CN103087049A

CN103087049A - 2,6-二[(5,6-二烷基)-1,2,4-三嗪-3-基]-吡啶及其制备方法

Info

Publication number: CN103087049A
Application number: CN2011103435872A
Authority: CN
Inventors: 余正坤; 王连弟; 赫巍
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2011-11-03
Publication date: 2013-05-08

Abstract

本发明公开了一类新型的三嗪化合物，即2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶的制备方法。以2，6-吡啶二亚胺酰肼和烷基取代α-二酮为起始原料、甲苯或混合甲苯/乙醇为反应溶剂，在4A分子筛存在条件下加热反应5-24小时，脱水环化得到2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶化合物。本发明具有原料易得、工艺简单、目标产物收率较高等特点，并且制备方法具有广泛的适应性。

Description

2,6-二[(5,6-二烷基)-1,2,4-三嗪-3-基]-吡啶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一类新型的2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶(简称BTP)的制备方法。即通过2，6-吡啶二亚胺酰肼与烷基取代α-二酮在加热条件下发生脱水环化反应制备2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶。该方法的特点在于原料易得、工艺简单、目标产物收率高，并且制备方法具有广泛的适应性。

技术背景

2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶(BTP)是一种重要的有机合成化合物。由于其自身的弱碱性，它们能作为配体与次锕系元素形成强的锕系金属-氮配位键，已经被确认可用作锕系金属的萃取剂，还可以有效分离锕系-镧系元素An(III)/Ln(III)。与分离镧系元素相比，BTP对次锕系元素具有更好的识别能力和选择性(New J.Chem.2009，33，2437-2442；New J.Chem.2006，30，1171-1183；Dalton Trans.2006，1645-1653；Chem.Commun.2001，4，462-466；Chem.Commun.2001，1512-1513)，日本专利(JP 2003215292A)和中国专利(CN101483079A和CN101502790A)也公开了相关化合物在这方面的应用。虽然R为碳原子数1-7的直链烷基和或环己基的BTP已被报道，但R为带支链烷基或环烷基取代烷基(如R为3-甲基丁基，4-甲基戊基，5-甲基己基，3-甲基己基，2-环戊基乙基或2-环己基乙基等)的BTP还没有相关报道。随着核工业的发展，核废料的处理已成了关系人类安全的一项紧迫课题。虽然已知的2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶化合物在核废料的处理中表现出了一定的潜力，但它们在耐辐射、抗化学水解能力及吸附稳定性等方面还不能适应目前的需要。因此，迫切需要通过合理的分子结构设计来制备新型的2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶化合物，期望提高其化学稳定性、分离效果及使用的环保性来满足目前的需要。另外，制备2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶的方法也要求具有环保性(J.Heterocycl.Chem.，1971，8，1043)。

相关研究表明，在2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶分子结构中适当增加R基团的碳链长度、支化度，其化学稳定性、分离效果及环保性会有较大改善。但按照传统合成方法，难以有效制备R基团为长碳链或支化度较大碳链的BTP，目前还没有这方面的报道。

发明内容

针对现有BTP性能的缺陷，本发明提供一种2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

以2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)和烷基取代α-二酮(2)为起始原料进行反应，得到多种新型2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶(BTP)，其特征分子结构式如图示A所示：

所述2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶(BTP)的制备方法，其特征在于：制备反应路线如反应式1所示，以2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)和烷基取代的α-二酮(2)为起始原料，在4A分子筛的促进作用下发生脱水环化反应，得到2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶衍生物BTP。

其中：

起始原料为2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)和烷基取代的α-二酮(2)，目标产物为2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶(BTP)。

烷基取代α-二酮2中，R，R’为碳原子数1-15的烷基C_nH_2n+1或C_mH_2mX，其中：n为1-15的整数，m为2-4的整数，X为环戊基或环己基；

产物2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP中，R，R’为碳原子数1-15的烷基C_nH_2n+1或C_mH_2mX，其中：n为1-15的整数，m为2-4的整数，X为环戊基或环己基；

