CN114539277A - 2,4,6,8-四取代-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇 - Google Patents

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CN114539277A CN202210247806.5A CN202210247806A CN114539277A CN 114539277 A CN114539277 A CN 114539277A CN 202210247806 A CN202210247806 A CN 202210247806A CN 114539277 A CN114539277 A CN 114539277A
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蔡荣斌
朱隆懿
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Abstract

本发明公开了一种2,4,6,8‑四取代‑2,4,6,8‑四氮杂降金刚烷‑9‑酮缩乙二醇。以2,2‑二丙烯基‑1,3‑二氧戊烷为原料，经臭氧断裂氧化‑钯催化氢气还原得到二醛，然后与乙二醛，伯胺缩合一锅法成功完成了其合成，具有后处理简单、有利于放大实验、后续衍生物多样性等特点；并且该化合物可以作为含能材料中间体。

Description

2,4,6,8-四取代-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇
技术领域
本发明属于有机合成领域，其涉及化合物2,4,6,8-四取代-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇及其合成方法。
背景技术
降金刚烷及其衍生物是有机笼状化合物中一类重要的化合物，其还广泛运用于医药、有机分子催化、功能高分子等领域，一直是合成化学家的研究方向。降金刚烷骨架上引入一个氮原子见诸文献，如Sasaki等，于1969年报道了9-甲基-9-氮杂双环[3.3.1]壬烷-3-酮经腙化，与甲醇钠成钠盐，165℃消除得到9-氮杂降金刚烷(Sasaki T,et al,J.Am.Chem.Soc.,1969,91,212)；运用相似的方法，Doi等合成了1,8-二甲基-9-苄基-9-氮杂降金刚烷，后经催化氢气脱苄，N-氧化得到N-氧化物作为醇氧化成羰基化合物的催化剂(Doi R,et al.J.Org.Chem.,2015,80,401)。Bok等于1979年报道了以4-羟基环己胺为起始原料经磺酰化、PCC氧化、烯胺化、取代成环、水解、脱羧氯代、水解、N-烷基化成环等步骤合成了3-氮杂降金刚烷-9-酮(Bok et al.,Heterocycles,1979,12,343)。其它一氮杂降金刚烷及多氮杂降金刚烷相关方向的研究很少，故而亟需探索多氮杂降金刚烷简便有效的新合成方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机笼状化合物及其合成方法。
实现本发明目的技术解决方案为：一种化合物，命名为2,4,6,8-四取代-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇，其结构如下：
Figure BDA0003545566060000011
其中，取代基R代表化学基团，包含但不限于苄基、2-甲基苄基、3-甲基苄基、4-甲基苄基、4-氯苄基、4-溴苄基、4-氟苄基、2-氟苄基、2-氯苄基、3-氯苄基、4-异丙基苄基、4-甲氧基苄基、萘-1-基甲基、呋喃-2-基甲基、噻吩-2-基甲基、环己基甲基、正丁基和异丁基中任意一个。
本发明所述目标化合物的合成方法，包括：
将2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷溶于反应溶剂中，在-78～-38℃下通入臭氧进行臭氧化断裂烯键反应；待反应结束后，于10～35℃下，加入Pd/BaSO4催化剂和还原剂氢气进行还原反应；后滤去Pd/BaSO4催化剂，依次加入40wt％乙二醛，相应的伯胺和酸催化剂进行缩合反应生成所述目标化合物。
优选的，伯胺包含但不限于苄胺、2-甲基苄胺、3-甲基苄胺、4-甲基苄胺、4-氯苄胺、4-溴苄胺、4-氟苄胺、2-氟苄胺、2-氯苄胺、3-氯苄胺、4-异丙基苄胺、4-甲氧基苄胺、萘-1-甲胺、呋喃-2-甲胺、噻吩-2-甲胺、环己基甲胺、正丁胺、异丁胺等中任意一种。
优选的，反应的溶剂选用甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种，优选乙醇作为溶剂。
优选的，2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷在反应溶剂中的摩尔浓度为0.01～0.1mol·L-1，优选0.025mol·L-1。
优选的，臭氧化反应温度为-70℃，臭氧化反应时间为1～3h，优选1.5h。
优选的，2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷与Pd/BaSO4催化剂的摩尔比为100～200:1，优选150:1；2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷与乙二醛的摩尔比为1:1.5～2.5，优选1:2；与伯胺的摩尔比为1:5～10，优选1:8；酸催化剂与2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷的摩尔比为1:10～20，优选1:10。
优选的，氢气还原剂的压力为1atm，还原反应温度10～35℃，优选28℃，还原反应时间为16～24h，优选18h。
