CN103274955A - 含反应性基团的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了含反应性基团的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法。包括两种合成方法，第一种是含碳碳双键的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法：将摩尔比为1:0.2～1:1.5的含碳碳双键的叔胺与含α,β‐不饱和酮结构的羧酸或磺酸类化合物在第一溶剂及阻聚剂存在条件下，在0～100℃，反应1～120小时；第二种是含羟基的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法：将摩尔比为1:0.5～1:2的含羟基的叔胺与含α,β‐不饱和酮结构的羧酸或磺酸类化合物在第二溶剂存在条件下，0～100℃，反应1～120小时；该合成方法简单，条件温和，副反应少，产物纯度高，纯化过程简单，产率较高，故可降低产物的合成成本。

Description

含反应性基团的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法

技术领域

本发明涉及一种甜菜碱型两性离子化合物，特别是涉及一种含碳碳双键或羟基的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法。 

背景技术

近年来，研究表明羧酸甜菜碱和磺酸甜菜碱类的两性离子化合物与水分子间有很强的静电力作用，可以使其表面具有一层稳定的水层，从而使具有羧酸甜菜碱或磺酸甜菜碱基团的表面具有优异的抵抗非特异性蛋白吸附、细菌、微生物粘附以及抗凝血功能。因而，被广泛的应用于生物医用材料、海洋防污材料等领域。 

目前，羧酸甜菜碱的合成主要采用叔胺与α‐卤代酸或α‐卤代酸钠盐反应制备，采用α‐卤代酸为原料时，一般使α‐卤代酸过量，使产物具有刺激性。采用α‐卤代酸钠盐为原料时，为了除去在反应的过程中产生的氯化钠，一般采用离子交换法、简单蒸馏法和萃取结晶法，过程麻烦且不易除干净，很难得到纯度很高的产物。 

磺酸甜菜碱的合成主要采用叔胺与丙磺酸内酯或丁磺酸内酯反应制备，该方法虽然简单，无副反应。但原料磺酸内酯对生物具有致癌作用，故不宜采用。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种含碳碳双键或羟基的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法，该合成方法仅为一步反应，反应无需高温、高压等特殊条件；所用原料便宜，不含有致癌物质；副反应少，产物纯度较高，产率较高，纯化过程简单。 

本发明提供一种含碳碳双键的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法以及一种含羟基的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法，两种合成方法利用的原理是完全相同的，都是通过叔胺与α,β‐不饱和双键间的反应得到，只是叔胺上连接的活性基团不同，一个是羟基、一个是碳碳双键。两种合成方法都仅为一步反应，合成过程简单，反应无需高温、高压等特殊条件，实施简单。两种合成方法的原料不含有致癌物质；两种合成方法产物产率较高，纯化过程简单，且合成所用原料便宜，故大大降低了产物的合成成本。 

反应原理如下所示： 

含碳碳双键的磺铵或羧铵两性离子化合物的合成 

含羟基的磺铵或羧铵两性离子化合物的合成 

其中，R₁为H或CH₃；R₂为O或NH；R₃为0～5个碳的直链或支链烷基，或： 

中的一种，其中R₈和R₉为0～5碳原子的直链或支链烷基。R₄、R₅为甲基、乙基、丙基中的一种或几种。R₆为H或CH₃。R₇为含0～5个碳的直链或支链烷基。R₁₀为羟甲基、羟乙基、羟丙基；R₁₁、R₁₂为甲基、乙基、丙基、异丙基、羟甲基、羟乙基、羟丙基中的一种或两种。Y^－为COO^－、O^－或SO₃ ^－。 

本发明目的通过如下技术方案实现： 

一种含碳碳双键的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法：将摩尔比为1:0.2～1:1.5的含碳碳双键的叔胺与含α,β‐不饱和酮结构的羧酸或磺酸类化合物在第一溶剂及阻聚剂存在条件下，在0～100℃，反应1～120小时制得； 

所述的第一溶剂为氯仿、甲基乙基酮、二氧六环、丙酮、乙腈、二甲基亚砜中的一种或多种；第一溶剂与反应物的质量比为：1:0.5～1:2； 

所述的阻聚剂为对苯二酚、对叔丁基邻苯二酚、对苯醌、酚噻嗪、β‐苯基萘胺、亚甲基蓝、1,1‐二苯基‐2‐苦肼、2,2,6,6‐四甲基哌啶氮氧自由基；阻聚剂的质量为反应物总质量的0.1～5.0%； 

