4-N-{2-[4-(2-巰基乙氧基)苯氧基]乙基}-1-N-對甲苯磺酰基哌嗪的合成*

陳冬梅, 孫小強, 孫益群, 席海濤

(常州大學 化學化工學院,江蘇 常州 213164)

硫醇類分子通過巰基與金屬之間產生化學吸附在金屬界面上自發地形成一層穩定且有序的自組裝單分子層[1～3]。由于其制備簡單、成膜效果好、穩定性強及缺陷小等優點被廣泛地用于電化學、分子器件等領域[4～8]。其中，硫醇在金基底上的自組裝單分子層膜是目前最具代表性和研究最多的SAMs體系之一；又有研究發現由于含氮原子的化合物對金屬離子、有機或無機陰離子具有較高的選擇配位性因而被廣泛應用于金屬離子的分離與提取及離子選擇性電極等方面[9～11]。

本文基于這兩方面的研究成果，以哌嗪和對芐氧基苯酚為原料，設計合成了具有特殊功能的含巰基的哌嗪類衍生物——4-N-{2-[4-(2-巰基乙氧基)苯氧基]乙基}-1-N-對甲苯磺酰基哌嗪(8, Scheme 1),其結構經NMR, IR和MS表征。

Scheme 1

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

XT4-100X型顯微熔點測定儀(溫度計未校正)；Bruker ARX-500型核磁共振譜儀(CDC13為溶劑，TMS為內標)；Perkin-Elmer FT-IR 1730型紅外光譜儀(KBr壓片)；津島GC-MS-QP 2010型氣相色譜質譜儀；KQ-100B型超聲波清洗儀。

柱層析用硅膠H，青島海洋化工有限公司；其余所用試劑均為分析純。

1．2 合成

(1) 1-對甲苯磺酰基哌嗪(4)的合成

在三口燒瓶中依次加入哌嗪1.5 g(17.4 mmol),二氯甲烷20 mL和三乙胺15 mL，攪拌使其完全溶解；于室溫緩慢滴加對甲苯磺酰氯(TsCl) 1.92 g(10.1 mmol)的二氯甲烷(20 mL)溶液，滴畢,反應過夜。加水40 mL，靜置分層，有機相用無水硫酸鈉干燥，減壓蒸除二氯甲烷，殘余物用甲醇重結晶得白色固體41.5 g，收率61.8%, m.p.150.5 ℃;1H NMRδ: 2.43(s, 3H, CH3), 2.91～2.93(t,J=4.0 Hz, 4H, d-H), 2.96～2.97(d,J=5.2 Hz, 4H, c-H), 7.32～7.33(d,J=8.1 Hz, 2H, a-H), 7.63～7.64(d,J=8.3 Hz, 2H, b-H); MSm/z: 240.95{[M+1]+}。

(2) 4-芐氧基-1-(2-羥乙氧基)苯(1)的合成

在三口燒瓶中加入對芐氧基苯酚30.0 g(150 mmol)和乙醇200 mL，攪拌使其完全溶解；加熱至回流，滴加KOH 16.8 g(300 mmol)的乙醇(100 mL)溶液，滴畢，加入氯乙醇24.0 g(300 mmol)，回流反應至終點(TLC跟蹤)。旋蒸脫除乙醇(200 mL)，加20%NaOH溶液(150 mL)析晶，抽濾，濾餅用乙醇重結晶得白色片狀晶體127.4 g，收率74.9%， m.p.100.3 ℃～101.0 ℃;1H NMRδ: 3.92～3.95(m, 2H, j-H), 4.03～4.05(t, 2H, i-H), 5.02(s, 2H, PhCH2), 6.85～6.92(m, 4H, g,h-H), 7.26～7.43(m, 5H, PhH)。