优选的，缩合反应中，酸催化剂选用无水甲酸，5％盐酸，对甲苯磺酸，冰醋酸，三氟乙酸中任意一种，优选无水甲酸。
优选的，缩合反应温度为10～35℃，优选28℃，反应时间为5～10d，优选7d。
与现有技术相比，本发明有益效果体现在：
本发明设计了2,4,6,8-四取代-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇的合成路线，以2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷为原料，经臭氧断裂氧化-钯催化氢气还原得到二醛，然后与乙二醛，伯胺缩合一锅法成功完成了2,4,6,8-四取代-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇类化合物的合成及表征，填补了四氮杂降金刚烷骨架合成方法的空白，具有后处理简单、有利于放大实验、后续衍生物多样性等特点；并且该化合物可以作为含能材料中间体，引入硝基后作为含能材料。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为目标化合物a的1H NMR(CDCl3)谱图。
图2为目标化合物a的13C NMR(CDCl3)谱图。
图3为目标化合物a的单晶衍射晶胞结构图。
图4为目标化合物b的1H NMR(CDCl3)谱图。
图5为目标化合物b的13C NMR(CDCl3)谱图。
图6为目标化合物c的1H NMR(CDCl3)谱图。
图7为目标化合物c的13C NMR(CDCl3)谱图。
图8为目标化合物d的1H NMR(CDCl3)谱图。
图9为目标化合物d的13C NMR(CDCl3)谱图。
图10为目标化合物e的1H NMR(CDCl3)谱图。
图11为目标化合物e的13C NMR(CDCl3)谱图。
图12为目标化合物f的1H NMR(CDCl3)谱图。
图13为目标化合物f的13C NMR(CDCl3)谱图。
图14为目标化合物g的1H NMR(CDCl3)谱图。
图15为目标化合物g的13C NMR(CDCl3)谱图。
图16为目标化合物h的1H NMR(CDCl3)谱图。
图17为目标化合物h的13C NMR(CDCl3)谱图。
图18为目标化合物i的1H NMR(CDCl3)谱图。
图19为目标化合物i的13C NMR(CDCl3)谱图。
图20为目标化合物j的1H NMR(CDCl3)谱图。
图21为目标化合物j的13C NMR(CDCl3)谱图。
图22为目标化合物k的1H NMR(CDCl3)谱图。
图23为目标化合物k的13C NMR(CDCl3)谱图。
图24为目标化合物l的1H NMR(CDCl3)谱图。
图25为目标化合物l的13C NMR(CDCl3)谱图。
图26为目标化合物m的1H NMR(CDCl3)谱图。
图27为目标化合物m的13C NMR(CDCl3)谱图。
图28为目标化合物n的1H NMR(CDCl3)谱图。
图29为目标化合物n的13C NMR(CDCl3)谱图。
图30为目标化合物o的1H NMR(CDCl3)谱图。
图31为目标化合物o的13C NMR(CDCl3)谱图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明目标产物的合成路线如下：
Figure BDA0003545566060000041
上述对应的目标化合物包含但不限于：2,4,6,8-四(4-溴苄基)-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇(a)、2,4,6,8-四(2-甲基苄基)-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇(b)、2,4,6,8-四(3-甲基苄基)-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇(c)、2,4,6,8-四(4-甲基苄基)-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇(d)、2,4,6,8-四(4-氯苄基)-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇(e)、2,4,6,8-四苄基-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇(f)、2,4,6,8-四(4-氟苄基)-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇(g)、2,4,6,8-四(4-异丙基苄基)-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇(h)、2,4,6,8-四(噻吩-2-基甲基)-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇(i)、2,4,6,8-四(环己基甲基)-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇(j)、12,4,6,8-四(4-甲氧基苄基)-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇(k)、2,4,6,8-四(萘-1-基甲基)-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇(l)、2,4,6,8-四(呋喃-2-基甲基)-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇(m)。
实施例1：
目标化合物a的合成
