CN113754606A - 吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域,具体涉及一种吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物及其制备方法,尤其涉及10-R-吩噁嗪-2,7-二胺和/或10-R-吩噻嗪-2,7-二胺及其制备方法与应用。
背景技术
吩噁嗪及吩噻嗪类衍生物是一类含有富电子的氮原子与氧(或硫)原子的芳香杂环结构,因其容易失去一个电子形成自由基正离子这一特殊性质,使其在医学、生物学、合成化学等方面有着广泛的应用。此外,吩噁嗪及吩噻嗪类小分子及聚合物在近年来的报道中表现出了较好的循环稳定性及较高的电位,其中吩噁嗪的氧化还原电位为3.5-3.7V(vs.Li/Li+)、吩噻嗪的氧化还原电位3.5-4.0V(vs.Li/Li+)等,证明了吩噁嗪及吩噻嗪活性单元在电极材料上也有很好的应用前景。
胺类化合物可广泛应用于生物界和染料工业,更是席夫碱类化合物的主要原料,席夫碱类化合物在医药、催化、发光、材料科学等领域均有着广泛的应用。因此,合成吩噁嗪及吩噻嗪二胺衍生物,可以与不同拓扑结构的醛通过席夫碱缩合反应实现特定功能性化合物的合成。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物及其制备方法与应用,以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的,本发明采用的技术方案包括:
本发明实施例提供了一种吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物,它具有如式(I)所示的结构:
其中,Y选自O或S,R选自直链烷基、支链烷基、芳环基中的任一者。
本发明实施例还提供了一种2,7-二硝基吩噁嗪衍生物和/或2,7-二硝基吩噻嗪衍生物,它具有如式(IV)所示的结构:
其中,Y选自O或S,R选自氢、直链烷基、支链烷基、芳环基中的任一者。本发明实施例还提供了一种吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物的制备方法,其包括:
(1)使包含2-氨基-4-硝基苯酚和/或2-氨基-4-硝基苯硫酚、3,4-二氟硝基苯、第一碱性物质和第一溶剂的第一均匀混合反应体系于100℃反应8~12h,制得2,7-二硝基-10H-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10H-吩噻嗪;
(2)在保护性气氛下,使包含所述2,7-二硝基-10H-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10H-吩噻嗪、第二碱性物质、卤代烃和第二溶剂的第二均匀混合反应体系于25~35℃反应3~10h,制得2,7-二硝基-10-R-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10-R-吩噻嗪;
(3)使包含所述2,7-二硝基-10-R-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10-R-吩噻嗪、钯催化剂、还原剂和第三溶剂的第三混合反应体系于80~90℃反应1~2天,制得吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物。
本发明实施例还提供了由前述方法制备的吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物。
本发明实施例还提供了述的吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物于于医药、催化、发光或材料科学领域中的用途。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:本发明提供的制备方法以商品化的2-氨基-4-硝基苯酚和/或2-氨基-4-硝基苯硫酚和3,4-二氟代硝基苯为原料,价格低廉,原料在碱性条件下发生分子间芳基的亲核取代反应,随后发生分子内的亲核取代反应关环得到吩噁嗪和/或吩噻嗪骨架,然后在碱性条件下将胺基保护得到2,7-二硝基-10-R-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10-R-吩噻嗪,随后硝基还原为氨基得到吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物,反应过程操作简单、合成路线较为简洁且有很高的反应收率;
本发明制备的吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物,可以与不同拓扑结构的醛通过席夫碱缩合反应实现特定功能性化合物(如共价有机框架材料)的合成。这类化合物为该类材料提供了重要合成前体,得到的相应共价有机框架材料在医药、催化、发光、材料科学等领域均有着广泛的应用,因此,制备吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中步骤(1)制备的2,7-二硝基-10H-吩噁嗪的核磁氢谱图;
图2是本发明实施例1中步骤(2)制备的2,7-二硝基-10-甲基吩噁嗪的核磁氢谱图;
图3是本发明实施例1中步骤(3)制备的10-甲基吩噁嗪-2,7-二胺的核磁氢谱图;