所述的含碳碳双键的叔胺的结构通式为： 

其中，R₁为H或CH₃；R₂为O或NH；R₃为0～5个碳的直链烷基、支链烷基、

R₄、R₅为甲基、乙基或丙基，R₈和R₉为0～5碳原子的直链或支链烷基; 

所述α,β‐不饱和酮结构的羧酸或磺酸类化合物具有如下结构通式： 

其中，R_。为H或CH₃;R₇为含0～5个碳的直链或支链烷基;Y^-为COO^-、0^-或SO₃ ^-。 

进一步地，优选反应的时间为24～30小时。优选反应的温度为20～45℃。 

所述含碳碳双键的甜菜碱型两性离子化合物的结构式为： 

其中，R1为H或CH₃;R₂为O或NH;R₃为0～5个碳的直链或支链烷基，或: 

中的一种，其中R₈和R₉为0～5碳原子的直链或支链烷基;R₄、R₅为甲基、乙基或丙基;R₆为H或CH3;R₇为含0～5个碳的直链或支链烷基;Y^-为COO^-、O^－或SO₃ ^－。 

本发明第二种合成方法。一种含羟基的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法：将摩尔比为1:0.5～1:2的含羟基的叔胺与含α,β‐不饱和酮结构的羧酸或磺酸类化合物在第二溶剂存在条件下，0～100℃，反应1～120小时制得； 

所述的第二溶剂为四氢呋喃、甲基乙基酮、丙酮、乙腈、二甲基甲酰胺、甲醇、二甲基亚砜和水中的一种或多种；第二溶剂与反应物的质量比为1:0.5～1:2； 

所述的含羟基的叔胺的结构通式为：

其中：R₁₀为羟甲基、羟乙基、羟丙基;R_ll、R_l2为甲基、乙基、丙基、异丙基、羟甲基、羟乙基或羟丙基; 

所述α,β‐不饱和酮结构的羧酸或磺酸类化合物具有如下结构通式： 

其中，R₆为H或CH₃；R₇为含0～5个碳的直链或支链烷基；Y^－为COO^-、0^-或S0₃ ^-。 

进一步地，优选反应的温度为20～45℃。优选反应的时间为24～30小时。 

所述含羟基的甜菜碱型两性离子化合物的结构通式为： 

其中:R_1O为羟甲基、羟乙基、羟丙基;R₁₁、R₁₂为甲基、乙基、丙基、异丙基、羟甲基、羟乙基或羟丙基；R₆为H或CH₃；R₇为含0～5个碳的直链或支链烷基；Y^－为COO^－、O ^－或SO₃ ^－。 

相对于现有技术，本发明具有如下优点： 

（1）合成过程仅为一步反应，合成过程简单，反应无需高温、高压等特殊条件，实施简单。 

（2）所用的原料不含有致癌物质。 

（3）合成条件下，副反应少，得到的产物纯度较高。 

（4）合成的产物产率较高，纯化过程简单，且合成所用原料便宜，故可大大降低产物的合成成本。 

附图说明

图1为实施例1所制得的产物A的¹H NMR谱图。 

图2为实施例1所制得的产物A的¹³C NMR谱图。 

图3为实施例2所制得的产物B的¹H NMR谱图。 

图4为实施例2所制得的产物B的¹³C NMR谱图。 

具体实施方法 

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于实施例所表述的范围。 

实施例1 

将119.16g(1.0mol)的N‐甲基二乙醇胺和100g的丙酮加入到烧瓶中，边搅拌边滴加144.12g（2.0mol）的丙烯酸与150g丙酮溶液，在0.5小时内滴加完毕，升温到45℃，反应1小时。将反应体系降至室温，过滤并用丙酮洗涤3次，得到白色固体A，产率为87.6%。经红外及氢核磁共振分析，产物A的结构如下所示。产物A的氢核磁共振谱图如附图1所示。产物A的碳磁共振谱图如附图2所示。 

其中，附图l¹HNMR谱图中化学位移为3.16ppm的特征峰是a处质子峰;化学位移为3.55～3.58ppm的特征峰为b处质子峰；化学位移为3.97～4.09ppm的特征峰是c处质子峰；化学位移为3.63～3.72ppm为d处质子峰；化学位移为2.65～2.71ppm的特征峰是e处质子峰。附图2¹³C NMR谱图中，化学位移为49.33ppm处是a处碳的峰；化学位移为55.14ppm处是b处碳的峰；化学位移为63.62ppm处是c处碳的峰；化学位移为60.49ppm处是d处碳的峰；化学位移为30.58ppm处是e处碳的峰；化学位移为176.54ppm处是f处碳的峰。由附图1及附图2可以确定合成了预计结构的产物A。 