Figure BDA0003545566060000042
取2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷(294mg，1.9mmol)溶于无水乙醇，-70℃通入臭氧，反应1.5h后升至室温，加入50mg Pd/BaSO4，氢气氛围下(1atm)，室温反应18h，滤去催化剂，依次加入40％乙二醛(约8.8M，0.33mL，2.9mmol)苄胺(15.2mmol，1.7mL)，无水甲酸(0.19mmol，9μL)，氮气氛围中室温反应7d，过滤，硅胶柱层析纯化，得目标化合物a，白色固体686mg，收率42％。
1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.42–7.36(m,8H),7.21(m,8H),4.03(s,2H),3.93(d,J＝13.7Hz,4H),3.82(m,8H),3.38(s,2H)；13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ138.94,131.32,130.40,120.57,103.46,80.92,78.76,64.48,52.34；ESI-MS m/z[(M+H)+]：860.94。
目标化合物a的1H NMR谱图见图1，目标化合物a的13C NMR谱图见图2，目标化合物a的单晶衍射晶胞结构图见图3。
实施例2：
将实施例1中臭氧化反应溶剂改为甲醇，其他条件与实施例1一致，得目标化合物a，收率30％。
实施例3：
将实施例1中臭氧化反应溶剂改为异丙醇，其他条件与实施例1一致，收率16％。
实施例4：
将实施例1中缩合反应酸催化剂改为冰醋酸，其他条件与实施例1一致，收率15％。
实施例5：
将实施例1中缩合反应酸催化剂改为对甲苯磺酸，其他条件与实施例1一致，收率5％。
实施例6：
将实施例1中缩合反应酸催化剂改为5％盐酸，其他条件与实施例1一致，收率2％。
实施例7：
将实施例1中缩合反应酸催化剂改为三氟乙酸，其他条件与实施例1一致，收率3％。
实施例8
将实施例1中缩合反应时间改为5d，其他条件与实施例1一致，收率20％。
实施例9
将实施例1中缩合反应时间改为9d，其他条件与实施例1一致，收率38％。
实施例10
目标化合物b的合成
Figure BDA0003545566060000051
取2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷(294mg，1.9mmol)溶于无水乙醇，-78℃通入臭氧，反应1.5h后升至室温，加入50mg Pd/BaSO4，氢气氛围下(1atm)，室温反应18h，滤去催化剂，依次加入40％乙二醛(约8.8M，0.33mL，2.9mmol)，邻甲基苄胺(15.2mmol，1.9mL)，无水甲酸(0.19mmol，9μL)，氮气氛围中室温反应7d，过滤，硅胶柱层析纯化，得目标化合物b，无色粘稠液体285mg，收率25％。
1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.20–7.09(m,12H),7.03(ddd,J＝8.3,6.6,2.5Hz,4H),4.12(s,2H),4.01(d,J＝13.5Hz,4H),3.89(s,4H),3.82(d,J＝13.5Hz,4H),3.51(s,2H),2.38(s,12H)；13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ138.23,137.49,130.18,129.25,126.70,125.63,104.13,81.78,79.37,64.45,51.07,19.42；ESI-MS m/z[(M+H)+]：601.40。
目标化合物b的1H NMR谱图见图4，目标化合物b的13C NMR谱图见图5。
实施例11
目标化合物c的合成
Figure BDA0003545566060000061
取2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷(294mg，1.9mmol)溶于无水乙醇，-78℃通入臭氧，反应1.5h后升至室温，加入50mg Pd/BaSO4，氢气氛围下(1atm)，室温反应18h，滤去催化剂，依次加入40％乙二醛(约8.8M，0.33mL，2.9mmol)，间甲基苄胺(15.2mmol，1.9mL)，无水甲酸(0.19mmol，9μL)，氮气氛围中室温反应7d，过滤，硅胶柱层析纯化，得目标化合物c，无色粘稠液体285mg，收率29％。
1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.23–7.14(m,12H),7.01(d,J＝7.6Hz,4H),4.10(s,2H),4.02(d,J＝13.6Hz,4H),3.91(d,J＝13.6Hz,4H),3.79(s,4H),3.46(s,2H),2.31(s,12H)；13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ140.36,137.55,129.52,128.02,127.33,125.86,103.82,80.84,79.04,64.28,52.87,21.52；ESI-MS m/z[(M+H)+]：601.43。
目标化合物c的1H NMR谱图见图6，目标化合物c的13C NMR谱图见图7。
实施例12
目标化合物d的合成
Figure BDA0003545566060000062
