12(m, 1H), 0.94(d,J=6.5 Hz， 6H)；13C NMRδ： 168.96, 163.42, 148.57, 131.59, 126.56, 120.06, 111.59, 81.35, 45.75, 27.86, 20.27; ESI-MSm/z： Calcd for C12H13N3O4[M+] 263.1, found 264.2{[M+H]+}。

(5) 1的合成

將60.5 g(1.90 mmol)溶于CH2Cl2(30 mL)中，加入Pd/C 75 mg，于23 ℃/2 Pa加氫振蕩2.5 h。后處理同1．2(2)得紅色固體10.39 g，產率88.1%；1H NMRδ： 6.75(s, 2H), 4.80(s, 4H), 3.41(d,J=7.0 Hz， 2H), 2.09(m, 1H), 2.12(m, 1H), 0.93(d,J=6.5 Hz， 6H)；13C NMRδ： 170.03, 137.97, 124.86, 110.26, 44.76, 28.04, 20.28; ESI-MSm/z： Calcd for C12H15N3O2[M+] 233.1， found 234.0{[M+H]+}。

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