图4是本发明实施例2中步骤(1)制备的2,7-二硝基-10H-吩噻嗪的核磁氢谱图;
图5是本发明实施例2中步骤(2)制备的2,7-二硝基-10-甲基吩噻嗪的核磁氢谱图;
图6是本发明实施例2中步骤(3)制备的10-甲基吩噻嗪-2,7-二胺的核磁氢谱图;
图7是本发明实施例11~12中所得基于吩噁嗪的席夫碱类化合物DAPO-TFB-COF、DAPO-TpOMe-COF的粉末X射线衍射图;
图8是本发明实施例11~12中所得基于吩噁嗪的席夫碱类化合物DAPO-TFB-COF、DAPO-TpOMe-COF的氮气吸附脱附等温线图;
图9是本发明实施例11~12中所得基于吩噁嗪的席夫碱类化合物DAPO-TFB-COF、DAPO-TpOMe-COF的孔径分布图;
图10是本发明实施例11~12中所得基于吩噁嗪的席夫碱类化合物DAPO-TFB-COF、DAPO-TpOMe-COF的热重分析曲线图。
具体实施方式
鉴于现有技术的缺陷,本案发明人经长期研究和大量实践,得以提出本发明的技术方案,下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例的一个方面提供了一种吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物,它具有如式(I)所示的结构:
其中,Y选自O或S,R选自直链烷基、支链烷基、芳环基中的任一者。
本发明中,所述吩噁嗪二胺衍生物为10-R-吩噁嗪-2,7-二胺,所述吩噻嗪二胺衍生物为10-R-吩噻嗪-2,7-二胺。
在一些较为具体的实施方案中,所述吩噁嗪二胺衍生物具有如式(Ⅱ)所示的结构:
其中,R选自直链烷基、支链烷基、芳环基中的任一者,优选为甲基、乙基、异丙基、苯基、萘基中的任一者。
在一些较为具体的实施方案中,所述吩噻嗪二胺衍生物具有如式(Ⅲ)所示的结构:
其中,R选自直链烷基、支链烷基、芳环基中的任一者,优选为甲基、乙基、异丙基、苯基、萘基中的任一者。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种2,7-二硝基吩噁嗪衍生物和/或2,7-二硝基吩噻嗪衍生物,它具有如式(IV)所示的结构:
其中,Y选自O或S,R选自氢、直链烷基、支链烷基、芳环基中的任一者。
在一些较为具体的实施方案中,所述2,7-二硝基吩噁嗪衍生物具有如式(V)所示的结构:
其中,R选自氢、直链烷基、支链烷基、芳环基中的任一者,优选为氢、甲基、乙基、异丙基、苯基、萘基中的任一者。
在一些较为具体的实施方案中,所述2,7-二硝基吩噻嗪衍生物具有如式(VI)所示的结构:
其中,R选自氢、直链烷基、支链烷基、芳环基中的任一者,优选为氢、甲基、乙基、异丙基、苯基、萘基中的任一者。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物的制备方法,其包括:
(1)使包含2-氨基-4-硝基苯酚和/或2-氨基-4-硝基苯硫酚、3,4-二氟硝基苯、第一碱性物质和第一溶剂的第一均匀混合反应体系于100℃反应8~12h,制得2,7-二硝基-10H-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10H-吩噻嗪;
(2)在保护性气氛下,使包含所述2,7-二硝基-10H-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10H-吩噻嗪、第二碱性物质、卤代烃和第二溶剂的第二均匀混合反应体系于25~35℃反应3~10h,制得2,7-二硝基-10-R-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10-R-吩噻嗪;
(3)使包含所述2,7-二硝基-10-R-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10-R-吩噻嗪、钯催化剂、还原剂和第三溶剂的第三混合反应体系于80~90℃反应1~2天,制得吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物。
在一些较为具体的实施方案中,步骤(1)中所述2-氨基-4-硝基苯酚和/或2-氨基-4-硝基苯硫酚、3,4-二氟硝基苯与第一碱性物质的摩尔比为1:1:1.5~1:1:2.5。
进一步的,所述第一碱性物质包括氢氧化钾或碳酸钾,且不限于此。
进一步的,所述第一溶剂包括二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺,且不限于此。
在一些较为具体的实施方案中,所述制备方法还包括:在所述第一均匀混合反应体系反应完成后,对所获混合物进行洗涤、干燥、纯化处理;
进一步的,所述纯化处理包括:将所述干燥处理后的产物于三氯甲烷中于65~70℃回流处理3~5h。
在一些较为具体的实施方案中,步骤(2)中所述2,7-二硝基-10H-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10H-吩噻嗪、第二碱性物质、卤代烃的摩尔比为1:1.5:2。
进一步的,卤代烃包括R-X,其中,X选自F、Cl、Br、I中的任一者,R选自直链烷基、支链烷基、芳环基中的任一者,作为优选,所述R选自甲基、乙基、异丙基、苯基、萘基中的任一者,且不限于此。
进一步的,所述第二碱性物质包括氢化钠或碳酸钾,且不限于此。
进一步的,所述第二溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜,且不限于此。
