CN104945346B - 一种湾位嵌氧、氮杂七元环3,4,9,10‑苝四羧酸正丁酯及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湾位嵌氧、氮杂七元环3,4:9,10‑苝四羧酸正丁酯及其合成方法,将1‑氨基‑12‑羟基‑3,4:9,10‑苝四羧酸正丁酯溶于有机溶剂中,加入醛类物质,于温度为60‑80℃搅拌反应10‑60小时,反应完成后,除去有机溶剂,经分离提纯即得产物。本发明反应条件温和,反应步骤简单,产率较高,在50%以上。
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域,特别涉及一种湾位嵌氧、氮杂七元环3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯及其合成方法。
背景技术
π共轭体系具有很强的吸收和发射性质,在有机光伏、非线性光学及功能生物成像等领域有着广泛的应用,苝系衍生物作为π共轭体系中的一员,有着较好的平面性和较大的共轭体系,具有高电荷迁移率,高量子产率,光热稳定性等优点,因此,备受研究人员的关注。
苝系化合物通过扩环反应,能够很方便的调谐苝系化合物的光物理性质,湾位五元环、六元环稠合的苝系化合物已经很常见,具有良好的光电性质,其合成方法已比较成熟。但是,由于七元环并非常见稳定结构,所以相关湾位七元环苝系化合物的合成存在一定困难,故湾位七元环苝系化合物却很少见,然而新的湾位七元环苝系化合物,由于在湾位同侧同时连接给电子能力很强的氧、氮原子,可以很大程度上改变目标化合物的电子结构,有较好的光物理性质,基于此,目前亟需提供一种湾位七元环苝系化合物的合成方法,为苝系衍生物环化反应提供一种新的思路。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种湾位嵌氧、氮杂七元环3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯及其合成方法。该化合物结构新颖,该方法丰富了湾位七元环苝系化合物的合成方法,其具有合成步骤简单、原料易得、产率高等优点。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
湾位嵌氧、氮杂七元环3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯,其结构式如下:
其中,R为正丁酯基,R1为氢、2-吡啶基或者2-(8-羟基)喹啉基。
所述湾位嵌氧、氮杂七元环3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯的合成方法,包括如下步骤:
将1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯溶于有机溶剂中,加入醛类物质,于温度为60-80℃反应10-60小时,反应完成后,除去有机溶剂,分离提纯即得;
所述1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯与醛类物质的摩尔比为1:1-20,有机溶剂的用量为每克1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯使用40-300毫升。
优选的,反应时间为10~48h。
优选的,所述反应温度78℃。
优选的,所述的有机溶剂为乙醇、四氢呋喃或1,4-二氧杂环己烷。进一步优选,所述的有机溶剂为乙醇。
所述的醛类物质为多聚甲醛、2-吡啶基或者2-(8-羟基)喹啉基。
所述的分离提纯方法为,硅胶柱层析:硅胶200~300目,淋洗剂为二氯甲烷:乙酸乙酯的体积比为20:1。
所述的1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯的来源:通过中国专利CN104649923A(申请号为201510046046.1)实施例1中的方法合成,步骤如下:
取500毫克1-硝基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯和77毫克氯化铵溶于50毫升四氢呋喃,分批加入93毫克锌粉,室温反应1小时,将反应液抽滤,去除溶剂,粗产品进行硅胶柱层析,淋洗液为二氯甲烷:乙酸乙酯=5:1(体积比)。得到1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯。
所述1-硝基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯按如下方法进行制备:
1)3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯根据参考文献合成:Rongzhou Wang,ZhiqiangShiet al.Dyes and Pigments 98(2013)450-458;
2)将3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯溶于二氯甲烷中,加入发烟硝酸,室温反应1.5小时,得到1-硝基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯,柱色谱提纯;
所述的3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯、二氯甲烷、发烟硝酸质量比为3:450:7。
合成路线:
R为正丁酯基,R1为为氢、2-吡啶基或者2-(8-羟基)喹啉基。
本发明有益的效果是:
1.本发明提供了一种湾位嵌氧、氮杂七元环3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯的合成方法,利用氨基、羟基官能团与醛的缩合反应,首次合成了湾位嵌氧、氮杂七元环苝系化合物,该方法是一种新的苝系衍生物的衍生化方法。通过该方法合成新的湾位七元环苝系化合物,由于在湾位同侧同时连接给电子能力很强的氧、氮原子,可以很大程度上改变目标化合物的电子结构,从而有较好的光物理性质。
