1,2-二[3-(6-甲基-8-叔丁基-3,4-二氫-1,3-苯并噁嗪)基]乙烷與新型雙氮橋聯四酚化合物的合成*

王 英, 徐小平, 姚英明, 紀順俊

(1. 連云港師范高等專科學校 化學系，江蘇 連云港 222006; 2. 蘇州大學 材料與化學化工學院,江蘇 蘇州 215123)

N-取代的3,4-二氫-1,3-苯并噁嗪具有生物活性，是潛在的安定劑和鎮靜劑，還是制備酚醛樹脂和酚類衍生物的潛在中間體[1～3]。一般以酚、伯胺和甲醛為原料，通過Mannish縮合反應來制備[4～6]。

本文報道以2-叔丁基-4-甲基苯酚、甲醛和乙二胺為原料，在甲醇中回流反應2 h，高產率地合成1,2-二[3-(6-甲基-8-叔丁基-3,4-二氫-1,3-苯并噁嗪)基]乙烷(1); 1與2-萘酚在甲苯中回流反應3 d制得新型雙氮橋聯四酚化合物(2, Scheme 1)，其結構經1H NMR， IR， MS和元素分析表征，并測定了1的晶體結構。

Scheme1

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

XT-4型顯微熔點儀(溫度計未校正)；NMRatatem 300 MHz型核磁共振儀(CDC13或DMSO-d6為溶劑，TMS為內標)；Varian 1000 FT-IR型紅外光譜儀(KBr壓片);TOF-MS型質譜儀；CARLO-ERBA EA-1110型自動元素分析儀。

所用試劑均為市售商品，使用前未經純化處理。

1.2 合成

(1) 1的合成

在反應瓶中加入2-叔丁基-4-甲基苯酚3.28 g(20 mmol)的甲醇(20 mL)溶液，乙二胺0.67 mL(10 mmol)和37%甲醛4.07 g(50 mmol)，攪拌下回流(油浴溫度90 ℃)反應2 h。冷卻，抽濾，濾餅用冷甲醇洗滌兩次,干燥得白色固體1,產率72%, m.p.154 ℃～154.5 ℃;1H NMRδ: 1.35(s, 18H, CH3in Bu), 2.23(s, 6H, CH3), 2.95(s, 4H, CH2), 4.01(s, 4H, CH2), 4.89(s, 4H, CH2), 6.61(s, 2H, ArH), 6.92(s, 2H, ArH); IRν: 3 025, 2 960, 2 877, 1 607, 1 481, 1 032, 951 cm-1; HR-MSm/z: Calcd for C28H40N2O2(M+) 436.309 0, found 436.308 4; Anal.calcd for C28H40N2O2: C 77.02, H 9.23, N 6.42; found C 76.89, H 9.17, N 6.35。

(2) 2的合成

在反應瓶中加入1 0.18 g(0.5 mmol), 2-萘酚0.14 g(1 mmol)和甲苯2 mL，攪拌下回流反應3 d。冷卻，抽濾，濾餅用乙酸乙酯洗滌兩次，干燥得白色固體2,產率56%, m.p.191 ℃～192℃;1H NMRδ: 1.16(s, 18H, CH3in Bu), 2.05(s, 6H, CH3), 2.75(s, 4H, CH2), 3.55(s, 4H, CH2), 3.96(s, 4H, CH2), 6.46(s, 2H, ArH), 6.63(s, 2H, ArH), 7.13～7.16(d,J=9 Hz, 2H, ArH), 7.24～7.29(t,J=7.5 Hz, 2H, ArH), 7.38～7.43(t,J=7.5 Hz, 2H, ArH), 7.70～7.81(m, 6H, ArH), 10.01(s, 4H, OH); IRν: 3 436, 3 045, 2 962, 2 868, 1 627, 1 562, 1 480, 1 383 cm-1; HR-MSm/z: Calcd for C48H56N2O4(M+) 724.424 0, found 724.423 6; Anal.calcd for C48H56N2O4: C 79.52, H 7.79, N 3.86; found C 79.41, H 7.70, N 3.81。

1.3 1的晶體結構測定

1在乙酸乙酯中重結晶，兩天后得到無色單晶。置于帶有石墨單色器MoKα輻射(λ=0.071 075 nm)的Rigaku Saturn CCD衍射儀上收集數據。數據經Lorentz和極化效應校正。晶體結構采用Fourier技術由直接法解出，用全矩陣最小二乘法基于FZ對結構進行修正。非氫原子經各向異性修正，氫原子按理論加氫的方法產生，并參加最后一輪修正。

2 結果與討論

2.1 1的合成

2-叔丁基-4-甲基苯酚、乙二胺和甲醛在甲醇中回流反應2 h，可以以很高的產率得到1。為了得到其精確結構，培養了1的單晶，X-衍射結果進一步證實了1結構的正確性。雖然文獻[7]報道該反應可以得到N,N′-二(2-羥基-5-甲基-3-二叔丁基苯基甲基)乙二胺(A)，但在實驗中卻沒有發現A。可能是A比較活潑，一旦生成就可以與過量的甲醛繼續反應生成1。同樣，也沒有發現類似咪唑啉橋聯雙酚結構的化合物，可能是由于溫度差異導致的結果[8]。