进一步的,所述保护性气氛包括氮气气氛或惰性气体气氛,且不限于此。
在一些较为具体的实施方案中,步骤(3)中所述2,7-二硝基-10-R-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10-R-吩噻嗪、钯催化剂与还原剂的摩尔比为1:0.1:20~1:0.1:40;
进一步的,所述还原剂为水合肼。
更进一步的,所述水合肼的质量浓度为80wt%。
进一步的,所述第三溶剂包括醇类溶剂或醇类溶剂与高溶解度溶剂的混合溶液,且不限于此。
更进一步的,所述醇类溶剂包括甲醇、乙醇中的任意一种或两种的组合,且不限于此。
更进一步的,所述高溶解度溶剂包括乙酸乙酯或三氯甲烷中的任意一种或两种的组合,且不限于此。
进一步的,所述钯催化剂包括钯碳催化剂,且不限于此。
更进一步的,所述钯碳催化剂包括:钯5wt%,其余部分包括活性炭。
在一些较为具体的实施方案中,所述制备方法还包括:在所述第三混合反应体系反应完成后,对所获混合物进行过滤、纯化处理。
更进一步的,所述纯化处理包括柱色谱分离纯化处理。
在一些更为具体的实施方案中,所述吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物的制备方法包括:
(1)将2-氨基-4-硝基苯酚(或2-氨基-4-硝基苯硫酚),3,4-二氟硝基苯和氢氧化钾溶于二甲基亚砜,加热至100℃,反应完成后,向体系内加水处理,过滤得到固体,干燥后在三氯甲烷中加热回流数小时,趁热过滤,所得固体为中间产物2,7-二硝基-10H-吩噁嗪(或2,7-二硝基-10H-吩噻嗪);
(2)2,7-二硝基-10H-吩噁嗪(或2,7-二硝基-10H-吩噻嗪)、氢化钠、卤代烃(R-X)、N,N-二甲基甲酰胺在氮气保护下进行反应,反应完成后,向体系内加水处理,过滤得到2,7-二硝基-10-R-吩噁嗪(或2,7-二硝基-10-R-吩噻嗪);
(3)将含双硝基的吩噁嗪或吩噻嗪衍生物溶于醇类溶剂中,加入固态钯催化剂,以水合肼为还原剂,在水热釜中加热回流1-2天,反应结束后从体系中分离出钯催化剂,并对余留的液态混合物进行柱色谱分离纯化,获得相应的吩噁嗪二胺衍生物及吩噻嗪二胺衍生物。
进一步的,步骤(1)中,2-氨基-4-硝基苯酚(或2-氨基-4-硝基苯硫酚),3,4-二氟硝基苯和氢氧化钾的摩尔比为1:1:1.5~1:1:2.5。
进一步的,步骤(2)中,2,7-二硝基-10H-吩噁嗪(或2,7-二硝基-10H-吩噻嗪)、氢化钠、卤代烃(R-X)的摩尔比为1:1.5:2。
优选的,步骤(3)中,所述醇类溶剂为甲醇或乙醇或醇类与高溶解度溶剂的混合溶液。
进一步的,步骤(3)中,所述固态钯催化剂采用钯碳,其中包括5wt%钯,其余部分包含活性炭。
进一步的,步骤(3)中,所述的还原剂为80%水合肼。
本发明中,以2-氨基-4-硝基苯酚或2-氨基-4-硝基苯硫酚、3,4-二氟硝基苯为原料,合成吩噁嗪二胺衍生物及吩噻嗪二胺衍生物的反应路线如下所示:
本发明实施例的另一个方面还提供了由前述方法制备的吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物。
本发明实施例的另一个方面还提供了前述的吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物于医药、催化、发光或材料科学领域中的用途。
进一步的,所述吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物于制备席夫碱类化合物中的用途。
下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明,本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下面所用的实施例中所采用的实验材料,如无特殊说明,均可由常规的生化试剂公司购买得到。
实施例1
(1)2,7-二硝基-10H-吩噁嗪的合成:
称取2-氨基-4-硝基苯酚(1.54g,10mmol)加入到上置冷凝器的三口烧瓶中,加入二甲基亚砜(50mL)使其溶解,然后向体系内加入氢氧化钾(1.18g,21mmol),搅拌均匀后将3,4-二氟硝基苯(1.1mL,1.59g,10mmol)缓慢滴加到反应混合物中,并在100℃下反应10h,反应结束后,体系冷却至室温,向混合物中加入水(100mL)并剧烈搅拌,此时有大量固体析出,过滤收集红色沉淀物并用水洗涤,将所得粗产物在氯仿中回流数小时,趁热过滤得到红棕色粉末2,7-二硝基-10H-吩噁嗪2.31g,产率为85%。其核磁氢谱如图1所示,1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δppm 9.74(s,1H),7.74(dd,J=8.8,2.5Hz,1H),7.58(dd,J=8.8,2.7Hz,1H),7.42(d,J=2.5Hz,1H),7.25(d,J=2.7Hz,1H),6.85(d,J=8.8Hz,1H),6.56(d,J=8.8Hz,1H);
(2)2,7-二硝基-10-甲基吩噁嗪的合成:
在氮气氛围下将2,7-二硝基-10H-吩噁嗪(2.73g,10mmol)溶解在N,N-二甲基甲酰胺(60mL)中,向体系内加入氢化钠(0.36g,15mmol),搅拌半小时后将碘甲烷(1.22mL,2.8g,20mmol)缓慢滴加到体系中,反应混合物在室温下搅拌反应5h。反应完成后边搅拌边向反应瓶中加入大量水,此时有橘红色固体析出,过滤收集并用大量水洗涤,得到产物2,7-二硝基-10-甲基吩噁嗪2.71g,产率94%。其核磁氢谱如图2所示,1H NMR(400MHz,CDCl3)δppm7.86(dd,J=8.9,2.5Hz,1H),7.74(dd,J=8.7,2.5Hz,1H),7.56(d,J=2.5Hz,1H),7.44(d,J=2.5Hz,1H),6.78(d,J=8.7Hz,1H),6.59(d,J=8.9Hz,1H),3.20(s,3H);
(3)10-甲基吩噁嗪-2,7-二胺的合成:
称取2,7-二硝基-10-甲基吩噁嗪(861mg,3mmol),钯碳催化剂(70.9mg,0.3mmol),水合肼(5.15mL,5.3g,90mmol),超干乙酸乙酯(10mL)和脱气无水乙醇(30mL)混合于聚四氟乙烯的衬管中,放置在水热釜中加热至88℃回流搅拌1.5天。反应结束后,用硅藻土过滤钯/碳,并用大量乙酸乙酯(120mL)洗涤,将所得滤液通过旋转蒸发仪除去溶剂,后将所得剩余物质溶于60mL乙酸乙酯,用水(50mL*3)洗去过量的水合肼,有机相用饱和氯化钠溶液萃取、无水硫酸钠干燥,通过柱色谱法分离提纯,得到目标产物10-甲基吩噁嗪-2,7-二胺423.2mg,产率62%。其核磁氢谱如图3所示,1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δppm 6.41(d,J=4.4Hz,1H),6.39(d,J=4.3Hz,1H),6.08(dd,J=8.3,2.4Hz,1H),6.03(d,J=2.4Hz,1H),5.94(d,J=2.4Hz,1H),5.83(dd,J=8.2,2.3Hz,1H),4.64(d,J=10.5Hz,2H),2.89(s,1H)。
实施例2
(1)2,7-二硝基-10H-吩噻嗪的合成
称取2-氨基-4-硝基苯硫酚(0.85g,5mmol)和氢氧化钾(0.6g,10mmol)加入到三口烧瓶中,加入二甲基亚砜(30mL)使其溶解,然后边搅拌边向体系内缓慢滴加3,4-二氟硝基苯(0.55mL,0.8g,5mmol),并升温至100℃下反应10h,反应结束后,体系冷却至室温,向混合物中加入水(~50mL)并剧烈搅拌,将析出的深棕色固体过滤收集并用水洗涤。将所得粗产物柱色谱分离,得到黄棕色粉末2,7-二硝基-10H-吩噻嗪0.75g,产率为52%。其核磁氢谱如图4所示,1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δppm9.81(s,1H),7.88(d,J=9.0Hz,1H),7.80(s,1H),7.61(d,J=8.5Hz,1H),7.40(s,1H),7.17(d,J=8.5Hz,1H),6.66(d,J=9.0Hz,1H);
(2)2,7-二硝基-10-甲基吩噻嗪的合成
在氮气氛围下将2,7-二硝基-10H-吩噻嗪(0.7g,2.5mmol)溶解在N,N-二甲基甲酰胺(15mL)中,向体系内加入氢化钠(90mg,3.75mmol),搅拌半小时后将碘甲烷(0.3mL,0.7g,5mmol)缓慢滴加到体系中,反应混合物在室温下搅拌反应4h。反应完成后边搅拌边向反应瓶中加入大量水,此时有固体析出,过滤收集并用水洗涤,干燥后柱色谱分离得到黄色固体2,7-二硝基-10-甲基吩噻嗪621.7mg,产率82%。其核磁氢谱如图5所示,1H NMR(400MHz,CDCl3)δppm8.10(d,J=9.0Hz,1H),7.97(s,1H),7.87(d,J=6.2Hz,1H),7.65(s,1H),7.23(d,J=8.4Hz,1H),6.86(d,J=8.9Hz,1H),3.50(s,3H);
(3)10-甲基吩噻嗪-2,7-二胺的合成
将2,7-二硝基-10-甲基吩噻嗪(303mg,1mmol),钯碳催化剂(23.6mg,0.1mmol),水合肼(1.7mL,1.77g,30mmol),脱气无水乙醇(15mL)混合于聚四氟乙烯的衬管中,水热釜中加热至88℃回流搅拌1天。反应结束后,用硅藻土过滤钯/碳,并用大量乙酸乙酯(~30mL)洗涤,将所得滤液通过旋转蒸发仪除去溶剂,后将所得剩余物质溶于20mL乙酸乙酯,用水(30mL*3)洗去过量的水合肼,有机相用饱和氯化钠溶液萃取、无水硫酸钠干燥,将有机相浓缩并在氮气保护下通过柱色谱法分离提纯得到目标产物10-甲基吩噻嗪-2,7-二胺114.4mg,产率47%。其核磁氢谱如图6所示,1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δppm6.72(d,J=8.0Hz,1H),6.62(d,J=7.4Hz,1H),6.40(s,1H),6.15(s,1H),5.08(s,1H),4.77(s,1H),3.12(s,1H)。
实施例3
(1)2,7-二硝基-10H-吩噁嗪的合成:
称取2-氨基-4-硝基苯酚(10mmol)加入到上置冷凝器的三口烧瓶中,加入N,N-二甲基甲酰胺(50mL)使其溶解,然后向体系内加入碳酸钾(15mmol),搅拌均匀后将3,4-二氟硝基苯(10mmol)缓慢滴加到反应混合物中,并在100℃下反应8h,反应结束后,体系冷却至室温,向混合物中加入水(100mL)并剧烈搅拌,此时有大量固体析出,过滤收集红色沉淀物并用水洗涤,将所得粗产物在氯仿中回流数小时,趁热过滤得到红棕色粉末2,7-二硝基-10H-吩噁嗪,产率为83%;
(2)2,7-二硝基-10-乙基吩噁嗪的合成:
在氩气氛围下将2,7-二硝基-10H-吩噁嗪(10mmol)溶解在二甲基亚砜(60mL)中,向体系内加入碳酸钾(15mmol),搅拌半小时后将碘乙烷(20mmol)缓慢滴加到体系中,反应混合物在25℃下搅拌反应10h。反应完成后边搅拌边向反应瓶中加入大量水,此时有橘红色固体析出,过滤收集并用大量水洗涤,得到产物2,7-二硝基-10-乙基吩噁嗪,产率92%;
(3)10-乙基吩噁嗪-2,7-二胺的合成:
称取2,7-二硝基-10-乙基吩噁嗪(3mmol),钯碳催化剂(0.3mmol),水合肼(60mmol),超干三氯甲烷(10mL)和脱气无水乙醇(30mL)混合于聚四氟乙烯的衬管中,放置在水热釜中加热至80℃回流搅拌2天。反应结束后,用硅藻土过滤钯/碳,并用大量乙酸乙酯(120mL)洗涤,将所得滤液通过旋转蒸发仪除去溶剂,后将所得剩余物质溶于60mL乙酸乙酯,用水(50mL*3)洗去过量的水合肼,有机相用饱和氯化钠溶液萃取、无水硫酸钠干燥,通过柱色谱法分离提纯,得到目标产物10-乙基吩噁嗪-2,7-二胺,产率60%。
实施例4
(1)2,7-二硝基-10H-吩噁嗪的合成:
称取2-氨基-4-硝基苯酚(10mmol)加入到上置冷凝器的三口烧瓶中,加入二甲基亚砜(50mL)使其溶解,然后向体系内加入氢氧化钾(25mmol),搅拌均匀后将3,4-二氟硝基苯(10mmol)缓慢滴加到反应混合物中,并在100℃下反应12h,反应结束后,体系冷却至室温,向混合物中加入水(100mL)并剧烈搅拌,此时有大量固体析出,过滤收集红色沉淀物并用水洗涤,将所得粗产物在氯仿中回流数小时,趁热过滤得到红棕色粉末2,7-二硝基-10H-吩噁嗪,产率为86%。
(2)2,7-二硝基-10-异丙基吩噁嗪的合成:
在氮气氛围下将2,7-二硝基-10H-吩噁嗪(10mmol)溶解在二甲基亚砜(60mL)中,向体系内加入氢化钠(15mmol),搅拌半小时后将氯代异丙烷(20mmol)缓慢滴加到体系中,反应混合物在35℃下搅拌反应3h。反应完成后边搅拌边向反应瓶中加入大量水,此时有橘红色固体析出,过滤收集并用大量水洗涤,得到产物2,7-二硝基-10-异丙基吩噁嗪,产率95%;
(3)10-异丙基吩噁嗪-2,7-二胺的合成:
称取2,7-二硝基-10-异丙基吩噁嗪(3mmol),钯碳催化剂(0.3mmol),水合肼(120mmol),超干乙酸乙酯(10mL)和脱气无水甲醇(30mL)混合于聚四氟乙烯的衬管中,放置在水热釜中加热至90℃回流搅拌1天。反应结束后,用硅藻土过滤钯/碳,并用大量乙酸乙酯(120mL)洗涤,将所得滤液通过旋转蒸发仪除去溶剂,后将所得剩余物质溶于60mL乙酸乙酯,用水(50mL*3)洗去过量的水合肼,有机相用饱和氯化钠溶液萃取、无水硫酸钠干燥,通过柱色谱法分离提纯,得到目标产物10-异丙基吩噁嗪-2,7-二胺,产率64%。
实施例5
(1)2,7-二硝基-10H-吩噁嗪的合成:称取2-氨基-4-硝基苯酚(10mmol)加入到上置冷凝器的三口烧瓶中,加入N,N-二甲基甲酰胺(50mL)使其溶解,然后向体系内加入氢氧化钾(21mmol),搅拌均匀后将3,4-二氟硝基苯(10mmol)缓慢滴加到反应混合物中,并在100℃下反应10h,反应结束后,体系冷却至室温,向混合物中加入水(100mL)并剧烈搅拌,此时有大量固体析出,过滤收集红色沉淀物并用水洗涤,将所得粗产物在氯仿中回流数小时,趁热过滤得到红棕色粉末2,7-二硝基-10H-吩噁嗪,产率为83%。
(2)2,7-二硝基-10-苯基吩噁嗪的合成:
在氮气氛围下将2,7-二硝基-10H-吩噁嗪(10mmol)溶解在N,N-二甲基甲酰胺(60mL)中,向体系内加入氢化钠(0.36g,15mmol),搅拌半小时后将碘苯(20mmol)缓慢滴加到体系中,反应混合物在30℃下搅拌反应7h。反应完成后边搅拌边向反应瓶中加入大量水,此时有橘红色固体析出,过滤收集并用大量水洗涤,得到产物2,7-二硝基-10-苯基吩噁嗪,产率93%;
(3)10-苯基吩噁嗪-2,7-二胺的合成:
称取2,7-二硝基-10-苯基吩噁嗪(3mmol),钯碳催化剂(0.3mmol),水合肼(90mmol),脱气无水乙醇(40mL)混合于聚四氟乙烯的衬管中,放置在水热釜中加热至85℃回流搅拌1.5天。反应结束后,用硅藻土过滤钯/碳,并用大量乙酸乙酯(120mL)洗涤,将所得滤液通过旋转蒸发仪除去溶剂,后将所得剩余物质溶于60mL乙酸乙酯,用水(50mL*3)洗去过量的水合肼,有机相用饱和氯化钠溶液萃取、无水硫酸钠干燥,通过柱色谱法分离提纯,得到目标产物10-苯基吩噁嗪-2,7-二胺,产率64%。
实施例6
(1)2,7-二硝基-10H-吩噁嗪的合成:
称取2-氨基-4-硝基苯酚(10mmol)加入到上置冷凝器的三口烧瓶中,加入二甲基亚砜(50mL)使其溶解,然后向体系内加入氢氧化钾(21mmol),搅拌均匀后将3,4-二氟硝基苯(10mmol)缓慢滴加到反应混合物中,并在100℃下搅拌反应10h。反应结束后,体系冷却至室温,向混合物中加入水(100mL)并剧烈搅拌,此时有大量固体析出,过滤收集红色沉淀物并用水洗涤,将所得粗产物在氯仿中回流数小时,趁热过滤得到红棕色粉末2,7-二硝基-10H-吩噁嗪,产率为85%。
(2)2,7-二硝基-10-萘基吩噁嗪的合成:
在氮气氛围下将2,7-二硝基-10H-吩噁嗪(10mmol)溶解在N,N-二甲基甲酰胺(60mL)中,向体系内加入氢化钠(15mmol),搅拌半小时后将碘萘(20mmol)缓慢滴加到体系中,反应混合物在室温下搅拌5小时。反应完成后边搅拌边向反应瓶中加入大量水,此时有橘红色固体析出,过滤收集并用大量水洗涤,得到产物2,7-二硝基-10-萘基吩噁嗪,产率95%;
