雙對甲氧基水楊醛縮二胺Schiff 堿合成的研究

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。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

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。

1.2 實驗方法

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。

2 結果與討論

2.1 二胺Schiff 堿的元素分析

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

2.2 甲基化條件

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。

3 結論

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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