该反应合成过程仅为一步，反应无需高温高压等特殊条件下进行，易于实施。反应产物会从反应体系中析出来，无需用到柱层析分离、离子交换树脂分离等复杂的分离提纯手段，仅需用溶剂洗涤几次就可以得到纯度较高的产物。 

该化合物中含有两个羟基，可利用羟基与羧基、氨基、异氰酸基等化学基团间的反应，将该化合物键合到其他材料表面，改善材料表面的抗粘附性能。也可以利用羟基与异氰酸基等化学基团间的反应将该化合物引入到聚氨酯等材料的主链中，合成含两性离子基团的抗粘附材料。该化合物中的羧酸基团还可以结合含氨基的配体，实现特异性识别的功能。 

实施例2 

将156.2g(1mol)的N,N’‐二甲胺基丙基丙烯酰胺、和150g的乙腈加入到烧瓶中，边搅拌边滴加14.41g（0.2mol）的丙烯酸，在0.5小时内滴加完毕，升温到50℃，反应120小时。将反应体系降至室温，过滤并用乙腈洗涤3次，得到白色固体B，产率为86.2%。经红外及氢核磁共振分析，产物B的结构如下所示。产物B的氢核磁共振图谱如附图3所示。产物A的碳磁共振谱图如附图4所示。 

其中，附图3¹H NMR谱图中化学位移为5.75～6.28ppm的特征峰是a与b处质子峰；化学位移为3.29～3.37ppm的特征峰是c与e处质子峰；化学位移为1.96～2.07ppm的特征峰是d处质子峰；化学位移为3.05ppm为f处质子峰；化学位移为3.52～3.55ppm的特征峰是g处质子峰；化学位移为2.61～2.65ppm的特征峰是h处质子峰。附图4¹³C NMR谱图中，化学位移为127.57ppm处是a处碳的峰；化学位移为129.67ppm处是b处碳的峰；化学位移为35.93ppm处是c处碳的峰；化学位移为22.15ppm处是d处碳的峰；化学位移为61.20ppm处是e处碳的峰；化学位移为50.43ppm处是f处碳的峰；化学位移为61.89ppm处是g处碳的峰；化学位移为30.69ppm处是h处碳的峰；化学位移为168.69ppm处是i处碳的峰；化学位移为176.50ppm处是j处碳的峰；由附图3和附图4可以确定合成了预计结构的产物B。 

实施例3 

将89.14g（1.0mol）的N,N’‐二甲基乙醇胺和100g的四氢呋喃加入到烧瓶中，边搅拌边滴加64.05g（0.5mol）的4‐羰基‐5‐己烯酸和70g的四氢呋喃溶液，在0.5小时内滴加完毕，0℃反应120小时。将反应体系降至室温，过滤并用氯仿洗涤3次，得到白色固体C，产率为90.1%。经过与实施例1、2同样的红外及氢核磁共振分析，容易确定产物C的结构如为： 

实施例4 

将119.16g(1.0mol)的3‐二甲氨基‐1,2‐丙二醇和100g的二甲基亚砜加入到烧瓶中，边搅拌边滴加207.24g（1.0mol）的2‐丙烯酰胺基‐2‐甲基丙磺酸与200g的二甲基亚砜的溶液，在0.5小时内滴加完毕，50℃反应条件下，反应60小时。将反应体系降至室温，过滤并用二甲基亚砜洗涤3次，得到白色固体D，产率为85.3%。经过与实施例1、2同样的红外及氢核磁共振分析，容易确定产物D的结构式： 

实施例5 

将15.72g（0.1mol）的甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、3g阻聚剂对苯二酚与15g二甲基亚砜加入到烧瓶中，边搅拌边滴加31.09g（0.15mol）的2‐丙烯酰胺基‐2‐甲基丙磺酸与35g二甲基亚砜的溶液，在0.5小时内滴加完毕，升温到50℃，反应100小时。将反应体系降至室温，过滤并用二甲基亚砜洗涤3次，得到白色固体E，产率为82.3%。经过与实施例1、2同样的红外及氢核磁共振分析，容易确定产物E的结构式为： 

