CN103755644B - 化合物、其合成及用其合成双UPy取代化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种化合物，为2[2-(1-乙硫醇)]脲-4[1H]-嘧啶酮。本发明还公开了该化合物的合成方法；通过将胱胺二盐酸盐与活化脲基嘧啶酮S1反应，得到2-脲-4[1H]-嘧啶酮双取代的硫硫化合物S2；用DTT将硫硫化合物S2还原，得到化合物。本发明还公开了用该化合物合成双UPy取代化合物的方法；通过将化合物与烷烃端炔基化合物CHR进行自由基硫醇-炔基点击化学反应，得到双UPy取代化合物；本发明首次利用巯基-炔基点击化学反应合成双UPy取代化合物；原料易得，适用范围广，分离产率高，合成方法科学合理，从而为合成双UPy取代化化合物的合成提供了一种通用方法。
Description
技术领域
本发明涉及化合物、其合成及用其合成双UPy取代化合物的方法，属于有机合成领域。
背景技术
自身互补的四重氢键官能团2-脲-4[1H]-嘧啶酮（UPy）自从Meijer发明以来就因具有较强的络合作用与方向性而得到了广泛的发展。基于UPy的超分子聚合物在构筑功能材料方面更是获得了很多令人满意的成果。双UPy取代的化合物是形成超分子聚合物的基础。
现阶段合成双UPy取代的化合物主要有用二氨基化合物与活化的脲基嘧啶酮化合物反应，或者用异胞嘧啶与二异氰酸酯反应。然而二氨基化合物不容易合成，很多时候都需要在苛刻的条件下还原叠氮或者硝基基团；同时由于氨基较高的活性，在储存或者进一步功能化修饰的过程中还需要将其保护。用异胞嘧啶与二异氰酸酯合成双UPy取代化合物时，可能由于异胞嘧啶中氨基基团较弱的亲核性，对于芳香化合物的合成有一定的困难。这些都增加了双UPy取代化合物的合成负担，限制了基于双UPy取代化合物构筑的超分子材料的发展。因此，亟待发展一种新的合成方法来取代传统的合成步骤，以促进UPy基团在制备功能材料方面的研究。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种化合物，为2[2-(1-乙硫醇)]脲-4[1H]-嘧啶酮。
本发明的第二个目的是提供该化合物的合成方法；通过将胱胺二盐酸盐与活化脲基嘧啶酮S1反应，得到2-脲-4[1H]-嘧啶酮双取代的硫硫化合物S2；用DTT（1,4-二硫代苏糖醇）将硫硫化合物S2还原，得到化合物。
本发明的第三个目的是提供用该化合物合成双UPy取代化合物的方法；通过将化合物与烷烃端炔基化合物CHR进行自由基硫醇-炔基点击化学反应，得到双UPy取代化合物；本发明首次利用巯基-炔基点击化学反应合成双UPy取代化合物；原料易得，适用范围广，分离产率高，合成方法科学合理，从而为合成双UPy取代化化合物的合成提供了一种通用方法。
一种化合物，2[2-(1-乙硫醇)]脲-4[1H]-嘧啶酮，结构式为：
该化合物可以应用于任意可能的巯基参与的反应中。
一种化合物的合成，包括以下步骤：
1）将胱胺二盐酸盐与活化脲基嘧啶酮S1反应，得到2-脲-4[1H]-嘧啶酮双取代的硫硫化合物S2；
2）用DTT（1,4-二硫代苏糖醇）将硫硫化合物S2还原，得到化合物2[2-(1-乙硫醇)]脲-4[1H]-嘧啶酮，结构式为：
进一步地，所述步骤1）在无水二氯甲烷中反应。无水二氯甲烷的用量只要满足溶解反应物即可。
脲基嘧啶酮S1一般为过量，以保证反应完全进行。优选地，胱胺二盐酸盐与脲基嘧啶酮的用量摩尔比为1：1.5～3。
步骤1）的反应时间和反应温度均不须特殊限定。优选地，在室温下反应5～15h；此时无需加热更节能简便且能保证反应完全。
进一步地，所述步骤2）在催化剂1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯（DBU）的存在下，在无水二氯甲烷中回流反应。可了解，1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯添加催化量即可。无水二氯甲烷的用量只要满足溶解反应物即可。优选地，回流0.25～3小时；时间过短反应不完全，时间过长浪费能源。