R，R’基团优选为带支链或环烷基的烷基，即3-甲基丁基，4-甲基戊基，5-甲基己基，3-甲基己基，2-环戊基乙基，2-环己基乙基。

反应条件为2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)与烷基取代α-二酮(2)的摩尔比例为1∶2.0-1∶2.2，甲苯或混合甲苯/乙醇为反应溶剂，4A分子筛用作反应促进剂，反应气氛为氮气，反应温度75-110℃，反应时间为5-24小时。反应结束后按常规的分离纯化方法进行产物分离，获得2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶(BTP)。

所述产物柱层析分离时，使用硅胶填充柱，以二氯甲烷和乙酸乙酯为淋洗液，两组份淋洗液的体积比为10∶1。反应产物在进一步分离纯化时，用于重结晶的溶剂可选用石油醚或戊烷。

本发明具有以下优点：原料易得、工艺简单、目标产物收率高，并且制备方法具有广泛的适应性。除2，6-二[5，6-二(4-甲基戊基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3b外，其它2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶系首次合成得到。所得BTP化合物具有潜在的分离次锕系元素/稀土元素的应用价值。

附图说明

图1为2，6-二[5，6-二(4-甲基戊基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3b的¹H NMR(CDCl₃)核磁共振氢谱；

图2为2，6-二[5，6-二(4-甲基戊基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3b的 ¹³C{¹H}NMR(CDCl₃)核磁共振碳谱；

图3为2，6-二[5，6-二(2-环戊基乙基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3e的¹H NMR(CDCl₃)核磁共振氢谱；

图4为2，6-二[5，6-二(2-环戊基乙基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3e的 ¹³C{¹H}NMR(CDCl₃)核磁共振碳谱。

图5为2，6-二[5，6-二(4-甲基戊基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3b在不同硝酸浓度条件下对Am(III)/Eu(III)的分离效果图。

具体实施方式

烷基取代α-二酮(2)的获取过程为：相应的乙酯与金属钾反应，得到烷基取代的α-羟基酮，再用过氧化氢氧化，以40％收率得到烷基取代α-二酮(2)。

2，6-吡啶二亚胺酰肼的获取过程为：2，6-二氰基吡啶与水合肼室温反应以60％收率得到2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)。

本发明以2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)和烷基取代α-二酮(2)为起始原料，以甲苯或甲苯/乙醇为溶剂，在4A分子筛促进作用下加热反应制备2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶(BTP)。通过下述实施例有助于进一步理解本发明，但本发明的内容并不限于此。

实施例1：2，6-二[5，6-二(3-甲基丁基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3a的制备

在氮气气氛下，往25mL连接有冷凝管的三口反应瓶中加入2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)(0.30g，1.55mmol)、2，9-二甲基-5，6-癸二酮2a(0.62g，3.14mmol)、4A分子筛0.03g和10mL甲苯，磁力搅拌、加热回流(110℃)反应23小时。混合物冷至室温，过滤，滤饼用3mL甲苯洗涤，合并滤液并减压(20mmHg)除去溶剂，硅胶柱层析分离，洗脱液为二氯甲烷/乙酸乙酯(v/v，10∶1)。收集含目标产物(R_f＝0.5)的洗脱液并减压(20mmHg)除去溶剂，然后溶于30-60℃沸程石油醚在-20℃重结晶，得目标产物BTP-3a(0.50g，收率62％)，其结构通过¹H，¹³C NMR，HRMS测试得到确认。

实施例2：2，6-二[5，6-二(3-甲基丁基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3a的制备

反应步骤与操作同实施例1，与实施例1不同之处在于，反应时间为5小时。重结晶后得目标产物BTP-3a(0.30g，收率37％)。

实施例3：2，6-二[5，6-二(3-甲基丁基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3a的制备

