金龍飛, 楊 明, 毛 驍, 張 亞

(中南民族大學 化學與材料科學學院，武漢 430074)

酰肼化合物是一類結構通式為RCONHNHRl的化合物，它具有廣泛的生物活性，如殺菌、調節(jié)植物生長、酶選擇性抑制劑、酶底物模型[1-8]、抗腫瘤、抗瘧疾等.另外，酰肼類化合物還含有多個配位點，具有很強的配位能力，能與金屬離子形成配合物和金屬冠醚；同時由于酰肼基團還含有多個氫鍵給體和受體，可形成多重氫鍵，能通過協(xié)同作用克服分子間弱相互作用的不足，產生具有一定方向性和選擇性的強作用力，故使這些化合物可能進一步形成超分子結構.

為進一步研究和擴展雙酰肼羧酸酯化合物的合成，完善雙酰肼羧酸酯化合物合成的新方法，本文通過內部自催化反應，研究以水楊酸甲酯和水合肼為原料，經(jīng)由(Z)-3-(水楊酰肼羰?；?丙烯酸鐵金屬冠醚體系制備了(Z)-3-(水楊酰肼羰?；?丙烯酸乙酯((Z)-H3eshcp)的過程(圖1)，進一步探討了雙酰肼羧酸化合物的乙酯化方法和金屬冠醚內部自催化反應.

圖1 (Z)-H3eshcp的合成路線Fig.1 Synthetic routes and chemical structures of the compounds

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

CHNS元素分析儀(Elementar Analysensysteme GmbH, Vario EL Ш)，傅里葉變換紅外光譜儀(Thermo Nicolet Corporation, NEXUS 470. KBr壓片法, 掃描范圍4000～400 cm-1)，紫外光/紅外光譜儀(Perkin Elmer Inc., Lambda 35.25 ℃, 190～700 nm)，數(shù)字核磁共振譜儀(Bruker Co., Avance II 400.1H-NMR,13C-NMR, 溶劑DMSO-d6, 內標TMS)，數(shù)字熔點儀(北京泰克儀器有限公司,XT-4型. 溫度未經(jīng)校正).

水楊酸甲酯、85%水合肼溶液、順丁烯二酸酐、氯仿、甲醇、無水乙醇、吡啶、三氯化鐵(FeCl3·6H2O)、氯化亞錫(SnCl2·2H2O)、濃鹽酸、硫氰酸鉀(分析純，使用前均未進一步處理).

1.2 實驗方法

1.2.1 水楊酰肼的合成

水楊酰肼的制備參考文獻[11].取15.2 g (0.1 mol) 水楊酸甲酯于100 mL 圓底燒瓶中，攪拌下加入10.0 g (0.2 mol)85 %的水合肼和20 mL甲醇，加熱回流8 h.反應完成后，置于冰箱的冷藏室中冷卻12 h，有白色針狀晶體析出.抽濾，用水洗3次，得白色固體12.5 g.產率: 82 .0 %. m.p. 151 ～ 152 ℃.

1.2.2 (Z)-3-水楊酰肼羰基丙烯酸((Z)-H4shcpa)的制備

稱取7.6 g (0.05 mol)水楊酰肼于圓底燒瓶中，加入150 mL氯仿溶解. 0 ℃下，緩慢滴加100 mL順丁烯二酸酐氯仿溶液(含5.9 g (0.12 mol)順丁烯二酸酐)，回流反應5 h.過濾，用乙醇洗滌3次，抽濾，烘干得淡黃色固體.產率: 95.0 %.m.p.186～187 ℃. Anal. calcd for C11H10N2O5：C 52.71,H 4.25, N11.02；found C 52.80; H 4.03; N 11.20. FT-IR (KBr,υ/cm-1)： 3432 s, 3190 s,3050 s, 1710 s, 1657 s, 1610 s.1H NMRδ: 11.82 (bs, 1H; -PhOH), 10.85(bs, 2H; -NH-NH-), 7.94 (d, 1H;o-PhCH), 7.46(m, 1H;p-PhCH), 7.01-6.96 (m, 2H;m-PhCH), 6.46-6.40 (m, 2H; -CH=CH-).13C NMR (DMSO-d6),δ: 167.07 (-COOH), 165.39 (-CO-PA), 162.12 (Ph-CO-), 158.39 (PhC-OH), 134.17 (-NHCO-C=), 133.07 (p-PhC), 129.09 (=CH-COOH), 126.87(o-PhC), 119.37 (m-PhC), 117.31 (PhC-CO-), 115.13 (m-PhC=C-OH).