取2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷(294mg，1.9mmol)溶于无水乙醇，-66℃通入臭氧，反应1.5h后升至室温，加入50mg Pd/BaSO4，氢气氛围下(1atm)，室温反应24h，滤去催化剂，依次加入40％乙二醛(约8.8M，0.33mL，2.9mmol)，对甲基苄胺(15.2mmol，1.9mL)，无水甲酸(0.19mmol，9μL)，氮气氛围中室温反应7d，过滤，硅胶柱层析纯化，得目标化合物d，无色粘稠液体314mg，收率33％。
1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.26(d,J＝7.8Hz,8H),7.06(d,J＝7.8Hz,8H),4.05(s,2H),4.00(d,J＝13.5Hz,4H),3.86(d,J＝13.5Hz,4H),3.77(s,4H),3.44(s,2H),2.31(s,12H)；13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ137.28,135.94,128.75,128.69,103.77,80.73,78.75,64.22,52.54,21.12；ESI-MS m/z[(M+H)+]：601.38。
目标化合物d的1H NMR谱图见图8，目标化合物d的13C NMR谱图见图9。
实施例13
目标化合物e的合成
Figure BDA0003545566060000071
取2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷(294mg，1.9mmol)溶于无水乙醇，-66℃通入臭氧，反应1.5h后升至室温，加入50mg Pd/BaSO4，氢气氛围下(1atm)，室温反应24h，滤去催化剂，依次加入40％乙二醛(约8.8M，0.33mL，2.9mmol)，对氯苄胺(15.2mmol，1.86mL)，无水甲酸(0.19mmol，9μL)，氮气氛围中室温反应7d，过滤，硅胶柱层析纯化，得目标化合物e，无色至白色半固体493mg，收率38％。
1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.27(d,J＝8.4Hz,8H),7.23(d,J＝8.4Hz,8H),4.04(s,2H),3.95(d,J＝13.6Hz,4H),3.84(d,J＝13.6Hz,4H),3.81(s,4H),3.38(s,2H)；13CNMR(126MHz,Chloroform-d)δ138.43,132.43,130.00,128.35,103.48,80.86,78.76,64.45,52.24；ESI-MS m/z[(M+H)+]：681.20。
目标化合物e的1H NMR谱图见图10，目标化合物e的13C NMR谱图见图11。
实施例14
目标化合物f的合成
Figure BDA0003545566060000072
取2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷(294mg，1.9mmol)溶于无水乙醇，-66℃通入臭氧，反应1.5h后升至室温，加入50mg Pd/BaSO4，氢气氛围下(1atm)，室温反应24h，滤去催化剂，依次加入40％乙二醛(约8.8M，0.33mL，2.9mmol)，苄胺(15.2mmol，1.7mL)，无水甲酸(0.19mmol，9μL)，氮气氛围中室温反应7d，过滤，硅胶柱层析纯化，得目标化合物f，无色至白色半固体372mg，收率36％。
1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.48–7.37(m,8H),7.30(m,8H),7.26–7.19(m,4H),4.13(s,2H),4.09(d,J＝13.5Hz,4H),3.96(d,J＝13.5Hz,4H),3.83(s,4H),3.50(s,2H)；13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ140.33,128.77,128.14,126.62,103.76,80.90,79.01,64.33,52.93；ESI-MS m/z[(M+H)+]：545.41。
目标化合物f的1H NMR谱图见图12，目标化合物f的13C NMR谱图见图13。
实施例15
目标化合物g的合成
Figure BDA0003545566060000081
取2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷(294mg，1.9mmol)溶于无水乙醇，-66℃通入臭氧，反应1.5h后升至室温，加入50mg Pd/BaSO4，氢气氛围下(1atm)，室温反应24h，滤去催化剂，依次加入40％乙二醛(约8.8M，0.33mL，2.9mmol)，对氟苄胺(15.2mmol，2.08mL)，无水甲酸(0.19mmol，9μL)，氮气氛围中室温反应8d，过滤，硅胶柱层析纯化，得目标化合物g，无色至白色半固体410mg，收率35％。
1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.31(m,8H),6.95(m,8H),4.05(s,2H),3.96(d,J＝13.5Hz,4H),3.86(d,J＝13.5Hz,4H),3.80(s,4H),3.39(s,2H)；13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ162.81,160.87,135.71,135.68,130.16,130.10,115.02,114.86,103.60,80.72,78.69,64.41,52.19；ESI-MS m/z[(M+H)+]：617.32。
目标化合物g的1H NMR谱图见图14，目标化合物g的13C NMR谱图见图15。