(3)10-萘基吩噁嗪-2,7-二胺的合成:
称取2,7-二硝基-10-萘基吩噁嗪(3mmol),钯碳催化剂(0.3mmol),水合肼(90mmol),超干乙酸乙酯(10mL)和脱气无水乙醇(30mL)混合于聚四氟乙烯的衬管中,放置在水热釜中加热至88℃回流搅拌1-2天。反应结束后,用硅藻土过滤钯/碳,并用大量乙酸乙酯(120mL)洗涤,将所得滤液通过旋转蒸发仪除去溶剂,后将所得剩余物质溶于60mL乙酸乙酯,用水(50mL*3)洗去过量的水合肼,有机相用饱和氯化钠溶液萃取、无水硫酸钠干燥,通过柱色谱法分离提纯,得到目标产物10-萘基吩噁嗪-2,7-二胺,产率65%。
实施例7
(1)2,7-二硝基-10H-吩噻嗪的合成
称取2-氨基-4-硝基苯硫酚(5mmol)和碳酸钾(7.5mmol)加入到三口烧瓶中,加入N,N-二甲基甲酰胺(30mL)使其溶解,然后边搅拌边向体系内缓慢滴加3,4-二氟硝基苯(5mmol),并在100℃下反应8h,反应结束后,体系冷却至室温,向混合物中加入水(~50mL)并剧烈搅拌,将析出的深棕色固体过滤收集并用水洗涤。将所得粗产物柱色谱分离,得到黄棕色粉末2,7-二硝基-10H-吩噻嗪,产率为53%;
(2)2,7-二硝基-10-乙基吩噻嗪的合成
在氩气氛围下将2,7-二硝基-10H-吩噻嗪(2.5mmol)溶解在二甲基亚砜(15mL)中,向体系内加入氢化钠(3.75mmol),搅拌半小时后将碘乙烷(5mmol)缓慢滴加到体系中,反应混合物在25℃下搅拌反应10h。反应完成后边搅拌边向反应瓶中加入大量水,此时有固体析出,过滤收集并用水洗涤,干燥后柱色谱分离得到黄色固体2,7-二硝基-10-乙基吩噻嗪,产率84%;
(3)10-乙基吩噻嗪-2,7-二胺的合成
将2,7-二硝基-10-乙基吩噻嗪(1mmol),钯碳催化剂(0.1mmol),水合肼(20mmol),脱气无水乙醇(15mL)混合于聚四氟乙烯的衬管中,放置在水热釜中加热至80℃回流搅拌2天。反应结束后,用硅藻土过滤钯/碳,并用大量乙酸乙酯(~30mL)洗涤,将所得滤液通过旋转蒸发仪除去溶剂,后将所得剩余物质溶于20mL乙酸乙酯,用水(30mL*3)洗去过量的水合肼,有机相用饱和氯化钠溶液萃取、无水硫酸钠干燥,将有机相浓缩并在氮气保护下通过柱色谱法分离提纯得到目标产物10-乙基吩噻嗪-2,7-二胺,产率49%。
实施例8
(1)2,7-二硝基-10H-吩噻嗪的合成
称取2-氨基-4-硝基苯硫酚(5mmol)和氢氧化钾(12.5mmol)加入到三口烧瓶中,加入二甲基亚砜(30mL)使其溶解,然后边搅拌边向体系内缓慢滴加3,4-二氟硝基苯(5mmol),并在100℃下反应12h,反应结束后,体系冷却至室温,向混合物中加入水(~50mL)并剧烈搅拌,将析出的深棕色固体过滤收集并用水洗涤。将所得粗产物柱色谱分离,得到黄棕色粉末2,7-二硝基-10H-吩噻嗪,产率为50%;
(2)2,7-二硝基-10-异丙基吩噻嗪的合成
在保护性气氛氛围下将2,7-二硝基-10H-吩噻嗪(2.5mmol)溶解在二甲基亚砜(15mL)中,向体系内加入氢化钠(3.75mmol),搅拌半小时后将氯代异丙烷(5mmol)缓慢滴加到体系中,反应混合物在35℃下搅拌反应3h。反应完成后边搅拌边向反应瓶中加入大量水,此时有固体析出,过滤收集并用水洗涤,干燥后柱色谱分离得到黄色固体2,7-二硝基-10-异丙基吩噻嗪,产率81%;
(3)10-异丙基吩噻嗪-2,7-二胺的合成
将2,7-二硝基-10-异丙基吩噻嗪(1mmol),钯碳催化剂(23.6mg,0.1mmol),水合肼(40mmol),超干乙酸乙酯(5mL)脱气无水乙醇(10mL)混合于聚四氟乙烯的衬管中,水热釜中加热至90℃回流搅拌1天。反应结束后,用硅藻土过滤钯/碳,并用大量乙酸乙酯(~30mL)洗涤,将所得滤液通过旋转蒸发仪除去溶剂,后将所得剩余物质溶于20mL乙酸乙酯,用水(30mL*3)洗去过量的水合肼,有机相用饱和氯化钠溶液萃取、无水硫酸钠干燥,将有机相浓缩并在氮气保护下通过柱色谱法分离提纯得到目标产物10-异丙基吩噻嗪-2,7-二胺,产率48%。
实施例9
(1)2,7-二硝基-10H-吩噻嗪的合成
称取2-氨基-4-硝基苯硫酚(5mmol)和氢氧化钾(10mmol)加入到三口烧瓶中,加入N,N-二甲基甲酰胺(30mL)使其溶解,然后边搅拌边向体系内缓慢滴加3,4-二氟硝基苯(5mmol),并在100℃下反应10h,反应结束后,体系冷却至室温,向混合物中加入水(~50mL)并剧烈搅拌,将析出的深棕色固体过滤收集并用水洗涤。将所得粗产物柱色谱分离,得到黄棕色粉末2,7-二硝基-10H-吩噻嗪,产率为53%;
(2)2,7-二硝基-10-苯基吩噻嗪的合成
在氮气氛围下将2,7-二硝基-10H-吩噻嗪(2.5mmol)溶解在N,N-二甲基甲酰胺(15mL)中,向体系内加入氢化钠(3.75mmol),搅拌半小时后将碘苯(5mmol)缓慢滴加到体系中,反应混合物在30℃下搅拌反应7h。反应完成后边搅拌边向反应瓶中加入大量水,此时有固体析出,过滤收集并用水洗涤,干燥后柱色谱分离得到黄色固体2,7-二硝基-10-苯基吩噻嗪,产率84%;
(3)10-苯基吩噻嗪-2,7-二胺的合成