2.该反应为新型苝系衍生化反应,反应条件温和,原料易得,产率高,利于设计合成功能分子,为苝系衍生物环化反应提供了一种新的思路。
附图说明
图1产物A的核磁氢谱;
图2产物A的质谱;
图3产物B的核磁氢谱;
图4产物B的质谱;
图5产物C的核磁氢谱;
图6产物C的质谱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的阐述。应该说明的是,下述说明仅是为了解释本发明,并不对其内容;进行限定。
实施例1
于100毫升圆底烧瓶中,加入1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯(200毫克,0.29毫摩尔),多聚甲醛(60毫克,2.0毫摩尔),无水乙醇(50毫升),78摄氏度反应12小时。反应完毕,冷却至室温,除去溶剂,得到粗产品。粗产品经过柱色谱提纯(硅胶200~300目,淋洗剂二氯甲烷:乙酸乙酯=20:1(体积比)),得到红色固体123毫克,即为化合物A(结构表征如图1和2),产率61%。1H-NMR(300MHz,CDCl3,ppm):δ=8.16(d,J=6.0Hz,2H),7.96(d,J=9Hz,1H),7.89(d,J=9Hz,1H),7.80(s,1H),7.52(s,1H),5.98(t,J=7.3Hz,1H),5.02(d,J=7.3Hz,2H),4.34-4.28(m,8H),1.80-1.73(m,8H),1.53–1.46(m,8H),1.02-0.98(m,12H).MS(MALDI-TOF):m/z=696.3168(M+)。
所述多聚甲醛购自国药集团化学试剂有限公司,产品编号80096618,CAS号30525-89-4。
所述的1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯的来源:通过中国专利CN104649923A(申请号为201510046046.1)实施例1中的方法合成,步骤如下:
取500毫克1-硝基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯和77毫克氯化铵溶于50毫升四氢呋喃,分批加入93毫克锌粉,室温反应1小时,将反应液抽滤,去除溶剂,粗产品进行硅胶柱层析,淋洗液为二氯甲烷:乙酸乙酯=5:1(体积比)。得到1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯。
1-硝基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯按如下方法进行制备:
1)3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯根据参考文献合成:Rongzhou Wang,ZhiqiangShiet al.Dyes and Pigments 98(2013)450-458;
2)将3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯溶于二氯甲烷中,加入发烟硝酸,室温反应1.5小时,得到1-硝基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯,柱色谱提纯;
所述的3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯、二氯甲烷、发烟硝酸质量比为3:450:7。
实施例2
于50毫升圆底烧瓶中,加入1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯(200毫克,0.29毫摩尔),吡啶-2-甲醛(107毫克,1毫摩尔),四氢呋喃(20毫升),65摄氏度反应48小时。反应完毕,冷却至室温,除去溶剂,得到粗产品。粗产品经过柱色谱提纯(硅胶200~300目,淋洗剂二氯甲烷:乙酸乙酯=20:1(体积比)),得到红色固体117毫克,即为化合物B(结构表征如图3和4),产率52%。1H-NMR(300MHz,CDCl3,ppm):δ=8.73(d,J=6.0Hz,1H),8,28(d,J=3Hz,1H),8.25(d,J=3Hz,1H),8.05(d,J=7.8Hz,1H),7.96-7.93(m,3H),7.84-7.81(m,2H),7.74(d,J=7.8Hz,1H),4.35-4.29(m,8H),1.79-1.75(m,8H),1.52–1.43(m,8H),1.03-0.96(m,12H).MS(MALDI-TOF):m/z=773.3508(M+)。
所述的1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯的来源:通过中国专利CN104649923A(申请号为201510046046.1)实施例1中的方法合成,步骤如下:
取500毫克1-硝基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯和77毫克氯化铵溶于50毫升四氢呋喃,分批加入93毫克锌粉,室温反应1小时,将反应液抽滤,去除溶剂,粗产品进行硅胶柱层析,淋洗液为二氯甲烷:乙酸乙酯=5:1(体积比)。得到1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯。
1-硝基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯按如下方法进行制备:
1)3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯根据参考文献合成:Rongzhou Wang,ZhiqiangShiet al.Dyes and Pigments 98(2013)450-458;
2)将3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯溶于二氯甲烷中,加入发烟硝酸,室温反应1.5小时,得到1-硝基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯,柱色谱提纯;