实施例16
目标化合物h的合成
Figure BDA0003545566060000082
取2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷(294mg，1.9mmol)溶于无水乙醇，-66℃通入臭氧，反应1.5h后升至室温，加入50mg Pd/BaSO4，氢气氛围下(1atm)，室温反应24h，滤去催化剂，依次加入40％乙二醛(约8.8M，0.33mL，2.9mmol)，对异丙基苄胺(15.2mmol，2.08mL)，无水甲酸(0.19mmol，9μL)，氮气氛围中室温反应8d，过滤，硅胶柱层析纯化，得目标化合物h，无色至白色半固体410mg，收率35％。
1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.30(d,J＝7.8Hz,8H),7.12(d,J＝7.8Hz,8H),4.07(s,2H),4.03(d,J＝13.5Hz,4H),3.88(d,J＝13.5Hz,4H),3.82(s,4H),3.48(s,2H),2.87(hept,J＝6.9Hz,4H),1.24(d,J＝6.9Hz,24H)；13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ147.04,137.80,128.70,126.13,103.88,81.02,78.92,64.33,52.60,33.81,24.18,24.12；ESI-MS m/z[(M+H)+]：713.69。
目标化合物h的1H NMR谱图见图16，目标化合物h的13C NMR谱图见图17。
实施例17
目标化合物i的合成
Figure BDA0003545566060000091
取2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷(294mg，1.9mmol)溶于无水乙醇，-66℃通入臭氧，反应1.5h后升至室温，加入50mg Pd/BaSO4，氢气氛围下(1atm)，室温反应24h，滤去催化剂，依次加入40％乙二醛(约8.8M，0.33mL，2.9mmol)，对异丙基苄胺(15.2mmol，2.08mL)，无水甲酸(0.19mmol，9μL)，氮气氛围中室温反应8d，过滤，硅胶柱层析纯化，得目标化合物h，无色至白色半固体410mg，收率35％。
1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.20–7.19(m,4H),6.92–6.90(m,8H),4.32–4.22(m,6H),4.16(d,J＝14.1Hz,4H),3.84(s,4H),3.59(s,2H)；13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ144.49,126.37,124.92,124.49,103.39,80.38,78.80,77.36,77.11,76.85,64.49,48.25；ESI-MS m/z[(M+H)+]：569.23。
目标化合物i的1H NMR谱图见图18，目标化合物i的13C NMR谱图见图19。
实施例18
目标化合物j的合成
Figure BDA0003545566060000092
取2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷(300mg，1.94mmol)溶于无水乙醇，-60℃通入臭氧，反应1.5h后升至室温，加入50mg Pd/BaSO4，氢气氛围下(1atm)，室温反应24h，滤去催化剂，依次加入40％乙二醛(约8.8M，0.33mL，2.9mmol)，环己基甲胺(11.7mmol，1.53mL)，无水甲酸(0.19mmol，9μL)，氮气氛围中室温反应5d，过滤，硅胶柱层析纯化，得目标化合物j，无色至白色半固体165mg，收率15％。
1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ3.98(s,2H),3.85(s,4H),3.26(s,2H),2.67(dd,J＝12.6,6.3Hz,4H),2.38(dd,J＝12.6,7.5Hz,4H),1.92–1.75(m,12H),1.32(m,6H),1.24–1.15(m,14H),0.87(m,12H)；13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ104.01,83.39,79.87,64.17,55.97,37.72,32.07,31.88,27.06,26.44,26.37；ESI-MS m/z[(M+H)+]：569.53。
目标化合物j的1H NMR谱图见图20，目标化合物j的13C NMR谱图见图21。
实施例19
目标化合物k的合成
Figure BDA0003545566060000101
取2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷(300mg，1.94mmol)溶于无水乙醇，-60℃通入臭氧，反应1.5h后升至室温，加入50mg Pd/BaSO4，氢气氛围下(1atm)，室温反应24h，滤去催化剂，依次加入40％乙二醛(约8.8M，0.33mL，2.9mmol)，对甲氧基苄胺(11.7mmol，1.54mL)，无水甲酸(0.19mmol，9μL)，氮气氛围中室温反应6d，过滤，硅胶柱层析纯化，得目标化合物k，无色至白色半固体425mg，收率33％。