DTT一般为过量，以保证反应完全进行。优选地，S2与DTT用量摩尔比为1：1.5～10。
反应式为：
利用化合物合成双UPy取代化合物的方法，包括以下步骤：
将化合物与烷烃端炔基化合物进行自由基硫醇-炔基点击化学反应，得到双UPy取代化合物；所述化合物为2[2-(1-乙硫醇)]脲-4[1H]-嘧啶酮，结构式为：
烷烃端炔基化合物结构式为：
R可以是任意基团。优选地，R为芳香类基团、烷烃类基团，可含一种或两种以上官能团。
反应时间的长短无需限定；在确保其他条件下，缩短反应时间会降低反应产率但不决定反应成败。反应溶剂无须限定；可在各种溶剂中进行，如非极性溶剂（1,2-二氯乙烷，氯仿）、极性溶剂（四氢呋喃+10vt%水）。该反应在光照下进行即可。
优选地，添加DMPA(2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮)作为引发剂。引发剂的用量多少只影响反应的时间长短，不影响实验的成败。优选地，引发剂用量为反应物总质量的1.5%～15%。当使用DMPA作为引发剂时，反应在高压汞灯的照射下完成。照射时间根据烷烃端炔基化合物来决定，烷烃端炔基化合物消耗完毕代表反应完成。
反应式：
脲基嘧啶酮的合成和活化参考Henk M.Keizer,Rint P.Sijbesma,E.W.Meijer.Eur.J.Org.Chem.2004，2553-2555。胱胺二盐酸盐、1,4-二硫代苏糖醇、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮等属于商业可购买化合物，无需特殊处理。无水二氯甲烷是普通二氯甲烷加氢化钙除水回流收集得到。
本发明的有益效果如下：
1、本发明首次合成2[2-(1-乙硫醇)]脲-4[1H]-嘧啶酮；
2、本发明首次利用巯基-炔基（thiol-yne）点击化学反应合成双UPy取代化合物；
3、本发明方法原料易得，适用范围广，分离产率高，合成方法科学合理，从而为合成双UPy取代化化合物的合成提供了一种通用方法。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面将通过具体的实施例进一步说明本发明的方案，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，但不限于此。
实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
1）将224mg，1mmol的胱胺二盐酸盐溶解到5-50mL无水二氯甲烷中，加入化合物S1（456-912mg，1.5-3mmol），搅拌室温反应5-15h后，用盐水洗三次，收集有机相旋干，柱层析分离得化合物S2。
2）取化合物S2（100mg，0.16mmol）溶解于15-100mL无水二氯甲烷中，加入37-248mg（0.24～1.6mmol）1,4-二硫代苏糖醇，加入催化量1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯（DBU）回流反应0.25～3h后水洗，收集有机相，旋干得产物S3。
实施例2
取丙炔醇7mg，化合物S398mg，加入引发剂DMPA（2～16mg），用1.2mL1,2-二氯乙烷溶解混匀后进行光照反应，光照2h后反应完毕，真空旋干有机溶剂1,2-二氯乙烷，柱层析得化合物1a。分离产率97%。该化合物1a的核磁数据如下：1H NMR(CDCl3,400MHz,ppm):δ13.17-13.09（m，2H），11.99-11.95（m，2H），10.43（s，2H），5.84（s，2H），3.86-3.40（m，6H），2.97-2.78（m，7H），2.31（s，2H），1.71-1.52（m，8H），1.32-1.20（m，8H），1.21-0.84（m，12H）。