反应步骤与操作同实施例1，与实施例1不同之处在于，反应温度为75℃。重结晶后得目标产物BTP-3a(0.25g，收率31％)。

实施例4：2，6-二[5，6-二(4-甲基戊基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3b的制备

反应步骤与操作同实施例1，与实施例1不同之处在于，往250mL连接有冷凝管的三口反应瓶中加入2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)(21.00g，109.0mmol)、2，11-二甲基-6，7-十二碳二酮2b(49.10g，218.0mmol)、4A分子筛1.05g和100mL甲苯，反应时间5小时。硅胶柱层析分离得到的粗产物在戊烷中重结晶，得目标产物BTP-3b(30.00g，收率48％)，其结构通过 ¹H，¹³C NMR，HRMS测试得到确认。

实施例5：2，6-二[5，6-二(5-甲基己基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3c的制备

反应步骤与操作同实施例1，与实施例1不同之处在于，往250mL连接有冷凝管的三口反应瓶中加入2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)(9.40g，48.6mmol)、2，13-二甲基-7，8-十四碳二酮2c(25.00g，98.3mmol)、4A分子筛0.47g和60mL无水乙醇/60mL甲苯，反应时间24小时。重结晶后得目标产物BTP-3c(20.00g，收率65％)，其结构通过¹H，¹³C NMR，HRMS测试得到确认。

实施例6：2，6-二[5，6-二(3-甲基己基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3d的制备

反应步骤与操作同实施例1，与实施例1不同之处在于，往250mL连接有冷凝管的三口反应瓶中加入2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)(8.40g，43.0mmol)、4，11-二甲基-7，8-十四碳二酮2d(22.00g，86.0mmol)、4A分子筛0.42g和100mL甲苯，反应时间15小时。硅胶柱层析分离得到的粗产物在戊烷中重结晶，得目标产物BTP-3d(10.40g，收率38％)，其结构通过¹H， ¹³C NMR，HRMS测试得到确认。

实施例7：2，6-二[5，6-二(2-环戊基乙基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3e的制备

反应步骤与操作同实施例1，与实施例1不同之处在于，往250mL连接有冷凝管的三口反应瓶中加入2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)(8.80g，45.5mmol)、1，6-二环戊基-3，4-己二酮2e(23.00g，91.9mmol)、4A分子筛0.44g和80mL乙醇/60mL甲苯，反应时间22小时。重结晶后得目标产物BTP-3e(18.00g，收率64％)，其结构通过¹H，¹³C NMR，HRMS测试得到确认。

实施例8：2，6-二[5，6-二(2-环己基乙基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3f的制备

反应步骤与操作同实施例1，与实施例1不同之处在于，往50mL连接有冷凝管的三口反应瓶中加入2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)(2.00g，10.3mmol)、1，6-二环己基-3，4-己二酮2f(5.80g，20.9mmol)、4A分子筛0.15g和10mL乙醇/6mL甲苯，反应时间22小时。重结晶后得目标产物BTP-3f(3.60g，收率52％)，其结构通过¹H，¹³C NMR，HRMS测试得到确认。

典型化合物表征数据

2，6-二[5，6-二(3-甲基丁基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3a：淡黄色固体，熔点95-96℃。¹H NMR(CDCl₃，400MHz，23℃)δ8.73(d，2H，J＝7.9Hz)，8.10(t，1H，J＝7.9Hz)，3.07(m，4H)，2.95(m，4H)，1.73(m，12H)，1.02(d，24H)；¹³C{¹H}NMR(CDCl₃，100MHz，23℃)δ162.7，161.2，160.4，154.0，138.3，125.4，37.8，37.2，32.4，30.6，28.6，28.2，22.5。HRMS calcd for C₃₁H₄₇N₇：517.3893；Found：517.3892。