实施例6 

将149.19g(1.0mol)的三乙醇胺和100g的二甲基甲酰胺加入到烧瓶中，边搅拌边滴加86.47g（1.2mol）的丙烯酸与300g的二甲基甲酰胺的溶液，在0.5小时内滴加完毕，升温到100℃，反应5小时。将反应体系降至室温，离心10分钟。取下层粘稠液体，用少量水溶解，滴加至丙酮中，离心10分钟，反复3次，得到白色粘稠液体F，产率为80.5%。经过与实施例1、2同样的红外及氢核磁共振分析，容易确定产物F的结构式为： 

Claims (8)

1.一种含碳碳双键的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法，其特征在于：将摩尔比为1:0.2～1:1.5的含碳碳双键的叔胺与含α,β‐不饱和酮结构的羧酸或磺酸类化合物在第一溶剂及阻聚剂存在条件下，在0～100℃，反应1～120小时制得；

所述的第一溶剂为氯仿、甲基乙基酮、二氧六环、丙酮、乙腈、二甲基亚砜中的一种或多种；第一溶剂与反应物的质量比为：1:0.5～1:2；

所述的阻聚剂为对苯二酚、对叔丁基邻苯二酚、对苯醌、酚噻嗪、β‐苯基萘胺、亚甲基蓝、1,1‐二苯基‐2‐苦肼、2,2,6,6‐四甲基哌啶氮氧自由基；阻聚剂的质量为反应物总质量的0.1～5.0%；

所述的含碳碳双键的叔胺的结构通式为：

其中，R₁为H或CH₃；R₂为O或NH；R₃为0～5个碳的直链烷基、支链烷基、

R₄、R₅为甲基、乙基或丙基，R₈和R₉为0～5碳原子的直链或支链烷基;

所述α,β-不饱和酮结构的羧酸或磺酸类化合物具有如下结构通式:

其中，R₆为H或CH₃；R₇为含0～5个碳的直链或支链烷基；Y^－为COO^-、O^-或SO₃ ^-。

2.根据权利要求1所述的含碳碳双键的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法，其特征在于：反应的时间为24～30小时。

3.根据权利要求1所述的含碳碳双键的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法，其特征在于：反应的温度为20～45℃。

4.根据权利要求1所述的含碳碳双键的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法，其特征在于：所述含碳碳双键的甜菜碱型两性离子化合物的结构式为：

其中，R₁为H或CH₃;R₂为O或NH;R₃为0～5个碳的直链或支链烷基，或:

中的一种，其中R₈和R₉为0～5碳原子的直链或支链烷基；R₄、R₅为甲基、乙基或丙基;R₆为H或CH3;R₇为含0～5个碳的直链或支链烷基;Y^-为COO^-、O^-或SO₃ ^-。

5.一种含羟基的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法，其特征在于：将摩尔比为1:0.5～1:2的含羟基的叔胺与含α,β‐不饱和酮结构的羧酸或磺酸类化合物在第二溶剂存在条件下，0～100℃，反应1～120小时制得；

所述的第二溶剂为四氢呋喃、甲基乙基酮、丙酮、乙腈、二甲基甲酰胺、甲醇、二甲基亚砜和水中的一种或多种；第二溶剂与反应物的质量比为1:0.5～1:2；

所述的含羟基的叔胺的结构通式为：

其中：R₁₀为羟甲基、羟乙基或羟丙基;R_ll、R_l2都为甲基、乙基、丙基、异丙基、羟甲基、羟乙基或羟丙基;

所述α,β‐不饱和酮结构的羧酸或磺酸类化合物具有如下结构通式：

其中，R₆为H或CH，₃;R₇为含0～5个碳的直链或支链烷基;Y^-为COO^-、O^-或SO₃ ^-。

6.根据权利要求5所述的含羟基的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法，其特征在于：优选反应的温度为20～45℃。

7.根据权利要求5所述的含羟基的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法，其特征在于：优选反应的时间为24～30小时。

8.根据权利要求5所述的含羟基的甜菜碱型两性离子化合物的合成方法，其特征在于：所述含羟基的甜菜碱型两性离子化合物的结构通式为：

其中:R₁₀为羟甲基、羟乙基、羟丙基;R₁₁、R₁₂为甲基、乙基、丙基、异丙基、羟甲基、羟乙基或羟丙基；R₆为H或CH₃；R₇为含0～5个碳的直链或支链烷基；Y^－为COO^－、O^－或SO₃ ^－。

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