实施例3
1）芘甲酸丙炔基酯的合成：1-芘甲酸（372mg，1.5mmol），丙炔醇（265-530mg，2.25-4.5mmol），碳酸钾（1-10g，7.5-75mmol）三者加入到10-60mLN，N-二甲基甲酰胺溶剂中80℃反应5-12h后，加入大量的乙酸乙酯与水洗，收集有机相，旋干，柱层析得产物391mg。该化合物的核磁数据表示如下：1HNMR(CDCl3,400MHz,ppm):δ9.32(d,J=9.2Hz,1H),8.71(d,J=8.4Hz,1H),8.30(q,3H),8.22(t,2H),8.12(q,2H),5.12(d,J=2.4Hz,2H),2.59(t,1H)。
2）取1）中产物芘甲酸丙炔基酯15mg，化合物S398mg，加入引发剂DMPA（2-16mg），用1.2mL1,2-二氯乙烷溶解混匀后进行光照反应，光照2h后反应完毕，真空旋干有机溶剂1,2-二氯乙烷，柱层析得化合物1b。分离产率94%。该化合物的核磁数据如下：1H NMR(CDCl3,400MHz,ppm):δ13.02-12.96（m，2H），11.88-11.50（m，2H），10.43-10.24（m，2H），9.24-9.21（d，J=9.2Hz,2H），8.64-8.61（d，J=8.0Hz,2H），8.25-7.92（m，7H），5.71（s，2H），4.77-4.72（m，2H），3.51-3.48（m，5H），3.08（s，2H），2.97-2.80（m，4H），2.19-2.17（m，2H），1.51-1.42（m，8H），1.26-1.18（m，8H），0.82（m，12H）。
实施例4
重复实施例3中的步骤1）。
取芘甲酸丙炔基酯3.8mg，化合物S325mg，加入引发剂DMPA0.5-5mg，用1.2mL1,2-二氯乙烷溶解混匀后进行光照反应，光照2-5h后反应完毕，真空旋干有机溶剂1,2-二氯乙烷，柱层析得化合物1b。分离产率91%。核磁表征与实施例3中相同。
实施例5
重复实施例3中的步骤1）。
取芘甲酸丙炔酯68mg，化合物S3300mg，加入引发剂DMPA（7.3-36.8mg）用1.2mL1,2-二氯乙烷溶解混匀后进行光照反应。光照2-5h后反应完毕。真空旋干有机溶剂1,2-二氯乙烷，柱层析得化合物1b。分离产率92%。核磁表征与实施例3中相同。
实施例6
1）4-（4-丙炔基甲苯基醚）-三联吡啶的合成
①4-（4-苄溴）-三联吡啶的合成：4-（4-甲苯）-三联吡啶（323mg，1mmol），N-溴代丁二酰亚胺（195mg，1.1mmol），过氧化苯甲酰（10mg，0.04mmol）加入到10-50mL四氯化碳中搅拌回流反应5-15h。过滤掉不溶物，旋干，用乙醇与丙酮的混合溶剂重结晶得产物301mg。
②4-（4-丙炔基甲苯基醚）-三联吡啶的合成：丙炔醇（109-436mg，1.94-7.76mmol），氢化钠（155-620mg，3.88-15.52mmol，60%）依次加入到5-30mlN,N-二甲基甲酰胺中并搅拌半小时，之后加入4-（4-苄溴）-三联吡啶（391mg，0.97mmol）继续反应3h，反应完成。小心滴加几滴水淬灭反应，加入大量乙酸乙酯，水洗，收集有机相得纯产物358mg。该化合物的核磁数据表示如下：1H NMR(CDCl3,400MHz,ppm):δ8.73(d,J=4.0Hz,2H),8.67(d,J=8.0Hz,2H),7.91(m,4H),7.51(d,J=8.0Hz,2H),7.36(m,2H),4.69(s,2H),4.23(d,J=2Hz,2H),2.51(m,1H).