2，6-二[5，6-二(4-甲基戊基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3b：淡黄色固体，熔点93-95℃。¹H NMR(CDCl₃，400MHz，23℃)δ8.71(d，2H，J＝7.8Hz)，8.10(t，1H，J＝7.8Hz)，3.05(t，4H)，2.92(t，4H)，1.84(m，8H)，1.62(m，4H)，1.34(m，4H)，0.91(q，24H)；¹³C{¹H}NMR(CDCl₃，100MHz，23℃)δ162.3，161.3，160.0，154.1，138.2，125.3，39.1，38.8，34.7，32.8，28.0，26.6，26.1，22.7，22.6。HRMS calcd for C₃₅H₅₅N₇：573.4519；Found：573.4520。

2，6-二[5，6-二(5-甲基己基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3c：淡黄色固体，熔点75-76℃。¹H NMR(CDCl₃，400MHz，23℃)δ8.71(d，2H，J＝7.9Hz)，8.09(t，1H，J＝7.9Hz)，3.07(t，4H)，2.94(t，4H)，1.83(m，8H)，1.55(m，4H)，1.45(m，8H)，1.25(m，8H)，0.87(d，24H)；¹³C{¹H}NMR(CDCl₃，100MHz，23℃)δ162.3，161.2，160.1，154.0，138.2，125.3，38.8，34.4，32.6，28.9，28.4，28.0，27.7，27.4，22.7。HRMS calcd for C₃₉H₆₃N₇：629.5145；Found：629.5144。

2，6-二[5，6-二(3-甲基己基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3d：淡黄色固体，熔点40-41℃。¹H NMR(CDCl₃，400MHz，23℃)δ8.71(d，2H，J＝7.9Hz)，8.08(t，1H，J＝7.9Hz)，3.10(m，4H)，3.02(m，4H)，1.82(m，4H)，1.61(m，8H)，1.36(m，12H)，1.20(m，4H)，0.99(d，12H)，0.78(m，12H)；¹³C{¹H}NMR(CDCl₃，100MHz，23℃)δ162.7，161.1，160.5，153.9，138.2，125.4，39.2，36.0，35.5，33.1，32.7，32.2，30.3，20.2，19.6，19.5，14.4。HRMS calcd for C₃₉H₆₃N₇：629.5145；Found：629.5145。

2，6-二[5，6-二(2-环戊基乙基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3e：黄色固体，熔点122-123℃。¹H NMR(CDCl₃，400MHz，23℃)δ8.70(d，2H，J＝7.8Hz)，8.08(t，1H，J＝7.8Hz)，3.08(t，4H)，2.95(t，4H)，1.86(m，20H)，1.64(m，8H)，1.57(m，8H)，1.20(m，8H)；¹³C{¹H}NMR(CDCl₃，100MHz，23℃)δ162.4，161.3，160.1，154.1，138.2，125.3，40.5，40.1，35.1，34.5，33.7，32.7，31.9，25.3。HRMS calcd for C₃₉H₅₅N₇：621.4519；Found：621.4518。

2，6-二[5，6-二(2-环己基乙基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3f：黄色固体熔点118-119℃。¹H NMR(CDCl₃，400MHz，23℃)δ8.70(d，2H，J＝7.8Hz)，8.08(t，1H，J＝7.8Hz)，3.09(t，4H)，2.98(t，4H)，1.90(m，20H)，1.67(m，8H)，1.58(m，8H)，1.22(m，16H)；¹³C{¹H}NMR(CDCl₃，100MHz，23℃)δ162.3，161.3，160.1，154.1，138.2，125.2，40.5，40.4，35.1，34.5，33.8，32.8，31.9，25.3，24.9。HRMS calcd for C₄₃H₆₃N₇：677.5145；Found：677.5146。

应用

将5g 2，6-二[5，6-二(3-甲基丁基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP-3b溶于100mL二氯甲烷中，混合均匀后，加入30克被覆聚合物的大孔SiO₂(SiO₂-P)搅拌均匀使二氯甲烷挥发至近干状态，然后将固体45℃下真空干燥24h。利用制得的吸附剂对Am(III)/Eu(III)进行分离。

