隗小山,周繼承,周元清,曾偉,張祖喜
(1.湘潭大學 化工學院,湖南 湘潭 411105;2.湖南石油化工職業技術學院,湖南 岳陽 414012)
Schiff 堿是一類非常重要的含氮配體,由醛或酮的羰基和伯胺、肼及其衍生物的—NH2基團縮合而得,具有良好的生物活性、載氧活性和催化活性,在化學分析方面也有重要的應用[1],多年來,對這類化合物的研究成為配位化學領域的熱點[2]。
而作為Schiff 堿中的特殊的一種,水楊醛Schiff堿具有獨特的p-π 共軛結構,以及對外場刺激的強烈的反應性,使其具有良好的液晶性,可以作為很好的功能材料。在有機液晶分子化合物中引入稀土金屬,往往能使其液晶性能發生許多變化,并產生某些突破性,如液晶態溫度升高、范圍變寬,液晶織構發生變化,對光、電磁等響應性明顯增強。研究發現,醛取代基抗癌效應優于胺取代基,水楊醛Schiff 堿優于其他醛類,而且親油性和吸電子性的取代基是Schiff 堿抗腫瘤活性所需要的[3]。
本文結合前人對水楊醛Schiff 堿的研究[4]和實驗室實際條件,確定了以間苯二酚為初始原料通過甲?;图谆频脤籽趸畻钊?,再分別與乙二胺和鄰苯二胺反應,得到最終產物雙對甲氧基水楊醛縮乙二胺Schiff 堿和合成雙對甲氧基水楊醛縮鄰苯二胺Schiff 堿。
間苯二酚、硫酸二甲酯、鄰苯二胺、三氯氧磷、無水乙醚、丙酮、DMF、NaOH、NaHCO3、Na2SO4、K2CO3均為分析純。
Tektronix X4 顯微熔點儀測定(溫度計未校正);Bruker 400 MHz 核磁共振波譜儀測定(CDCl3為溶劑);PE2400Ⅱ型元素分析儀。
無水乙醚用常規金屬鈉除水方法制得;DMF 用分子篩干燥;無水乙醇用金屬鎂除水制?。?]。合成路線如下:

1.2.1 2,4-二羥基苯甲醛的制備 在500 mL 圓底燒瓶中,加入2. 16 mol 的N,N’-二甲基甲酰胺(DMF),攪拌下滴加0.66 mol 的三氯氧磷。溫度維持在20 ℃,滴加0. 1 mol 間苯二酚溶于乙醚溶液[6],30 ℃反應4 h,加飽和NaHCO3至溶液呈中性,攪拌30 min,用稀鹽酸調pH =4,用乙醚提取,提取液用水洗至中性。無水硫酸鈉干燥,蒸去乙醚,得粗品。以水為溶劑重結晶,真空干燥,得18.6 g 淡白色針狀結晶,產率24.1%,m.p. 323.5 ℃,所得樣品記為1a。
1.2.2 對甲氧基水楊醛的合成 取0.05 mol 2,4-二羥基苯甲醛溶于丙酮的溶液,倒入50 mL 圓底燒瓶中,加入0.04 mol 無水碳酸鉀和0.01 mol 氫氧化鈉,充分攪拌,加熱回流30 min。持續攪拌下加入0.05 mol 硫酸二甲酯,回流5 h。過濾,濾出的白色粉末用丙酮洗2 ~3 次。將濾液蒸干,得粗品;再經水蒸氣蒸餾,將餾出液靜置10 h,讓晶體完全析出。抽濾,固體30 ℃真空干燥20 h。得5.74 g 淡白色固體,產率75. 5%,m. p. 292 ℃。所得樣品記為2a。采用1H NMR (CDCl3,400 MHz)分析,δ∶3.85(c,3H),6.42(f,1H),6.53(e,1H),7.42(d,1H),9.71(b,1H),11.45(a,1H),見圖1。1.2.3 雙對甲氧基水楊醛縮乙二胺Schiff 堿的合成 在裝有冷凝水裝置的三口瓶中,加入0.01 mol對甲氧基水楊醛,6 mL 無水乙醇,攪拌,直至對甲氧基水楊醛完全溶解。攪拌下慢慢滴加5 mmol 乙二胺,加熱回流1 h。冷卻至室溫[7],析出淺黃色固體,過濾,用無水乙醇洗滌2 ~3 次,50 ℃真空干燥15 h,得1. 52 g 淡白色固體,產率92. 7%,m. p.761 ℃,所 得 樣 品 記 為 3a,1H NMR (CDCl3,400 MHz)分析,δ:3. 80 (f,3H),3. 86(e,2H),6.38(g,1H),6.42(d,1H),7.10(c,1H),8.21(b,1H),13.71(b,1H),見圖2。