(3) 4-(2-羥乙氧基)苯酚(2)的合成

在單口燒瓶中加入1 24.4 g(100 mmol)的甲醇(500 mL)溶液,Pd/C 4.0 g,常溫常壓下通入H2，攪拌下反應至不再吸H2。過濾，濾液旋蒸濃縮，殘余物用混合溶劑[V(丙酮) ∶V(石油醚)=1 ∶3]重結晶得淡黃色固體2 12.4 g，收率80.5%, m.p.88.5 ℃～90.2 ℃;1H NMRδ: 2.01～2.03(t, 1H, j-OH), 3.93～3.96(m, 2H, j-H), 4.02～4.04(t, 2H, i-H), 4.49(s, 1H, OH), 6.76～6.83(m, 4H, g,h-H)。

(4) 2-[4-(2-溴乙氧基)苯氧基]乙醇(3)的合成

在三口燒瓶中依次加入2 15.4 g(100 mmol), 1,2-二溴乙烷56.4 g(300 mmol)和乙腈120 mL，攪拌使其完全溶解；加入K2CO3粉末27.6 g(200 mmol)，于80 ℃反應10 h。抽濾，濾液旋蒸脫除溶劑，殘余物用無水乙醇重結晶得白色固體315.5 g，收率59.4%, m.p.79.4 ℃～80.2 ℃;1H NMRδ: 1.99～2.02(t, 1H, j-OH)， 3.61～3.63(t, 2H, e-H), 3.93～3.96(m, 2H, j-H), 4.03～4.05(t, 2H, i-H), 4.24～4.26(t, 2H, f-H), 6.86～6.87(d, 4H, g,h-H)。

(5) 4-N-{2-[4-(2-羥乙氧基)苯氧基]乙基}-1-N-對甲苯磺酰基哌嗪(5)的合成

在三口燒瓶中依次加入4 1.4 g(5.83 mmol), 3 1.0 g(3.83 mmol) 和乙腈60mL，攪拌使其完全溶解；加入粉末K2CO32.0 g(14.49 mmol)，回流反應至終點(TLC跟蹤)。過濾，濾液旋轉蒸發后得黃色固體，用無水乙醇重結晶得白色固體50.9 g，收率55.9%, m.p.128.6 ℃～129.6 ℃;1H NMRδ: 2.42(s, 3H, CH3), 2.65～2.67(t,J=4.6 Hz, 4H, d-H), 2.76～2.78(t,J=5.5 Hz, 2H, e-H), 3.04(s, 4H, c-H), 3.93(s, 2H, j-H), 3.97～3.99(t,J=5.5 Hz, 2H, f-H), 4.01～4.03(t,J=4.6 Hz, 2H, i-H), 6.80～6.84(m, 4H, g,h-H), 7.31～7.32(d,J=8.0 Hz, 2H, a-H), 7.62～7.64(d,J=8.1 Hz, 2H, b-H); MSm/z: 443.15{[M+23]+}。

(6) 4-N-{2-[4-(2-甲磺酰基乙氧基)苯氧基]乙基}-1-N-對甲苯磺酰基哌嗪(6)的合成

在三口燒瓶中依次加入5 0.9 g(2.14 mmol),三乙胺10 mL和THF 15 mL,冰鹽浴冷卻至-5 ℃以下，攪拌下緩慢滴加甲磺酰氯(MsCl) 0.7 g(6.11 mmol)的THF(10 mL)溶液，滴畢，反應至終點(TLC跟蹤)。加冰水10 mL，用二氯甲烷(3×10 mL)萃取，合并有機相，用無水硫酸鈉干燥,除去溶劑得淡黃色油狀液體，經硅膠柱層析[洗脫劑：A=V(乙酸乙酯) ∶V(石油醚)=1 ∶1]分離得淡黃色油狀液體60.9 g，收率84.3%;1H NMR(氘代甲醇)δ: 2.44(s, 3H, CH3), 2.64～2.66(t,J=4.5 Hz, 4H, d-H), 2.75～2.77(t,J=5.3 Hz, 2H, e-H), 3.01(s, 4H, c-H), 3.11(s, 3H, OSO2CH3), 3.99～4.01(m, 2H, j-H), 4.16～4.18(m, 2H, f-H), 4.50～4.52(m, 2H, i-H), 6.80～6.90(m, 4H, g,h-H), 7.42～7.43(d,J=8.1 Hz, 2H, a-H), 7.64～7.66(d,J=8.2 Hz, 2H, b-H); MSm/z: 499.15{[M+1]+}。