在3,4-二氫-1,3-苯并噁嗪的結構中，2-位碳由于受到相鄰雜原子的吸電子作用而略帶正電荷，容易接受中性親核試劑的進攻，過程中C─O鍵發生斷裂而導致開環生成相應的酚類化合物。目前，文獻中常見的親核試劑有(取代)苯酚、吲哚、二級胺、2-萘酚等[4，5，9～11]，而對于3,4-二氫-1,3-苯并噁嗪類底物，結構比較單一，一個分子中只含有一個苯并噁嗪骨架，對于雙苯并噁嗪或橋聯的苯并噁嗪類骨架的反應報道很少，而橋聯的雙酚或多酚類骨架是用途廣泛的優良配體。鑒于此，我們嘗試了1與2-萘酚的反應,中等收率制得新四酚化合物2。相對于1， 2的IR吸收峰有若干處明顯的變化：在3 440 cm-1左右有一中等偏強的寬吸收峰，這反映2存在羥基(1無明顯吸收);由于引入了兩個2-萘酚骨架以及噁嗪環的開環，所以2的芳環骨架振動峰變得非常明顯(1 627 cm-1， 1 562 cm-1， 1 480 cm-1)，這也直接促使了C─O伸縮振動峰的加強。

2.2 1的晶體結構

1的分子結構圖見圖1；晶體結構數據和修正參數見表1，選擇的鍵長和鍵角見表2。由圖1和表2可見，整個分子的對稱中心處于C(9)-C(9A)的中點處，相對于間隔基團-CH2-CH2-，兩個噁嗪環處于最穩定的反式構象。C(8)-O(1)， N(1)-C(8)， C(7)-N(1)和C(6)-C(7)的鍵長顯示它們為典型的單鍵，而C(1)-O(1)鍵長為0.138 1(2) nm，介于C-O單和C=O雙鍵的鍵長之間，具有部分雙鍵性質，這可能是由于氧原子上的孤對電子向苯環離域引起的。

圖 1 1的分子結構圖Figure 1 Molecular structure of 1

Comp1Formula(Weight)C28H40N2O2(436.62)Temperature/K293(2)Crystal system(Space group)monoclinic(C 2/c)a, b, c/?16.145 5(17), 9.120 6(7), 17.822 8(18)β/(°)110.831(2)Volume/?32 453.0(4)Z4Calculated density/g·cm-31.182F(000)952Crystal size/mm0.40×0.30×0.24Data/restraints/parameters2 785/0/150Range/(°)3.08/27.48Goodness of fit on F21.058R1, ωR2[I>2σ(I)](all data)0.071 8, 0.163 80.091 5, 0.176 9

表 2 1的部分鍵長和鍵角Table 2 Selection bond lenghts and angles of 1

[1] Ishida H, Yee Low H. A study on the volumetric expansion of benzoxazine-based phenolic resin[J].Macromolecules,1997,30(4):1099-1106.

[2] Wang Y X, Ishida H. Synthesis and properties of new thermoplastic polymers from substituted 3,4-dihydro-2H-1,3-benzoxazines[J].Macromolecules,2000,33(8):2839-2847.

[3] Wang Y X, Ishida H. Cationic ring-opening polymerization of benzoxazines[J].Polymer ,1999,40(16):4563-4570.

[4] Woodgate P D, Horner G M. Synthesis of dioxazaborocines fromN-substituted-bis(2-hydroxyaryl)aminomethylamines[J].J Organomet Chem,1999,592:180-193.

[5] Higham C S, Farrell J R. Multidentate aminophenol ligands prepared with Mannich condensations[J].Tetrahedron Lett,2006,47:4419-4423.

[6] Kiskan B, Koz B, Yagci Y. Synthesis and characterization of fluid 1,3-benzoxazine monomers and their thermally activated curing[J].J Polym Chem,Part A,Polym Chem,2009,47:6955-6961.

[7] Tshuva E Y, Gendeziuk N, Kol M. Single-step synthesis of salans and substituted salans by Mannich condensation[J].Tetrahedron Lett,2001,42(36):6405-6408.

[8] Xiaoping Xu, Yingming Yao, Yong Zhang,etal. Synthesis,reactivity and structural characterization of sodium and ytterbium complexes containing new imidazolidine-bridged bis(phenolato) ligands[J].Inorg Chem,2007,46:3743-3751.

[9] Goward G R, Spiess H W. Benzoxazine oligomers:Evidence for a helical structure from solid-state NMR spectroscopy and DFT-based dynamics and chemical shift calculations[J].J Am Chem Soc,2003,125:5792-5800.

[10] Bulman Page P C, Heaney H. Retro-Mannich reactions of 3-alkyl-3,4-dihydro-2H-1,3-benz[e]oxazines and the synthesis of axially chiral resorcinarenes[J].Tetrahedron Lett,2003,44:2965-2970.

[11] Bulman Page P C, Heaney H, Sampler E P. The first enantioselective syntheses of axially chiral enantiomerically pure calix[4]resorcinarene derivatives[J].J Am Chem Soc,1999,121:6751-6752.