将2,7-二硝基-10-苯基吩噻嗪(1mmol),钯碳催化剂(0.1mmol),水合肼(30mmol),脱气无水乙醇(15mL)混合于聚四氟乙烯的衬管中,水热釜中加热至85℃回流搅拌1.5天。反应结束后,用硅藻土过滤钯/碳,并用大量乙酸乙酯(~30mL)洗涤,将所得滤液通过旋转蒸发仪除去溶剂,后将所得剩余物质溶于20mL乙酸乙酯,用水(30mL*3)洗去过量的水合肼,有机相用饱和氯化钠溶液萃取、无水硫酸钠干燥,将有机相浓缩并在氮气保护下通过柱色谱法分离提纯得到目标产物10-苯基吩噻嗪-2,7-二胺,产率52%。
实施例10
(1)2,7-二硝基-10H-吩噻嗪的合成
称取2-氨基-4-硝基苯硫酚(5mmol)和氢氧化钾(10mmol)加入到三口烧瓶中,加入二甲基亚砜(30mL)使其溶解,然后边搅拌边向体系内缓慢滴加3,4-二氟硝基苯(5mmol),并升温至100℃搅拌反应12h。反应结束后,体系冷却至室温,向混合物中加入水(~50mL)并剧烈搅拌,将析出的深棕色固体过滤收集并用水洗涤。将所得粗产物柱色谱分离,得到黄棕色粉末2,7-二硝基-10H-吩噻嗪,产率为48%;
(2)2,7-二硝基-10-萘基吩噻嗪的合成
在氮气氛围下将2,7-二硝基-10H-吩噻嗪(2.5mmol)溶解在N,N-二甲基甲酰胺(15mL)中,向体系内加入氢化钠(3.75mmol),搅拌半小时后将碘萘(5mmol)缓慢滴加到体系中,反应混合物在室温下搅拌4h。反应完成后边搅拌边向反应瓶中加入大量水,此时有固体析出,过滤收集并用水洗涤,干燥后柱色谱分离得到黄色固体2,7-二硝基-10-萘基吩噻嗪产率80%;
(3)10-萘基吩噻嗪-2,7-二胺的合成
将2,7-二硝基-10-萘基吩噻嗪(1mmol),钯碳催化剂(0.1mmol),水合肼(30mmol),脱气无水乙醇(15mL)混合于聚四氟乙烯的衬管中,水热釜中加热至88℃回流搅拌1天。反应结束后,用硅藻土过滤钯/碳,并用大量乙酸乙酯(~30mL)洗涤,将所得滤液通过旋转蒸发仪除去溶剂,后将所得剩余物质溶于20mL乙酸乙酯,用水(30mL*3)洗去过量的水合肼,有机相用饱和氯化钠溶液萃取、无水硫酸钠干燥,将有机相浓缩并在氮气保护下通过柱色谱法分离提纯得到目标产物10-萘基吩噻嗪-2,7-二胺,产率49%。
实施例11
基于吩噁嗪的席夫碱类化合物的制备
将102.1mg 10-甲基吩噁嗪-2,7-二胺(DAPO)、48.6mg 1,3,5-苯三甲醛(TFB)加入到10mL斯莱克管中,然后加入2mL二氧六环,超声溶解后加入0.6mL 6mol/L醋酸溶液。再将反应体系在液氮中冷冻-真空-解冻循环三次脱气处理。将反应混合物密封在恒温油浴中加热至120℃并保温3天,反应结束后冷却至室温,将所得混合物离心分离收集固体,然后用N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃离心洗涤,在80℃下真空干燥12h得到红棕色粉末基于吩噁嗪的席夫碱类化合物DAPO-TFB-COF,产率为98%。
实施例12
基于吩噁嗪的席夫碱类化合物的制备
将51.1mg 10-甲基吩噁嗪-2,7-二胺(DAPO)、37.8mg 2,4,6-三甲氧基苯-1,3,5-三甲醛(TpOMe)加入到10mL斯莱克管中,然后加入3mL邻二氯苯,超声溶解后加入0.6mL3mol/L醋酸溶液。再将反应体系在液氮中冷冻-真空-解冻循环三次脱气处理。将反应混合物密封在恒温油浴中加热至120℃并保温7天。反应结束后冷却至室温,将所得混合物离心分离收集固体,然后用N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃离心洗涤,在80℃下真空干燥12h得到红棕色粉末基于吩噁嗪的席夫碱类化合物DAPO-TpOMe-COF,产率为99%。
对本发明实施例11~12中所得基于吩噁嗪的席夫碱类化合物DAPO-TFB-COF、DAPO-TpOMe-COF进行X射线粉末衍射、氮气吸附、热重分析测试,分别对其晶态结构、比表面积以及孔径分布和热稳定性进行表征,其表征结果如图7~10所示;
如图7所示,所得到的基于吩噁嗪的席夫碱类化合物的粉末X射线衍射图,与理论模拟结果对照一致,结果表明,制备得到的样品属于六方晶系,且结晶度良好;
如图8及图9所示,所得到的基于吩噁嗪的席夫碱类化合物的氮气吸附脱附等温线和孔径分布曲线图,结果表明,制备得到的两个基于吩噁嗪的席夫碱类化合物具有多孔结构,其BET比表面积分别为1151m2/g和1662m2/g,孔径分布集中在1.9nm和2.1nm;
如图10所示,所得到的基于吩噁嗪的席夫碱类化合物的热重分析曲线图,结果表明,温度升至450℃时,DAPO-TFB-COF和DAPO-TpOMe-COF的重量损失仅为8%和12%。
此外,本案发明人还参照前述实施例,以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验,并均获得了较为理想的结果。
本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明,本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下,所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明;每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。
在本发明案通篇中,在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处,预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成,且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。