所述的3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯、二氯甲烷、发烟硝酸质量比为3:450:7。
实施例3
于50毫升圆底烧瓶中,加入1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯(200毫克,0.29毫摩尔),8-羟基喹啉-2-甲醛(173毫克,1毫摩尔),1,4-二氧杂环己烷(30毫升),80摄氏度反应10小时。反应完毕,冷却至室温,除去溶剂,得到粗产品。粗产品经过柱色谱提纯(硅胶200~300目,淋洗剂二氯甲烷:乙酸乙酯=20:1(体积比)),得到红色固体103毫克,即为化合物C(结构表征如图5和6),产率55%。1H-NMR(300MHz,CDCl3,ppm):δ=8.36(d,J=9.0Hz,1H),8.30(s,1H),8.10-8.05(m,2H),7.97(d,J=9Hz,1H),7.84-7.81(m,2H),7.75(d,J=9Hz,1H),7.62-7.56(m,2H),7.46(d,J=9Hz,1H),7.34(d,J=6Hz,1H),5.76(d,J=6Hz,1H),5.02(d,J=7.3Hz,2H),4.44-4.31(m,8H),1.89-1.77(m,8H),1.53–1.40(m,8H),1.07-1.02(m,12H).MS(MALDI-TOF):m/z=839.3389(M+)。
所述的1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯的来源:通过中国专利CN104649923A(申请号为201510046046.1)实施例1中的方法合成,步骤如下:
取500毫克1-硝基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯和77毫克氯化铵溶于50毫升四氢呋喃,分批加入93毫克锌粉,室温反应1小时,将反应液抽滤,去除溶剂,粗产品进行硅胶柱层析,淋洗液为二氯甲烷:乙酸乙酯=5:1(体积比)。得到1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯。
1-硝基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯按如下方法进行制备:
1)3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯根据参考文献合成:Rongzhou Wang,ZhiqiangShiet al.Dyes and Pigments 98(2013)450-458;
2)将3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯溶于二氯甲烷中,加入发烟硝酸,室温反应1.5小时,得到1-硝基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯,柱色谱提纯;
所述的3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯、二氯甲烷、发烟硝酸质量比为3:450:7。
Claims (9)
1.一种湾位嵌氧、氮杂七元环3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯的合成方法,其特征是,包括如下步骤:
将1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯溶于有机溶剂中,加入醛类物质,于温度为60-80℃反应10-60小时,反应完成后,除去有机溶剂,分离提纯即得;
所述1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯与醛类物质的摩尔比为1:1-2,所述醛类物质为多聚甲醛、吡啶-2-甲醛或8-羟基喹啉-2-甲醛;
所述湾位嵌氧、氮杂七元环3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯的结构式如下:
其中,R为正丁酯基,R1为氢、2-吡啶基或者2-(8-羟基)喹啉基。
2.如权利要求1所述的合成方法,其特征是:有机溶剂的用量为:每克1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯使用40-300毫升。
3.如权利要求1或2所述的合成方法,其特征是:所述的有机溶剂为乙醇、四氢呋喃或1,4-二氧杂环己烷。
4.如权利要求1或2所述的合成方法,其特征是:所述的分离提纯方法为,硅胶柱层析:硅胶200~300目,淋洗剂:二氯甲烷,乙酸乙酯的体积比为20:1。
5.如权利要求1或2所述的合成方法,其特征是:所述反应时间为10~48h。
6.如权利要求1或2所述的合成方法,其特征是:所述反应时间为12h。
7.如权利要求1或2所述的合成方法,其特征是:所述反应温度为78℃。
8.如权利要求1或2所述的合成方法,其特征是:所述1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯的合成方法,步骤如下:取500毫克1-硝基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯和77毫克氯化铵溶于50毫升四氢呋喃,分批加入93毫克锌粉,室温反应1小时,将反应液抽滤,去除溶剂,粗产品进行硅胶柱层析,淋洗液为:二氯甲烷:乙酸乙酯的体积比为5:1,得到1-氨基-12-羟基-3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯。
9.湾位嵌氧、氮杂七元环3,4,9,10-苝四羧酸正丁酯,其特征是,其结构式如下:
其中,R为正丁酯基,R1为氢、2-吡啶基或者2-(8-羟基)喹啉基。
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