1.2.3 (Z)-3-水楊酰肼羰基丙烯酸鐵金屬冠醚化合物((Z)-H3eshcp-Fe(III))的制備

稱取2.51 g (0.01 mol) (Z)-H4shcpa溶于100 mL無水乙醇中，攪拌下加入20 mL含有3.24 g(0.012 mol) FeCl3·6H2O的無水乙醇溶液，攪拌10 min，然后慢慢加入10 mL 含有0.79 g (0.01 mol) 吡啶的無水乙醇溶液，回流反應6 h.最后減壓蒸餾除去乙醇溶劑，得到棕黑色產物.參考文獻[9，10] ,棕黑色產物為(Z)-H3eshcp-Fe(III)金屬冠醚化合物粗品.

1.2.4 (Z)-3-水楊酰肼羰基丙烯酸乙酯((Z)-H3eshcp)的制備

將6.77 g (0.03 mol) SnCl2·2H2O溶于60 mL 6 mol/L 的HCl溶液中，得SnCl2/HCl溶液. 10℃以下，將SnCl2/HCl溶液加入(Z)-H3eshcp-Fe(III)金屬冠醚化合物中后緩慢升溫至40 ℃，攪拌反應4 h.抽濾，用6 mol/L HCl溶液洗滌3次.洗滌中，用硫氰酸鉀溶液檢測是否還有亞鐵離子的存在.接著用50 %乙醇重結晶，得到白色固體.產率: 88.0 %. m.p.170 ～ 172 °C. Anal. calcd for C13H14N2O5C 56.02, H 5.15, N 10.05; found C 56.11; H 5.07; N 10.07. FT-IR (KBrυ/cm-1)： 3255 s,3177 s, 1727 s, 1650 s, 1605 s.1H-NMR,δ: 11.77 (s, 1H; -PhOH), 11.23 (s, 1H; -NHCO-CH=CH-), 10.93 (s, 1H; -PhCONH-), 7.91 (d, 1H; o-PhCH), 7.45 (m, 1H;p-PhCH), 7.18(d, 1H; -NH-COCH=), 7.00 (m, 2H;m-PhCH, =CHCOO-), 6.73 (d, 1H;m-PhCH=C-OH), 4.22 (m, 2H; -OCH2-), 1.26 (m, 3H; -CH3).13C-NMR (DMSO-d6),δ:165.43 (-COO-), 165.19 (-CO-CH=), 161.10 (PhCO-), 158.62 (PhC-OH), 134.97 (-NHCO-CH=), 134.50 (p-PhC), 130.36 (=CH-COO-), 129.47 (o-PhC), 119.76(m-PhC), 117.64 (PhC-CO-), 115.57 (m-PhC=C-OH), 61.35 (-OCH2-), 14.46 (-CH3).

2 結果與討論

2.1 合成和乙酯化反應

以水楊酸甲酯和水合肼為原料，先合成了水楊酰肼，再與順丁烯二酸酐反應，合成得到(Z)-H4shcpa.在將(Z)-H4shcpa進一步乙酯化時，構造了(Z)-H3eshcp-Fe(III)金屬冠醚體系，通過內部自催化反應，(Z)-H4shcpa 轉化為(Z)-H3eshcp.再經(jīng)過SnCl2/ HCl還原體系處理，最終得到了乙酯化的產物 (Z)-H3eshcp(圖1).

為了獲得更高的產率，未將(Z)-H3eshcp-Fe(III) 金屬冠醚化合物純化，而將金屬冠醚化合物體系減壓蒸餾后得到的固體剩余物，直接用于下一步反應，以避免純化過程中的損失，獲得更高的目標物產率.(Z)-H3eshcp-Fe(III)金屬冠醚化合物的可溶性，可在不同程度上被觀察到，其中包括水、甲醇、乙醇、氯仿、DMF、DMSO等溶劑.

采用SnCl2/HCl還原體系，可分離得到純凈的(Z)-H3eshcp(見方程1).在分離(Z)-H3eshcp的過程中，F(xiàn)e2+是否完全除去關乎實驗的成敗.若Fe2+未完全除去，在空氣中易被氧化成Fe3+，重新形成金屬冠醚化合物.本文采用了硫氰酸鉀/H2O2的顏色反應來檢驗Fe3+的存在.

(Z)-H3eshcp-Fe(III) + SnCl2+ HCl →

C13H14N2O5+ FeCl2+ SnCl4.

(1)

(Z)-H3eshcp是一種雙酰肼羧酸酯，一般很難通過經(jīng)典的酸催化反應來合成.在(Z)-H3eshcp-Fe(III)金屬冠醚體系中，通過內部自催化反應，(Z)-H4shcpa的羧酸基團與Fe(III)結合，形成反應中間態(tài)，再與具有活性的配位乙醇結合，形成自催化產物(Z)-H3eshcp.在這個金屬冠醚體系中，反應的催化中心應該是Fe(III)離子[12].