应理解,各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要,只要本发明教示保持可操作即可。此外,可同时进行两个或两个以上步骤或动作。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明,但所属领域的技术人员将理解,在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外,可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此,本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例,而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外,除非具体陈述,否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性,而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。
Claims (10)
5.一种吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物的制备方法,其特征在于包括:
(1)使包含2-氨基-4-硝基苯酚和/或2-氨基-4-硝基苯硫酚、3,4-二氟硝基苯、第一碱性物质和第一溶剂的第一均匀混合反应体系于100℃反应8~12h,制得2,7-二硝基-10H-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10H-吩噻嗪;
(2)在保护性气氛下,使包含所述2,7-二硝基-10H-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10H-吩噻嗪、第二碱性物质、卤代烃和第二溶剂的第二均匀混合反应体系于25~35℃反应3~10h,制得2,7-二硝基-10-R-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10-R-吩噻嗪;
(3)使包含所述2,7-二硝基-10-R-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10-R-吩噻嗪、钯催化剂、还原剂和第三溶剂的第三混合反应体系于80~90℃反应1~2天,制得吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述2-氨基-4-硝基苯酚和/或2-氨基-4-硝基苯硫酚、3,4-二氟硝基苯与第一碱性物质的摩尔比为1:1:1.5~1:1:2.5;
和/或,所述第一碱性物质包括氢氧化钾和/或碳酸钾;
和/或,所述第一溶剂包括二甲基亚砜和/或N,N-二甲基甲酰胺;
和/或,所述制备方法还包括:在所述第一均匀混合反应体系反应完成后,对所获混合物进行洗涤、干燥、纯化处理;优选的,所述纯化处理包括:将所述干燥处理后的产物于三氯甲烷中于65~70℃回流处理3~5h。
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述2,7-二硝基-10H-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10H-吩噻嗪、第二碱性物质、卤代烃的摩尔比为1:1.5:2;
和/或,所述卤代烃包括R-X,其中,X选自F、Cl、Br、I中的任一者,R选自直链烷基、支链烷基、芳环基中的任一者;优选的,所述R选自甲基、乙基、异丙基、苯基、萘基中的任一者;
和/或,所述第二碱性物质包括氢化钠和/或碳酸钾;
和/或,所述第二溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺和/或二甲基亚砜;
和/或,所述保护性气氛包括氮气气氛和/或惰性气体气氛;
和/或,步骤(3)中所述2,7-二硝基-10-R-吩噁嗪和/或2,7-二硝基-10-R-吩噻嗪、钯催化剂与还原剂的摩尔比为1:0.1:20~1:0.1:40;
和/或,所述还原剂包括水合肼;优选的,所述水合肼的质量浓度为80wt%;
和/或,所述第三溶剂包括醇类溶剂和/或醇类溶剂与高溶解度溶剂的混合溶液;优选的,所述醇类溶剂包括甲醇和/或乙醇;优选的,所述高溶解度溶剂包括乙酸乙酯和/或三氯甲烷;
和/或,所述钯催化剂包括钯碳催化剂;优选的,所述钯碳催化剂包括:钯5wt%,其余部分包括活性炭。
8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于还包括:在所述第三混合反应体系反应完成后,对所获混合物进行过滤、纯化处理;优选的,所述纯化处理包括柱色谱分离纯化处理。
9.由权利要求5-8中任一项所述方法制备的吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物。
10.权利要求1-2、9中任一项所述的吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物于医药、催化、发光或材料科学领域中的用途;优选的,所述吩噁嗪二胺衍生物和/或吩噻嗪二胺衍生物于制备席夫碱类化合物中的用途。
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