1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.28(d,J＝8.5Hz,8H),6.81(d,J＝8.5Hz,8H),4.04(s,2H),3.94(d,J＝13.3Hz,4H),3.84(d,J＝13.3Hz,4H),3.79–3.78(m Hz,16H),3.41(s,2H)；13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ158.37,132.42,129.87,113.48,103.83,80.55,78.52,77.28,64.27,55.26,55.23；ESI-MS m/z[(M+H)+]：665.49。
目标化合物k的1H NMR谱图见图22，目标化合物k的13C NMR谱图见图23。
实施例20
目标化合物l的合成
Figure BDA0003545566060000102
取2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷(300mg，1.94mmol)溶于无水乙醇，-60℃通入臭氧，反应1.5h后升至室温，加入50mg Pd/BaSO4，氢气氛围下(1atm)，室温反应24h，滤去催化剂，依次加入40％乙二醛(约8.8M，0.33mL，2.9mmol)，萘-1-甲胺(11.7mmol，1.73mL)，无水甲酸(0.19mmol，9μL)，氮气氛围中室温反应6d，过滤，硅胶柱层析纯化，得目标化合物l，白色固体495mg，收率37％。
1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ8.36–8.27(m,4H),7.94–7.85(m,4H),7.77(d,J＝8.4Hz,4H),7.56–7.46(m,8H),7.31–7.28(m,8H),4.71–4.47(m,4H),4.44–4.28(m,4H),4.27(s,2H),3.96(s,4H),3.81(s,2H)；13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ135.67,133.93,132.63,128.41,127.37,126.62,125.57,125.48,125.39,125.10,104.07,81.88,79.30,64.54,41.43；ESI-MS m/z[(M+H)+]：745.47。
目标化合物l的1H NMR谱图见图24，目标化合物l的13C NMR谱图见图25。
实施例21
目标化合物m的合成
Figure BDA0003545566060000111
取2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷(300mg，1.94mmol)溶于无水乙醇，-60℃通入臭氧，反应1.5h后升至室温，加入50mg Pd/BaSO4，氢气氛围下(1atm)，室温反应24h，滤去催化剂，依次加入40％乙二醛(约8.8M，0.33mL，2.9mmol)，呋喃-2-甲胺(11.7mmol，1.1mL)，无水甲酸(0.19mmol，9μL)，氮气氛围中室温反应6d，过滤，硅胶柱层析纯化，得目标化合物m，无色至白色半固体352mg，收率36％。
1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.34(d,J＝1.8Hz,4H),6.31–6.23(m,4H),6.10(d,J＝3.2Hz,4H),4.20(s,2H),3.95(d,J＝3.2Hz,8H),3.87(s,4H),3.51(s,2H)；13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ153.70,141.72,109.99,107.36,103.26,81.23,78.48,64.56,46.02；ESI-MS m/z[(M+H)+]：505.44。
目标化合物m的1H NMR谱图见图26，目标化合物m的13C NMR谱图见图27。
应用例1
实施例14得到产物f其进行N-Bn的官能团进行转化，得到N-Ac产物n(即目标化合物n)，然后对目标化合物n进行硝解，可得四硝胺产物o(即目标化合物o)，具有潜在的含能材料用途，合成路线如下：
Figure BDA0003545566060000112
(1)向250mL高压反应釜中加入四胺f(0.1mmol，0.545g)、Pd(OH)2/C(60mg，20％Pd)、乙酸酐(50mL)，在H2(9atm)气氛下，将反应混合物升温至45℃并搅拌8小时。将反应混合物冷却至室温并通过硅藻土垫过滤，将混合物真空浓缩，所得红色固体在硅胶快速柱上纯化，得到目标化合物n，白色固体285mg，收率81％。
1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ6.45(s,2H),5.88(s,2H),4.26–4.10(m,4H),2.31(s,6H),2.15(s,6H)；13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ167.57,167.34,102.19,71.57,70.13,66.85,21.61,20.98.
目标化合物n的1H NMR谱图见图28，目标化合物n的13C NMR谱图见图29。
(2)向0℃向发烟硝酸(1.80mL)和25％发烟硫酸(0.90mL)的混合物中加入目标化合物n(0.25g，0.71mmol)，然后将反应升温至28℃。搅拌3小时后，在搅拌下将反应混合物倒入冰水(30mL)中。过滤白色组分，用水洗涤并真空干燥。通过快速色谱法纯化，得到目标化合物o，白色固体250.9mg，收率80％。
1H NMR(500MHz,Acetone-d6)δ7.47(s,2H),6.88(s,2H),4.41(s,4H)；13C NMR(126MHz,Acetone-d6)δ104.95,78.67,77.66,68.30.