2.2 紅外光譜

在(Z)-H4shcpa的紅外光譜中，3432 cm-1處的寬強吸收峰，可認為是υ(OCO-H)振動峰；3190 cm-1處的寬強吸收峰，可認為是酚羥基υ(O-H)振動峰. 1710 cm-1處的強吸收峰，可認為是υ(C=O)特征吸收峰. 1657 cm-1處的強譜峰為υ(C=C)振動峰，1610 cm-1處的強峰為υ(C=N-N=C)振動峰.

在乙酯化后的產物(Z)-H3eshcp的紅外光譜中，υ(OCO-H)振動峰消失，這與發(fā)生了酯化反應相一致.其他譜峰與(Z)-H4shcpa 相似.1714 cm-1處的強吸收峰，可認為是υ(C=O)特征吸收峰. 1650 cm-1處的強譜峰為υ(C=C)振動峰，1605 cm-1處的強峰為υ(C=N-N=C)振動峰.

2.3 核磁共振譜

在(Z)-H4shcpa的1H-NMR譜圖中，11.82處的寬單峰為-PhOH的1個質子，10.85處的寬單峰為-NH-NH-的2個質子，7.94處的雙峰為o-PhCH的1個質子，7.46處的多重峰為p-PhCH的1個質子，7.01～6.96處的多重峰為m-PhCH的2個質子，6.46～6.40處的多重峰為-CH=CH-的2個質子.在13C-NMR中，167.07處的譜峰可指認為-COOH的碳原子，165.39為-CO-PA的碳原子，162.12為Ph-CO-的碳原子，158.39為PhC-OH的碳原子，134.17為-NHCO-C=的碳原子，133.07為p-PhC的碳原子，129.09為=CH-COOH的碳原子，126.87為o-PhC的碳原子，119.37為m-PhC的碳原子，117.31為PhC-CO-的碳原子，115.13為m-PhC=C-OH的碳原子.

在乙酯化后的產物(Z)-H3eshcp的1H-NMR譜圖中，11.77處的單峰為-PhOH的1個質子，11.23處的單峰為-NHCO-CH=CH-的1個質子，10.93處的單峰為-PhCONH-的1個質子，7.91處的雙峰為o-PhCH的1個質子，7.45處的多重峰為p-PhCH的1個質子，7.18處的雙峰為-NH-COCH=的1個質子，7.00處的多重峰為m-PhCH和=CHCOO-的2個質子，6.73處的雙峰為m-PhCH=C-OH的1個質子，4.22處的多重峰為 -OCH2-的2個質子，1.26處的多重峰為-CH3的3個質子.在13C NMR中，165.43處的譜峰可認為-COO-的碳原子，165.19為-CO-CH=的碳原子，161.10為PhCO-的碳原子，158.62為PhC-OH的碳原子，134.97為-NHCO-C=的碳原子，134.50為p-PhC的碳原子，130.36為=CH-COOH的碳原子，129.47為o-PhC的碳原子，119.76為m-PhC的碳原子，117.64為PhC-CO-的碳原子，115.57為m-PhC=C-OH的碳原子，61.35為-OCH2-的碳原子，14.46為-CH3的碳原子.

3 結語

以水楊酸甲酯和水合肼為起始原料，合成了水楊酰肼，再與順丁烯二酸酐反應，合成得到了(Z)-H4shcpa.將(Z)-H4shcpa進一步乙酯化時，先構造(Z)-H3eshcp-Fe(III) 金屬冠醚體系，經(jīng) (Z)-H3eshcp-Fe(III) 金屬冠醚體系的內部自催化反應，(Z)-H4shcpa的羧酸基團與Fe(III)結合，形成反應中間態(tài)，再與具有活性的配位乙醇結合，形成內部自催化酯化產物(Z)-H3eshcp，完成了(Z)-H4shcpa向(Z)-H3eshcp的轉化反應.再經(jīng)過SnCl2/HCl還原體系，成功制備了乙酯化的產物(Z)-H3eshcp.并對(Z)-H4shcpa、(Z)-H3eshcp進行了熔點、紅外光譜、1H-NMR、13C-NMR表征.(Z)-H3eshcp是一種雙酰肼羧酸酯，一般很難通過經(jīng)典的酸催化反應來合成.本文合成條件溫和、產率高，可望成為雙酰肼羧酸酯化的可靠方法.

參 考 文 獻

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