用浓硝酸将含有Am(III)和Eu(III)的硝酸盐溶液中的硝酸浓度分别调为0.01，1.0，2.0，3.0，4.0mol/L，调整后体系中Am(III)浓度为1.0×10^-5mol/L，Eu(III)浓度为1.0×10^-3mol/L。用上述制备的吸附剂对不同浓度的硝酸盐溶液在室温条件下反应3h分别进行分离，硝酸浓度为0.1mol/L时没有吸收，浓度为1.0-4.0mol/L时，BTP-3b能从硝酸溶液中选择性的吸收Am(III)，分离效果图见图5。

Claims

1.2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶，其为一类多取代三嗪化合物，简称BTP，其特征分子结构式如下所示：

R，R’为碳原子数1-15的烷基C_nH_2n+1或C_mH_2mX，其中：n为1-15的整数，m为2-4的整数，X为环戊基或环己基。

2.按照权利要求1所述的2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶，其特征在于：BTP中R，R’基团优选为带支链或环烷基的烷基，所述带支链或环烷基的烷基为3-甲基丁基，4-甲基戊基，5-甲基己基，3-甲基己基，2-环戊基乙基或2-环己基乙基。

3.一种权利要求1所述2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶的制备方法，其特征在于：以2，6-吡啶二亚胺酰肼和烷基取代α-二酮为起始原料、甲苯或混合甲苯/乙醇为溶剂，在4A分子筛存在条件下于75-110℃反应5-24小时，得到2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶化合物。

4.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于：制备反应路线如下式所示，即在4A分子筛存在条件下，以2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)与烷基取代α-二酮(2)为起始原料进行脱水环化反应，制备2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP；

具体步骤为：

2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)与烷基取代α-二酮(2)在4A分子筛存在条件下于75-110℃反应5-24小时，反应结束后分离纯化获得目标产物2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP；

原料烷基取代α-二酮(2)中，R，R’为碳原子数1-15的烷基C_nH_2n+1或C_mH_2mX，其中：n为1-15的整数，m为2-4的整数，X为环戊基或环己基；

产物2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP中，R，R’为碳原子数1-15的烷基C_nH_2n+1或C_mH_2mX，其中：n为1-15的整数，m为2-4的整数，X为环戊基或环己基。

5.按照权利要求4所述的制备方法，其特征在于：原料烷基取代α-二酮(2)或2，6-二[(5，6-二烷基)-1，2，4-三嗪-3-基]-吡啶BTP中R，R’基团优选为带支链或环烷基的烷基，所述带支链或环烷基的烷基为3-甲基丁基，4-甲基戊基，5-甲基己基，3-甲基己基，2-环戊基乙基或2-环己基乙基。

6.按照权利要求3、4或5所述的制备方法，其特征在于：4A分子筛促进反应的进行，在4A分子筛存在条件下于，2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)与烷基取代α-二酮(2)能有效地发生脱水环化反应，4A分子筛与2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)的质量比为1∶100-10∶100，

反应条件为2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)与烷基取代的α-二酮(2)的摩尔比例为1∶2.0-1∶2.2。

7.按照权利要求6所述的制备方法，其特征在于：4A分子筛与2，6-吡啶二亚胺酰肼(1)的质量比优选为5∶100。

8.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于：反应在惰性气体保护下，以甲苯或混合甲苯/乙醇为溶剂，溶剂的用量为：1mmol原料使用溶剂0.5-10mL，混合甲苯/乙醇中甲苯与乙醇的体积比例为1∶1-1∶2。

9.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述分离纯化过程为反应结束后减压(20mmHg)除去溶剂，产物上硅胶柱层析分离，收集含目标产物的洗脱液并减压(20mmHg)除去溶剂，得粗品；产物柱层析分离时，用硅胶填充柱，以二氯甲烷和乙酸乙酯为淋洗液，两组份淋洗液的体积比为10∶1。

10.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于：

若需要对反应产物在进一步分离纯化时，可对所得粗品进行重结晶得产品，用于重结晶的溶剂可选用石油醚或戊烷。