目标化合物o的1H NMR谱图见图30，目标化合物o的13C NMR谱图见图31。
应用例2
将实施例14中的2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷替换成4,4-二甲氧基-2,5-庚二烯，也就是4,4-二甲氧基-2,5-庚二烯经臭氧断裂氧化-钯催化氢气还原得到二醛，然后与乙二醛，苄胺缩合同样也可以得到2,4,6,8-四氮杂降金刚烷产物，即目标产物p，其合成路线如下：
Figure BDA0003545566060000121
取4,4-二甲氧基-2,5-庚二烯(303mg，1.94mmol)溶于无水乙醇，-60℃通入臭氧，反应1.5h后升至室温，加入50mg Pd/BaSO4，氢气氛围下(1atm)，室温反应24h，滤去催化剂，依次加入40％乙二醛(约8.8M，0.33mL，2.9mmol)，苄胺(15.2mmol，1.7mL)，无水甲酸(0.19mmol，9μL)，氮气氛围中室温反应5d，过滤，硅胶柱层析纯化，得目标化合物p，无色至白色半固体450mg，收率43％。
1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.35(d,J＝7.5Hz,8H),7.28(t,J＝7.4Hz,8H),7.22(t,J＝7.3Hz,4H),4.10–3.95(m,6H),3.78(d,J＝13.2Hz,4H),3.67(s,2H),2.96(s,6H)；13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ140.51,129.29,128.19,126.78,95.87,79.60,79.40,53.33,47.35.。

Claims (10)

1.一种化合物，其特征在于，命名为2,4,6,8-四取代-2,4,6,8-四氮杂降金刚烷-9-酮缩乙二醇，其结构如下：
Figure 309490DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，取代基R代表化学基团，包含苄基、2-甲基苄基、3-甲基苄基、4-甲基苄基、4-氯苄基、4-溴苄基、4-氟苄基、2-氟苄基、2-氯苄基、3-氯苄基、4-异丙基苄基、4-甲氧基苄基、萘-1-基甲基、呋喃-2-基甲基、噻吩-2-基甲基、环己基甲基、正丁基和异丁基中任意一种。
2.一种化合物的合成方法，其特征在于，包括：
将2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷溶于反应溶剂中，在-78~-38℃下通入臭氧进行臭氧化断裂烯键反应；待反应结束后，于10~35℃下，加入Pd/BaSO4催化剂和还原剂氢气进行还原反应；后滤去Pd/BaSO4催化剂，依次加入40wt%乙二醛，相应的伯胺和酸催化剂进行缩合反应生成所述目标化合物。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，伯胺包含苄胺、2-甲基苄胺、3-甲基苄胺、4-甲基苄胺、4-氯苄胺、4-溴苄胺、4-氟苄胺、2-氟苄胺、2-氯苄胺、3-氯苄胺、4-异丙基苄胺、4-甲氧基苄胺、萘-1-甲胺、呋喃-2-甲胺、噻吩-2-甲胺、环己基甲胺、正丁胺、异丁胺中任意一种。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，反应的溶剂选用甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种，优选乙醇作为溶剂。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷在反应溶剂中的摩尔浓度为0.01~0.1 mol·L-1，优选0.025 mol·L-1。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷与Pd/BaSO4催化剂的摩尔比为100~200:1，优选150:1；2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷与乙二醛的摩尔比为1:1.5~2.5，优选1:2；与伯胺的摩尔比为1:5~10，优选1:8；酸催化剂与2,2-二丙烯基-1,3-二氧戊烷的摩尔比为1:10~20，优选1:10。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，氢气还原剂的压力为1 atm，还原反应温度10~35℃，优选28℃，还原反应时间为16~24 h，优选18 h。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，缩合反应中，酸催化剂选自用无水甲酸，5%盐酸，对甲苯磺酸，冰醋酸，三氟乙酸中任意一种，优选无水甲酸。
9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，缩合反应温度为10~35℃，优选28℃，反应时间为5~10 d，优选7 d。
10.如权利要求1所述的化合物作为含能化合物中间体的用途。
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