2）取2）中产物4-（4-丙炔基甲苯基醚）-三联吡啶29.6mg，化合物S398mg，加入引发剂DMPA（2-16mg），用1.2mL三氯甲烷溶解混匀后进行光照反应，2-5h后反应完毕，真空旋干有机溶剂柱层析得化合物1c，产率85%。该化合物的核磁数据如下：1H NMR(CDCl3,400MHz,ppm):δ13.10（s，2H），11.93（s，2H），10.45（s，2H），8.72-8.63（m，6H），7.86（m，4H），7.50-7.47（m，2H），7.31（m，2H），5.75（s，2H），4.63（s，2H），3.80-3.73（m，2H），3.46（m，4H），3.12（m，1H），3.00-2.79（m，6H），2.24（m，2H），1.53（m，8H），1.24（m，8H），0.83（m，12H）。
实施例7
一种化合物的合成，包括以下步骤：
1）将胱胺二盐酸盐与活化脲基嘧啶酮S1反应，得到2-脲-4[1H]-嘧啶酮双取代的硫硫化合物S2；
2）用DTT（1,4-二硫代苏糖醇）将硫硫化合物S2还原，得到化合物2[2-(1-乙硫醇)]脲-4[1H]-嘧啶酮，结构式为：
实施例8
一种化合物的合成，包括以下步骤：
1）将胱胺二盐酸盐与过量活化脲基嘧啶酮S1在室温下无水二氯甲烷中反应5h，得到2-脲-4[1H]-嘧啶酮双取代的硫硫化合物S2；
2）在催化剂DBU存在下，过量DTT和硫硫化合物S2在无水二氯甲烷中回流反应，得到化合物。
实施例9
利用化合物合成双UPy取代化合物的方法，包括以下步骤：
将2[2-(1-乙硫醇)]脲-4[1H]-嘧啶酮与烷烃端炔基化合物进行自由基硫醇-炔基点击化学反应，得到双UPy取代化合物。
实施例10
利用化合物合成双UPy取代化合物的方法，包括以下步骤：
将2[2-(1-乙硫醇)]脲-4[1H]-嘧啶酮与烷烃端炔基化合物在光照下反应，得到双UPy取代化合物。
烷烃端炔基化合物结构式为：
R为甲基。
实施例11
同实施例10，区别在于，R为苯甲醛；反应在氯仿中进行。
实施例12
同实施例10，区别在于，R为-CH2CH2COOH；反应在四氢呋喃水溶液中进行。
实施例13
同实施例10，区别在于，R为硝基苯；反应在二甲基亚砜中进行。
实施例14
同实施例13，区别在于，反应在N,N-二甲基甲酰胺中进行。
实施例15
同实施例13，区别在于，反应在甲苯中进行。
实施例16
同实施例13，区别在于，反应在乙酸乙酯中进行。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种化合物，名称为2[2-(1-乙硫醇)]脲-4[1H]-嘧啶酮，结构式为：
2.如权利要求1所述的化合物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将胱胺二盐酸盐与活化的脲基嘧啶酮S1反应，得到2-脲-4[1H]-嘧啶酮双取代的硫硫化合物S2；
2)用DTT将硫硫化合物S2还原，得到化合物；
所述S1和S2的结构式分别为：
3.根据权利要求2所述的化合物的合成方法，其特征在于，所述步骤1)在无水二氯甲烷中反应。
4.根据权利要求2所述的化合物的合成方法，其特征在于，所述步骤1)胱胺二盐酸盐与S1的用量摩尔比为1：1.5～3。
5.根据权利要求2所述的化合物的合成方法，其特征在于，所述步骤1)在室温下反应5～15h。
6.根据权利要求2所述的化合物的合成方法，其特征在于，所述步骤2)在催化剂DBU的存在下，在无水二氯甲烷中回流反应。
7.根据权利要求6所述的化合物的合成方法，其特征在于，回流0.25～3小时。
8.根据权利要求2所述的化合物的合成方法，其特征在于，所述步骤2)S2与DTT用量摩尔比为1：1.5～10。
9.利用如权利要求1所述的化合物、或权利要求2-8任一所述的合成方法得到的化合物合成双UPy取代化合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：将化合物与端炔基化合物HC≡CCH2R在光照条件下，由引发剂DMPA引发进行自由基硫醇-炔基点击化学反应，得到双UPy取代化合物；所述端炔基化合物HC≡CCH2R中，R为芳香类基团、烷烃类基团。
10.根据权利要求9所述的合成双UPy取代化合物的方法，其特征在于，所述引发剂DMPA的用量为反应物总质量的1.5％～15％。
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