圖1 對甲氧基水楊醛的1H NMR 譜圖Fig.1 The 1H NMR spectrum of p-methoxysalicylaldehyde

圖2 雙對甲氧基水楊醛縮乙二胺Schiff 堿的1H NMR 譜圖Fig.2 The 1H NMR spectrum of double p-methoxysalicylaldehyde shrink ethylenediamine Schiff base

圖3 雙對甲氧基水楊醛縮鄰苯二胺Schiff 堿的1H NMR 譜圖Fig.3 The 1H NMR spectrum of double p-methoxysalicylaldehyde shrink o-phenylenediamine Schiff base
1.2.4 雙對甲氧基水楊醛縮鄰苯二胺Schiff 堿的合成 在裝有冷凝水裝置的三口瓶中加入5 mmol鄰苯二胺,3 mL 無水乙醇,攪拌,使鄰苯二胺完全溶解。取0.01 mol 對甲氧基水楊醛,用無水丙酮溶解。在攪拌狀態下慢慢滴加到三口瓶中[8],攪拌10 min,熱回流4 h。蒸去大部分乙醇,抽濾,干燥。用95%乙醇重結晶2 次;真空干燥24 h,得1.68 g深黃色固體,產率89.4%,m.p. 885 ℃,所得樣品記為4a。1H NMR (CDCl3,400 MHz)分析,δ:3.82(h,3H),6.47(f,1H),6.55(g,1H),7.21(d,1H),7.26(d,1H),7.30(c,1H),8.53(b,1H),13.72(a,1H),見圖3。
雙對甲氧基水楊醛縮乙二胺Schiff 堿和雙對甲氧基水楊醛縮鄰苯二胺Schiff 堿的C、H、N 元素含量分析(括號內為理論值)見表1。
產物(4a)比產物(3a)顏色明顯加深,這是因為鄰苯二胺相比乙二胺,結構上多了一個苯環,與對甲氧基水楊醛縮合后形成共軛結構,隨著反應產物共軛電子數增多,顏色加深。

表1 二胺Schiff 堿的元素分析Table 1 The elemental analysis of the diamine Schiff base
在整個合成路線實施的過程中,第1 步甲?;?實驗1.2.1 節)和第3 步與二胺縮合(實驗1.2.3 節和實驗1.2.4 節)都很容易,反應條件容易控制,反應的產率也能達到要求,難點則是第2 步的甲基化(實驗1.2.2 節),反應的pH 值、加料的順序及反應時間的控制,對反應最后的產率都有很大的影響,見表2。

表2 甲基化反應條件對收率的影響Table 2 Effect of methylation reaction condition on the yield
由表2 的反應1 ~3 可知,在反應的堿性程度和加料順序相同的條件下,反應時間從3 h 提升到5 h后,反應所得的產物有所增加,但是繼續增加反應時間到10 h ,產量反而降低,故反應時間應控制在5 h為宜。
由表2 的反應2 和4 可知,在反應的pH 值和反應時間都一樣的條件下,加入碳酸鉀,攪拌回流30 min,使2,4-二羥基苯甲醛的對位—OH 最大程度變成—O-氧負離子,這樣更容易與硫酸二甲酯結合上一個甲基,從而得到對位的—OCH3,產率也有很大提高。
由表2 的反應4 和5 可知,反應時加入一定量的K2CO3后,再加入少量的NaOH(約為2,4-二羥基苯甲醛量的1/5 ),適當增加堿性后,則更容易使2,4-二羥基苯甲醛的對位—OH 最大程度轉化成—O-氧負離子,更有利于對硫酸二甲酯的親核進攻,使目標產物的產率增加。
采用間苯二酚為初始原料,通過甲?;图谆频脤籽趸畻钊倥c二胺反應,控制好工藝條件,能成功合成雙對甲氧基水楊醛縮乙二胺Schiff堿和雙對甲氧基水楊醛縮鄰苯二胺Schiff 堿。影響目標產物收率的主要是甲基化,實驗得到較優的甲基化條件為先加入K2CO3和少量NaOH(兩者中的物質量之和與2,4-二羥基苯甲醛的量相等),攪拌回流30 min,再慢慢滴加硫酸二甲酯,加熱,攪拌狀態下回流5 h。
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