(7) 4-N-{2-[4-(2-乙酰巰基乙氧基)苯氧基]乙基}-1-N-對甲苯磺酰基哌嗪(7)的合成

在單口燒瓶中依次加入6 1.2 g(2.41 mmol), 硫代乙酸鉀0.5 g(4.37 mmol)和DMF 30 mL,攪拌下于室溫過夜(TLC跟蹤)。加冰水50 mL，用無水乙醚(3×10 mL)萃取，合并乙醚層，旋除溶劑得淡黃色油狀液體，經硅膠柱層析(洗脫劑：A=1 ∶2)分離得淡黃色固體7 0.7 g，收率60.8%, m.p.78.2 ℃～78.6 ℃;1H NMRδ: 2.36(s, 3H, SCOCH3), 2.42(s, 3H, CH3), 2.65～2.66(d,J=4.5 Hz, 4H, d-H), 2.75～2.77(t,J=5.4 Hz, 2H, e-H), 3.04(s, 4H, c-H), 3.22～3.25(t,J=6.5 Hz, 2H, j-H), 3.96～3.98(t,J=5.5 Hz, 2H, f-H), 4.01～4.04(t,J=6.5 Hz, 2H, i-H), 6.76～6.82(m, 4H, g,h-H), 7.30～7.32(d,J=8.0 Hz, 2H, a-H), 7.62～7.64(d,J=8.2 Hz, 2H, b-H);13C NMRδ: 195.35(1C), 153.14(1C),152.75(1C),143.65(1C), 132.44(1C), 129.62(2C), 127.93(2C), 115.73(4C), 67.26(1C), 66.53(1C), 56.94(1C), 52.66(2C), 46.03(2C), 30.55(1C), 28.58(1C), 21.48(1C); MSm/z: 479.15{[M+1]+}。

(8)8的合成

在單口燒瓶中依次加入70.1 g(0.21 mmol),甲醇4 mL和氯仿6 mL，攪拌使其完全溶解，加入KOH 0.2 g(3.57 mmol)，N2保護，于室溫反應至終點(TLC跟蹤)。加水2 mL，用氯仿(3×5 mL)萃取，合并氯仿層，旋除溶劑得淡黃色油狀液體，經硅膠柱層析[V(丙酮) ∶V(石油醚)=1 ∶3]分離得淡黃色油狀液體860 mg，收率63.6%;1H NMRδ: 2.41(s, 3H, CH3), 2.64(s, 4H, d-H), 2.74～2.76(t,J=5.2 Hz, 2H, e-H), 2.87～2.89(t,J=6.8 Hz, 2H, j-H), 3.03(s, 4H, c-H), 3.95～3.97(t,J= 5.2 Hz, 2H, f-H), 4.05～4.11(m, 2H, i-H), 6.76～6.84(m, 4H, g,h-H), 7.30～7.32(d,J=7.9 Hz, 2H, a-H), 7.61～7.63(d,J=8.0 Hz, 2H, b-H);13C NMRδ: 153.06(1C),152.77 (1C), 143.63(1C), 132.44(1C), 129.61(2C), 127.85(2C), 115.75(4C), 68.57(1C), 66.48(1C), 56.87(1C), 52.58(2C), 45.99(2C), 27.65(1C), 21.44(1C); IRν: 2 564.6 cm-1; MSm/z: 437.15{[M +1]+}。

2 結果與討論

3的收率比較低，經過多次探索發現，增加1,2-二溴乙烷與2的投料比能提高收率。

合成8時，由于巰基在空氣中容易被氧化，需在N2保護下反應。起初在酸性(HCl)條件下水解，發現醚鍵斷了，產物為4-N-[2-(4-對羥基苯氧基)乙基]-1-N-對甲苯磺酰基哌嗪。改用堿性(KOH)條件水解成功地制得新化合物8。

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